“十一五”期间轴承热处理节能技术进展浅议

　　摘 要：通过材料、热处理工艺和装备技术的发展，分析阐述了“十一五”期间我国轴承行业推广和应用热处理节能技术的进展和效果情况，浅析热处理节能技术持续发展需要解决的问题。

　　关键词：轴承,热处理,节能,发展

　　我国轴承行业目前已形成较大的产业规模和独立完整的工业体系。“十一五”末全国轴承行业规模以上企业达1850家，全行业完成轴承产量150亿套，“十一五”期间年均增长速度20.11%;主营业务收入达1260亿元，年均增长速度19.36%;自主创新体系和能力建设取得很大的进展，各种先进制造技术在轴承生产过程中得到广泛应用和推广。轴承热处理是耗能大户，设备90%以上采用电加热，电耗占轴承制造业电耗的25-30%。因此，随着国家对节能减排的重视，轴承热处理的节能减排也是保证轴承行业可持续发展的关键环节。

　　近年来，随着国家节能、减排执法力度的增强，轴承热处理节能问题得到了各企业领导者的重视，在技术改造方面投入有所提高，“十一五”期间轴承热处理节能技术有了明显进展。

　　1轴承材料的发展带动轴承热处理新工艺的研究和推广

　　随着配套主机的小型化、轻量化、高速化，轴承的使用环境越来越多样化，对轴承的要求也越来越高。为此，“十一五”期间新材料的开发和推广工作，轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展，从而带动了轴承热处理新工艺的研究和推广。

　　1.1轴承钢退火工艺研究

　　为适应高温、高速、高负荷、耐蚀、抗辐射的要求研制一系列具有特殊性能的新型轴承钢，为降低轴承钢的含氧量，发展了真空冶炼、电渣重熔、电子束重熔等轴承钢的冶炼技术，而大批量轴承钢的冶炼由电弧炉熔炼发展成各种类型初炼炉加炉外精炼，目前，我国生产轴承钢的氧含量最低可以控制在10ppm左右。热处理退火工艺发展成连续可控气氛退火炉，最长炉型为150m，加工轴承钢的球化组织稳定和均匀，脱碳层小，消耗能量低。在进步球化退火质量，获得细小、均匀、球形的碳化物以及缩短退火时间或取消球化退火工序的研究方面有了进展，盘条生产采用两次组织退火，将拉拔后720℃～730℃的组织退火，这样可以得到硬度低、球化好、无网状碳化物的组织，该工艺使热处理炉的效率进步25%～30%。连续式球化退火热处理技术是轴承钢热处理的发展方向。

　　1.2贝氏体淬火

　　贝氏体淬火处理的轴承零件表面为压应力、冲击韧性好、尺寸稳定性高、磨削不易产生磨削裂纹，比常规马氏体淬火的轴承平均寿命及可靠性显著提高。目前广泛应用于铁路轴承、轧机轴承以及在特殊工况下使用的轴承，该工艺与其它延寿措施相比，工艺简单，成本较低。近年来，我国又开发了GCr18Mo新型贝氏体淬火专用钢，以推动贝氏体淬火在大尺寸轴承零件上的应用。

　　1.3表面淬火

　　针对GCr15SiMn钢淬透性低的弱点，我国开发了高淬透性和淬硬性轴承钢GCr15SiMo，近年来还开发了能节约能源、节约资源和抗冲击的GCr4轴承钢，GCr4钢制轴承零件采用高温加热表面淬火热处理工艺。现阶段表面淬火热处理工艺主要集中应用在转盘轴承和轿车轮毂轴承零件的处理上。

　　1.4表面碳氮共渗

　　通过对高碳铬钢制轴承零件进行特殊的碳氮共渗后淬火，提高表面残余奥氏体含量，在淬火后发生转变而形成表面压应力，提高耐磨性及滚动接触疲劳性能，高碳铬轴承钢制零件经碳氮共渗后可提高轴承在污染条件下的接触疲劳寿命。在合理规定表面有效硬化层深度情况下，用碳氮共渗代替渗碳可降低热处理能耗。

　　2轴承热处理节能设备及相关节能技术的进展

　　我国轴承行业在“六五”、“七五”、“八五”期间，有二十多家企业先后从日本、英国、美国、瑞士、西德、奥地利、意大利等工业发达国家引进设备使用和消化吸收，其中主要类型的设备在“八五”末期基本实现了国产化，有力地促进了我国轴承热处理装备的技术进步和电炉行业的制造水平。从“九五”期间开始，在国家节能减排政策的促进下，特别是在汽车‘航空、船舶、轻轨、高速铁路、重载机械和风电产业的大规模技改带动下，各轴承企业都进行不同程度的技术改造和设备更新，老式访苏热处理炉逐步被淘汰，轴承行业热处理装备水平整体有了很大的提高。“十一五”期间，轴承行业与相关装备制造商共同努力，从多方面采取措施以提高轴承热处理节能效果，高效节能热处理装备及相关节能技术逐步得到推广应用，

　　2.1优化工艺节能

　　在保证轴承零件热处理质量的前提下，经过大量试验，对热处理工艺进行优化和简化后合理设计加热炉各区段长度和加工节拍，充分发挥热效能产生显著的节能效果。这方面的典型设备是多功能辊底式可控气氛热处理生产线。

　　这种生产线是引进消化吸收及再创新的成果，高效、节能、环保，在一条生产线上具有四种不同的功能，不仅可以进行常规的普通马氏体淬火，还可以进行马氏体分级淬火和贝氏体分级淬火;以硝盐淬火介质取代油淬火介质;用空气回火炉取代硝盐槽进行贝氏体等温处理，淬火冷却采用计算机控制的升降式机构。由于轴承在很多领域(如轧钢机、风力发电机、铁路客车等)需要承受很大的冲击载荷，因而需要具备很高的冲击韧性，普通马氏体淬火已无法满足这一要求。该生产线的研制成功为适应高冲击载荷的轴承制造提供了热处理设备。该生产线热处理各项质量指标均能达到国家和行业标准要求，并比以前其它生产设备有所提高。同时由于热处理工艺的优化和设备密封性梦的提高，节能效果显著，耗电指标550kwh/吨钢低于全国轴承行业热处理平均耗电量730kwh/吨钢很多;升降式的淬火冷却方式，大幅度减少淬火变形，进而可以减少加工留量节约钢材。该设备如在全行业推广应用，将产生很大的经济效益。

　　2.2利用轴承零件余热退火及智能控制系统节能

　　轴承钢退火是轴承行业耗能最大的工序之一，一直以来，轴承生产企业在降低轴承钢退火能耗上做了很多努力。近年来，一些轴承热处理设备制造优势企业，研发了利用热处理余热退火的双层辊底式保护气氛球化退火炉和热回收型连续等温退火炉，取得了高效节能的效果。一般球化退火工件降温至650℃以下即可西出炉，大量退火余热未加利用，双层辊底式保护气氛球化退火炉根据球化退火工艺的特点，将炉体设计成双层辊底炉，上层进料，下层出料，上下层均有余热利用室并为一个无隔离的贯通室，安装有热循环风机加强循环换热，利用退火余热预热进炉冷态工件，使工件从室温升温到300～350℃。耗电下降150～220kwh/吨钢，节电率达30%以上。有关单位研发的热回收型连续等温退火炉是有两个炉道，平行反向设置，一个炉道的余热段与另一个炉道的冷却段之间设置热交换机构，充分利用一个炉道工件冷却放出的热量作为另一个炉道的预热用，可以使进炉工件加热到350℃以上。这种炉型集节能型等温退火炉技术与热回收技术为一体，将工件余热作为二次能源开发，具有明显的节能效果。

　　轴承智能退火控制技术是可利用企业原有退火炉体配置控制系统，能够根据运行过程中反馈获得的加热炉热特性、温场分布、装炉量等参数，智能化地调整各区加热温度、冷却速度等参量，自动控制退火全过程，可排除操作上的人为因素，具有提高球化退火质量和生产效率，节能降耗的优点。

　　2.3减少加热损失节能

　　轴承制造企业与轴承热处理设备制造厂商共同合作，为减少轴承热处理加热过程中的热损失在设备上采取一些有效的节能措施。一是以辊底炉取代推杆式炉，免除了料盘的热损失;二是优化炉膛设计，同时合理选用高强度轻质抗渗碳砖、优质陶瓷纤维制品等保温隔热材料，减少炉衬材料的蓄热损失和炉壁表面的散热损失;三是一些优势热处理设备制造厂家，在制造热处理炉时，构件采用大型数控设备加工，提高了工件的加工精度和传动辊的水平精度，增强了炉壳刚性和密封性，减少焊缝，从而减少热处理过程中的热损失和气氛损失。

　　2.4保护气氛及控制节能

　　随着对零件淬火后表面质量要求的提高，保护气氛加热越来越普及，包括退火加热采用保护气氛设备也在逐步推广。早期采用的是吸热式气氛，把原料气和空气的混合物在催化剂的作用下部分反应形成一种含CO、H2、N2的保护气氛。到八十年代由于国际能源危机的影响，以氮—甲醇为代表的氮基气氛得到广泛应用，其组分与吸热式气氛相近。九十年代后，一种直升式气氛产生，是把空气和碳氢化合物直接通入高于800℃炉膛内的产期方法。这种含有CH4成分的气氛虽然其气体反应达不到类似于吸热式气氛的平衡程度，但是碳的传输能力还是由气氛中CO和H2的含量来控制，用氧探头结合二氧化碳分析仪进行碳势控制是可以实现的。直升式气氛能大量节省原料气消耗量，据统计这种气氛无论是用在周期式气氛炉或是连续式气氛炉，其原料气消耗可节省费用70%左右，可使用这种气氛进行渗碳、碳氮共渗、保护气氛淬火等多种热处理。

　　2.5淬火冷却装备及配套节能技术

　　淬火介质分为三大类：油基、水基和气体淬火介质。油基是最常用的淬火介质，普通的淬火油是机械油，为提高其冷却性能、抗老化性能、光亮性能和高温性能等分别加入催冷剂、清洗剂、光亮剂和抗氧化剂，形成了快速油、快速光亮油和高级分级等温油等系列淬火油，以应用于不同尺寸和要求的轴承零件淬火，另外还有低挥发性的真空淬火油。水基淬火介质是由有机聚合物、抗腐蚀性和其它添加剂组成的水溶液，通过改变有机聚合物的类型和浓度可得到不同的冷却特性，以适合于不同轴承零件的淬火冷却要求。在淬火冷却过程中，有机物附着在零件表面，可减少零件淬火开裂的倾向，且不产生油烟，无污染，清洗方便，是淬火介质的发展方向。

　　气体淬火是采用惰性气体为介质(常用氮气)，把压缩空气通过喷嘴喷射到工件表面完成工件的淬火冷却，通过调节气体的压力和喷嘴结构可以控制冷却性能和变形。气体淬火比水基淬火更洁净，且成本更低，其关键技术是喷嘴的结构设计。目前我国在喷嘴的结构设计技术方面还有一定差距，因此气体淬火技术在我国轴承行业也处于起步阶段。

　　淬火冷却装备是除淬火介质以外影响工件淬火效果的另一大因素，近几年，在淬火冷却设备上的节能措施主要是对淬火介质冷却设备的改造，淬火介质的冷却逐步由水循环冷却改为全风冷，利用空气作为冷却介质可节省大量的水资源。

　　3节能技术持续发展及应用要解决的问题

　　“十一五”期间，轴承行业热处理节能技术的应用和推广有了很大的进展，但仍存在水平差异。因为热处理工序所赋予产品的质量特性常常是不直观的内在质量(如材料的强度、韧性、耐磨性和疲劳寿命等)，质量问题一般在产品使用过程中才能暴露出来。一些企业还存在着重生产抓质量忽视节能的现象，特别对热处理工序不够重视，轴承热处理方面的技术改造投入不足，还存在生产设备和工艺材料陈旧老化的问题，人员素质和管理方面也有所欠缺。

　　节能减排是我国较长时间内的一项基本国策，是我国经济可持续发展战略的重要保证，节能减排是各行业的当务之急。“十二五”期间，国家会更加增强节能的法律、法规执法力度，轴承行业应理顺管理体制，完善法律法规和行业标准，并加强宣传和执法力度，促进各企业的节能改造及节能新技术的应用和推广，转变观念，重视对轴承热处理节能装备和技术的资金投入，促进轴承行业热处理节能技术和装备的应用和推广。

　　【参考文献】

　　【1】尤绍军.我国轴承钢及热加工技术的现状和研究方向[J].金属热处理，2012,37(1)：121-125.

　　【2】潘建生.抓好热处理是我国制造业由大变强的必由之路[J].金属热处理，2011,36(1)：3-4.

　　【3】徐跃明，邵周俊，贾洪艳，等.标准化与热处理节能[J].中国热处理技术通讯，2008(4)：19-22.

　　【4】孙伟，关力.轴承行业对热处理装备的需求[J].金属加工，2008(7)：14-16.

《“十一五”期间轴承热处理节能技术进展浅议》

本文由职称驿站首发，您身边的高端论文发表学术顾问

文章名称： “十一五”期间轴承热处理节能技术进展浅议

文章地址： https://www.zhichengyz.com/lunwen/jianzhu/gongyesheji/21507.html