高溫重載自潤滑長壽命新型材料

李波

摘 要：本文通過對鋼廠高溫軋輥軸承的工況分析，提出了高溫重載自潤滑長壽命新型材料，解決了鋼廠軋輥用高溫軸承壽命難題，并對其配方進行了研究，給出了明確的成分，使之更具有可操作性。該材料具有耐高溫性能強，承載能力大，磨損速度慢，摩擦系數(shù)小，抗震能力大，壽命長的特點。

關鍵詞：高溫材料;自潤滑;重載;軋輥軸承

一、鋼廠軋輥軸承現(xiàn)狀

每個鋼鐵廠都會使用大量的軸承，這些軸承應用場合不同，根據(jù)使用軸承的類型不同，性能和尺寸也不同。本文主要研究鋼廠高溫端軋輥軸承。由于軋輥軸承，長期承受高溫，缺油運轉(zhuǎn)，沖擊載荷大，周邊環(huán)境不是很好，時常伴隨粉塵和潮濕濁氣，因而會影響使用壽命。這些軸承的質(zhì)量和使用性能，不僅影響鋼廠的運行成本，更重要的是頻繁更換軋輥軸承，會影響整個鋼廠的生產(chǎn)效率和軋鋼質(zhì)量，影響鋼產(chǎn)量和總成本。本文就是在這個背景之下提出來的。

每個鋼廠的軋輥系統(tǒng)雖然各有差異，但基本結(jié)構(gòu)是相同的，軋輥承受很大的軋制力，并伴隨高溫產(chǎn)生，通過軋輥軸把熱量傳給兩端的滑動軸承。因此，兩端軸承不僅承受很大的徑向力，還有承受高溫，無水冷卻，缺油潤滑，沖擊載荷，粉塵多，腐蝕突出，并具備抗磨損能力，保證在軋制過程中，不能因為軸承磨損加快，影響軋制厚度。

二、目前高溫軸承材料存在的問題

現(xiàn)行的高溫滑動軸承材料，普遍采用以亞共析鋼為基體，添加入耐高溫和耐磨合金元素，如：鉻，鎢，鉬，釩，鎳，鈦，硫等合金，以稀土硅為添加劑，再經(jīng)過真空電爐精煉，使這些合金元素和鐵素體化合，形成多元物合金，如碳化鉻，碳化鎢，碳化釩等，以及在具有自潤滑性能的硫化鉬，硫化錳，硫化鎢等。以上化合物的共同存在，使滑動軸承材料具備了熱強度高，耐磨性好，紅硬性優(yōu)良，韌性好，加上材料內(nèi)部的硫化鎢，在軸承受壓時，會產(chǎn)生粘膜狀物質(zhì)出現(xiàn)，起到潤滑的作用，也就是自潤滑功能。

不可否認，這類材料在鋼廠的軸承領域，占據(jù)了大量產(chǎn)量，對鋼廠發(fā)展和節(jié)能，起到了巨大作用。但隨著經(jīng)濟技術的發(fā)展，對各個領域的要求也在不斷增加，同時對高溫滑動軸承材料要求越來越高，逐漸發(fā)現(xiàn)一下不足：1.不太適合更高溫度的場合。2.磨損速度較快，影響軋制精度。3.熱強度低，不適合重載軋制。4.合金元素鎢的價格高，影響材料成本，且鎢會引起材料發(fā)脆，加工困難。5.材料的耐腐蝕抗氧化性需要進一步提高。

三、解決方案

根據(jù)目前使用的材料出現(xiàn)的不足，經(jīng)過我們反復優(yōu)化，提出了下列成分配方：C：0.5%;Si：3.0%;Mn：2.05;Cr：25%;Mo：2.5%;S：4.0%;B：0.5%;Tc：0.02%;其余為Fe。

其中新增加的锝Tc，原子量99，熔點2130℃，主要作用的增加各合金元素的親和性，抗氧化，抗腐蝕，提高材料的韌性和抗沖擊能力。去掉合金元素鎢，增加合金元素鉻，熱硬度主要由碳化鉻替代，既節(jié)約了成本，又改善了機加工性能。經(jīng)過改進后的材料，具有以下優(yōu)點：

1.具有良好的自潤滑性能。由于合金材料晶體中均勻分布有大量的硫化物，如硫化鉬，硫化鉻，硫化鉬，硫化錳等化合物，當摩擦副工作時，在相互接觸并有相對運動的表面之間，快速產(chǎn)生并釋放出具有自潤滑功能的硫化物粘結(jié)物，起到潤滑作用。這種硫化物粘結(jié)物始終保持著兩個相對運動的工作面在不加油，不專門冷卻的長期工況下，產(chǎn)生不黏結(jié)，不咬合，不抱死，壽命長的狀態(tài)。

2.機械強度高，承載能力大，也就是具有重載性能。由于用此材料制造的球面關節(jié)軸承或者軸套，取消了兩運動件之間的滾動體和保持器，使兩個構(gòu)件直接接觸，避免的像滾動軸承那樣的應力集中，增大了接觸面積，大大提高了承載能力和抗沖擊能力，比同型號滾動軸承的承載能力提高1.5-4.5倍。

3.許用線速度和〖PV〗值高。由于采用了直接接觸的相對運動面和產(chǎn)生具有自潤滑的粘結(jié)物，使滑動軸承的相對速度大大提高，許用速度值〖V〗在5-8米/秒，接近滾動軸承的許用速度。在許用〖PV〗值方面，也比普通銅套等滑動軸承提高2-6倍。

4.耐腐蝕抗氧化能力高。材料中加入金屬鍀，這個元素能改善和提高材料的抗氧化性和耐腐蝕性，除此之外，還能大大提高各合金化合物的親和性，協(xié)調(diào)各化合物的作用，達到增加韌性和承載能力的目的。另外，材料含有一定比例的合金元素鎳，對材料的耐腐蝕同樣起到?jīng)Q定性作用。

5.耐高溫性好。材料含有鉻，鎳，鉬等耐高溫合金，而且比例比較大，形成的碳化鉻，碳化鎳，碳化鉬比較多，因此，整體來講，耐高溫熱強度都很好，長期在800℃環(huán)境下正常工作，熱硬度熱強度不減少，不退火，是超高溫環(huán)境下，理想的材料。

6.低摩擦系數(shù)和良好的耐磨性。由于材料中含有硫化物粘結(jié)物，在任何溫度下都能產(chǎn)生并在兩個相對運動的表面上形成潤滑粘膜，起到自潤滑作用，其摩擦系數(shù)小，運動阻力小，其滑動摩擦系數(shù)小于0.1，是良好的熱減磨材料。

7.成本低。由于省去了價格比較高的鎢，用較為經(jīng)濟的鉻，鉬替代，不僅加工性能好，耐高溫，有經(jīng)濟，成本降低5-8%。

四、主要指標

1.抗拉強度：590-780MPa? ? 2.許用比壓：40-48MPa? ? ? ? ? 3.熱摩擦系數(shù)：初始0.1，運轉(zhuǎn)后0.042? 4.含油率：12.5%

5.線膨脹系數(shù)：（9.8-10.8）x10-5/℃ 6.抗沖擊吸收功：42-50J

7.最高使用溫度：800℃? 8.熱處理后的硬度：HRC22-60

9.許用工作線速度：5-8米/S 10.耐腐蝕減重：不大于8 mg/dm3/月

從以上指標來看，優(yōu)于當前使用的材料的指標。

五、結(jié)論

本文分析了鋼廠軋輥使用的高溫滑動軸承材料，建立了新型自潤滑滑動軸承材料及成分，并對其性能和成本進行了分析。有效解決了鋼廠軋輥使用自潤滑滑動軸承材料的耐高溫性，耐磨性，長壽命，耐腐蝕性和低成本。

參考文獻

[1]張俊芳，自潤滑材料在冶金設備中的應用，有色金屬加工，2005年第06期.

[2]柳紅豆等，自潤滑材料研究現(xiàn)狀，熱加工工藝，2018年第02期.