【正文】 因此，有必要對我國軸承鋼的生產(chǎn)工藝及冶金質(zhì)量進(jìn)行更為細(xì)致的研究工作。造成我國軸承鋼材利用率低的原因。 我國軸承鋼的生產(chǎn)，長期采用10～30t小容量電弧爐單煉，氧含量多在3010－6左右，Al2O3夾雜及點狀夾雜物含量很高；1967年引進(jìn)RH裝置對100t堿性平爐鋼液進(jìn)行脫氣處理，氧含量降到2010－6左右；80年代初開始大力推進(jìn)爐外精煉技術(shù)，相繼建立了EAF＋LFV、EAF＋VAD、EAF＋吹氬或喂絲等，85年又投產(chǎn)兩座50t高功率電弧爐和一臺60tVAD鋼包精煉爐，標(biāo)志著我國軸承鋼生產(chǎn)進(jìn)入爐外精煉時代，特別是近幾年來主要特鋼廠都進(jìn)行了大規(guī)模技術(shù)改造，如冶鋼建成了60t超高功率電弧爐(ABB)－60tLF＋VD精煉爐(Danieli)－連鑄(Krupp)－650mm連軋(Pomini)。如山陽特殊鋼公司于1982年建成連鑄機，并用于軸承鋼生產(chǎn)，由于采用了全密封澆注，10－6。電磁感應(yīng)攪拌比吹氬攪拌所消耗的能量高，能較快地使鋼液均勻化，特別是包壁附近得到了很好攪拌，鋁脫氧產(chǎn)物的絕大部分被吸收到耐火材料上，少部分進(jìn)入渣中。出鋼時隨鋼流加鋁脫氧，然后在RH脫氣過程中進(jìn)行微調(diào)，最后喂線處理，再用氬氣弱攪拌改善清潔度，精煉操作順序與第二階段相比也有所改變：135tUHPEAF無渣出鋼LF爐加熱RH脫氣FT(喂線終處理)CC。德國是歐洲主要軸承鋼生產(chǎn)國之一，緊次于瑞典，克虜伯和蒂森是德國兩家典型的軸承鋼生產(chǎn)廠，下面以克虜伯為例說明德國軸承鋼生產(chǎn)工藝的演變過程。通過幾十年的發(fā)展，山陽特殊鋼公司現(xiàn)在年產(chǎn)粗鋼978,000t ，軋材696,000t(月產(chǎn)棒材40,000t，鋼管13,000t，線材1,000t)，冶煉設(shè)備包括一臺90tUHPEAF，兩臺30tEAF，一臺35tRH ，一臺90tRH，一臺90tLF爐，以及VAR和ESR裝置，一臺3流370470mm垂直連鑄機(800,000t/y)。所謂優(yōu)化工藝，那就是由原來的真空碳脫氧制度改為鋁脫氧加電磁攪拌和吹氬攪拌，使脫氧產(chǎn)物(主要是Al2O3及其它夾雜物)充分上浮，80年代中后期以來，SKF公司生產(chǎn)的高碳鉻軸承鋼氧含量已基本上穩(wěn)定在1010－6以下。改革的重點是針對脫氧制度和操作順序，上個階段主要是采用真空碳脫氧，它是將初煉鋼液放入精煉鋼包，不加鋁脫氧，在真空下進(jìn)行電磁攪拌，利用鋼液中的碳含量在真空下脫氧，精煉結(jié)束前加鋁補充脫氧，然后加熱將鋼液調(diào)整到澆鑄要求溫度。由一個在氧化條件下快速熔煉的SKF雙殼爐體和一個在還原條件下精煉的ASEA－SKF桶爐所組成，雙殼爐體是帶有兩個爐殼的電弧爐，它有兩個可以旋轉(zhuǎn)的爐頂，共用一套電極升降裝置、一套電源。下面以瑞典SKF公司、日本山陽特殊鋼公司和德國克虜伯鋼公司為例說明軸承鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀。它們的軸承鋼生產(chǎn)狀況體現(xiàn)了當(dāng)今世界軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量的水平和方向。日本學(xué)者用其它成分和GCr15相同，~%之間變化的鋼，對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使馬氏體中的含碳量保持一定，%，在這樣的條件下研究殘余碳化物含量對疲勞壽命的影響。液析碳化物的影響與帶狀碳化物大體相當(dāng)。 網(wǎng)狀碳化物是在熱加工變形后的冷卻過程中形成的，如果在800～900℃之間冷卻速度太慢，則溶解在奧氏體中的碳有足夠動力和充分的時間擴散到奧氏體晶粒的邊界上析出。在碳化物附近的奧氏體和遠(yuǎn)離碳化物的奧氏體之間存在著碳的濃度差。當(dāng)存在粗顆粒碳化物時，鋼的淬硬值、壓壞值、轉(zhuǎn)動疲勞壽命都要惡化。一般認(rèn)為，裂紋出現(xiàn)在切應(yīng)力最大處(~)。分布越均勻越好。大量的試驗工作證實了脆硬夾雜物的危害性。在交變應(yīng)力的作用下，易于引起應(yīng)力集中，成為疲勞裂紋源，降低鋼的疲勞壽命。對于雜質(zhì)元素鋁、銅、鉬、鎳、釩與軸承疲勞壽命間的關(guān)系研究表明[14]：為了獲得高疲勞壽命的軸承鋼，其雜質(zhì)元素的相對量必須符合下述條件。對有些鋼種而言，為了提高鋼材的機械加工性能，并改善非金屬夾雜物的形態(tài)與分布，在冶煉過程中有意向鋼中加鈣。鈣在軸承鋼中主要是以鋁酸鈣、硅鋁酸鈣、硫化鈣等形式存在。Tardy等發(fā)現(xiàn)實際上有兩個影響因素：[%O]和[%O]/[%S]。凝固速率也會影響硫化物在氧化物上析出的過程。他認(rèn)為：當(dāng)氧化物夾雜全部為硫化物包覆時，滾珠軸承的接觸疲勞壽命最長。只有在同一冶煉方法和大量試驗條件下，才有可能確定氧含量和疲勞性能之間的關(guān)系。圖2 氧含量與疲勞壽命軸承鋼中的氧含量與疲勞壽命之間的關(guān)系，國內(nèi)外的試驗結(jié)果大體一致。軸承正常的破損形式是接觸疲勞損壞，常見的還有塑性變形、壓痕、磨損、裂紋等。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國目前不僅已經(jīng)成為軸承鋼生產(chǎn)大國，形成了幾條軸承鋼生產(chǎn)工藝路線，即EF＋LF＋VD、EF＋VAD、EF＋吹氬或喂絲工藝路線等，年產(chǎn)軸承鋼80萬噸左右（日本60萬噸、瑞典70萬噸），基本能滿足國內(nèi)市場的需求，并有少量出口；而且其內(nèi)部質(zhì)量也接近或達(dá)到國際水平，如氧含量降到了1010－6左右。軸承鋼是重要的特鋼品種，其純凈度和組織均勻性是影響軸承壽命的重要因素。載荷集中作用在滾動體的很小面積上。(相對壽命)=372〔O〕－，即二次精煉鋼（氧含量為1010－6）的疲勞壽命是大氣下熔煉鋼（氧含量為4010－6）的10倍。因此，不同的冶煉方法，氧含量即使相同，其疲勞壽命也完全不一樣。從本世紀(jì)70年代初期以來，許多研究結(jié)果都指出適當(dāng)提高鋼中MnS類硫化物的含量對滾珠軸承的接觸疲勞壽命至少是無害的，甚至是有益的。按上述研究，這被認(rèn)為就是其壽命高的原因。然而不可否認(rèn)它也是雜質(zhì)，同樣也會破壞鋼基體組織的連續(xù)性與均勻性。例如日本山陽特殊鋼公司已將鋼中的硫含量降到了很低的程度(％)，但它的硫化物級別并不很低。含CaO的點狀夾雜物經(jīng)常是軸承鋼產(chǎn)生裂紋的源泉，佩特爾森(Peterson)根椐點狀夾雜就是裂紋的假設(shè)。Cogne等和坪田等認(rèn)為Ti含量超過30~5010－6時疲勞壽命開始下降。由于殘余元素的有害作用，為了提高軸承鋼質(zhì)量，國外在標(biāo)準(zhǔn)中對殘余元素有明確的規(guī)定，如SKF D33“SKF3熱軋球化退火鋼棒”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定Ti≤30ppm；As≤%；Sn≤%；Sb≤%；Pb≤%；≤%。有時在變形時，這些夾雜物還能將鋼的基體劃傷。 以上說明，非金屬夾雜物對軸承鋼性能的有害影響因素，歸納起來，可以分為兩個方面。有時甚至后者影響更大，因為通常一個軸承件的破壞，往往是由許多夾雜物中的一個大型夾雜物所引起的；夾雜物的形狀多種多樣，有圓形和方形，有條狀、角狀和鏈狀等不規(guī)則形狀。特別是隨著冶煉、澆鑄等技術(shù)的進(jìn)步，在鋼中氧含量及氧化物夾雜含量極低的情況下，碳化物的作用就顯得更為重要了。~，結(jié)論是：碳化物顆粒間平均距離的對數(shù)的倒數(shù)和疲勞壽命呈直線關(guān)系，即碳化物顆粒越細(xì)小，壽命越高。他們將直徑為100mm的GCr15SiMn棒料(、邊緣為2級)在1150℃擴散退火15h，；以未經(jīng)擴散退火的直徑為100mm的鋼棒改鍛為60mm，在790℃進(jìn)行球化退火；再將兩者一同加工成疲勞試樣進(jìn)行試驗。大冶材的接觸疲勞壽命L但這種試驗結(jié)果是用含碳量一定的鋼(%C)，在不同溫度淬火條件下進(jìn)行實驗得出的。由此可以推斷出，增加殘余碳化物會造成疲勞壽命降低。其冶煉方法，從30~40年代傳統(tǒng)的酸性平爐、堿性平爐、堿性電弧爐單煉，60年代的鋼包滴流脫氣(SLD)和真空循環(huán)脫氣法(RH)精煉 ，發(fā)展到今天的綜合冶煉工藝，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備較多，但歸納起來只有三種：一是電爐流程：即電爐－二次精煉－連鑄或模鑄－軋制；二是轉(zhuǎn)爐流程：高爐－鐵水預(yù)處理－轉(zhuǎn)爐－二次精煉－連鑄－軋制；三是特種冶金：真空感應(yīng)熔煉(VIM)、電渣重熔(ESR)等－軋制或鍛造。表2 非金屬夾雜物評級廠名工藝非金屬夾雜物分類評級ABCD 細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗SKF100tEAFASEASKFIC00 000山陽90tEAFTSTLFRHCC90tEAFEPTLFRHCC 000 0 00蒂森EAFRHICTBM(轉(zhuǎn)爐)RHICTBMRH