【正文】 日本軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 從 60 年代以來，特別是近十幾年以來，日本各個軸承鋼生產(chǎn)廠家廣泛采用新工藝、新技術(shù)和新裝備，軸承鋼質(zhì)量已躋身于世界先進(jìn)水平。研究 SKF 公司軸承鋼生產(chǎn)工藝的演變，發(fā)現(xiàn)它有一個并非鮮為人知的特點(diǎn)，那就是 SKF 工藝是由酸性平爐 過渡到今天的堿性電弧爐加上爐外精煉。 到目前為止， SKF 公司軸承鋼生產(chǎn)工藝采用以下模式： BEA(堿性電弧爐 )－除渣－加Al 脫氧－合金化－加熱－脫硫－真空或非真空下電磁攪拌＋吹氬攪拌－鋼錠模鑄 (下注 錠 )。從圖 8 中可以看出，由于脫氧制度的改進(jìn)，即由真空下的碳脫氧制度改為在非真空下事先用鋁沉淀脫氧，然后進(jìn)行強(qiáng)烈的電磁攪拌精煉，氧含量由 20 10－ 6 左右降到 10 10－ 6 左右。結(jié)果表明，在桶爐內(nèi)事先用鋁沉淀脫氧比真空碳脫氧獲得更一致的氧含量和夾雜物含量，因此， SKF 公司自 80 年代以來 ，SKF3 鋼一般情況都用非真空精煉，這是 SKF工藝的一大顯著特點(diǎn)。經(jīng)過研究， SKF 公司發(fā)現(xiàn)，真空碳脫氧工藝時間長，效率不高。 70 年代中到 80 年代初， SKF 公司對工藝再一次進(jìn)行改革。這意味著除了脫磷以外， 熔煉以后的所有正常的精煉工序都可以在桶爐內(nèi)完成。在出鋼至ASEA－ SKF 鋼包之前，在雙殼爐體內(nèi)將磷的含量降至允許值以下。這種雙殼爐體的目的是為了盡可能利用變壓器的最大功率。 SKF－ MR 法是 SKF熔煉加精煉的意思，是一種兩步煉鋼法。 表 2 非金屬夾雜物評級 廠名 工 藝 非金屬夾雜物分類評級 A B C D 細(xì) 粗 細(xì) 粗 細(xì) 粗 細(xì) 粗 SKF 100tEAFASEASKFIC 0 0 0 0 0 山陽 90tEAFTSTLFRHCC 90tEAFEPTLFRHCC 0 0 0 0 0 0 蒂森 EAFRHIC TBM(轉(zhuǎn)爐 )RHIC TBMRHCC TBMRH+Ca 1 0 0 0 因此， 60－ 70年代，采用堿性電弧爐配合 DH 脫氣處理，但由于沒有加熱手段， DH 脫氣鋼質(zhì)量分散性較大，氧含量波動在 25 10－ 6左右。60 年代以前，軸承鋼采用酸性平爐生產(chǎn)，完全不存在點(diǎn)狀 (D型 )氧化物夾雜，有著極其一致的純凈度，因而具有良好的耐疲勞性能。 表 1 世界各主要軸承鋼生產(chǎn)廠的生產(chǎn)工藝及鋼中微量含量元素 國家 廠名 生產(chǎn)工藝 106 Ti 106 Al % S % P % 瑞典 SKF EAF除渣 ASEASKFIC() 日本 山陽 90tEAF傾動式出鋼 LFRHIC 90tEAF傾動式出鋼 LFRHCC 90tEAF 偏心爐底出鋼LFRHIC 14~15 ~ ~ — 日本 神戶 鐵水預(yù)處理 轉(zhuǎn)爐吹煉 倒包除渣 ASEASKFCC(立彎式大截面坯 ) 15 ~ 日本 愛知 80tEAF真空除渣 LFRHCC 15 日本 和歌山 轉(zhuǎn)爐 CC 轉(zhuǎn)爐 RHCC 22 12 — — — — — 日本 高周波 EFASEASKF EFASEASKF 吹 Ar 20 9 德國 蒂森 高爐 140t 轉(zhuǎn)爐 TBMRH喂絲IC 高爐 140t 轉(zhuǎn)爐 TBMRH喂絲IC － － － － － － － － 瑞典軸承鋼的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 SKF 公司是世界上著 名的跨國集團(tuán)公司，經(jīng)營項(xiàng)目很多，主要包括：機(jī)械設(shè)備、軸承、 鋼材等。表 1~2列出了世界典型軸承鋼生產(chǎn)廠的生產(chǎn)工藝及質(zhì)量。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。日本則大有后來居上之勢，經(jīng)過 30~40年的努力，加強(qiáng)科研，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)及裝備，優(yōu)化工藝，使軸承鋼的質(zhì)量躍居世界先進(jìn)行列。由于不斷采用新技術(shù)，軸承鋼的氧含量及其它有害元素含量不斷下降，疲勞壽命不斷提高。 6 國外軸承鋼發(fā)展概況 工藝及質(zhì)量水平 發(fā)達(dá)國家對于軸承鋼的生產(chǎn)及其科研極為重視，其中以瑞典、日本、德國等國表現(xiàn)突出。由此可以推斷出，增加殘余碳化 物會造成疲勞壽命降低。這是因?yàn)樘蓟锖婉R氏體交界處碳濃度高，易引起應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生裂紋。結(jié)果表明，殘余碳化物含量由 %減少到%，疲勞壽命提高。因此，殘余碳化物含量為 7~8%時是否壽命最高，這一結(jié)論還是一個問題。但這種試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)得出的。殘余碳化物的含量同樣影響疲勞壽命。由于起因相同，減輕和消除的方法也相同。當(dāng)偏析嚴(yán)重達(dá)到共晶成分時，形成共晶碳化物。大冶材的接觸疲勞壽命 L L50分別為 SKF 的 和 倍。 爾 研究發(fā)現(xiàn)，隨網(wǎng)狀級別的增加，接觸疲勞強(qiáng)度下降。最終在鋼中呈沿晶的網(wǎng)絡(luò)狀分布。如果把帶狀 ~ 級試樣的壽命作為 100%，則帶狀為 級的縱向壽命為 166%，橫向?yàn)?388%。他們將直徑為 100mm 的 GCr15SiMn 棒料 (中心區(qū)帶狀組織評級為 級、邊緣為 2 級 )在 1150℃擴(kuò)散退火 15h，得到帶狀組織小于 級的鋼棒；以未經(jīng)擴(kuò)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(yàn)。 帶狀碳化物的影響 帶狀碳化物是由枝晶偏析引起的。碳化物顆粒越大，這種濃度差也越大。也有人用平均碳化物顆粒分別為 化物的鋼，將馬氏體含碳量固定在%，做推力片壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：細(xì)顆粒材料比粗顆粒材料顯著要好，平均壽命 (L50)大約為 ∶ 1，之所以粗顆粒碳化物比細(xì)顆粒碳化物壽命差，他們認(rèn)為 ：軸承鋼在淬火溫度下，奧氏體的含碳量不是充分均勻的。用碳化物顆粒為 ~ 的各種環(huán)形試 樣作壽命試驗(yàn)，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。 文獻(xiàn) [40~42]報道用型號 6305 的滾動軸承的內(nèi)外套圈作試樣 [40]，在承受徑向交變負(fù)荷的壽命試樣機(jī)上做了試驗(yàn)。 布的關(guān)系的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，碳化物細(xì)小，分布均勻，疲勞壽命較好 (見圖 7)。軸承廠要求軸承鋼材中碳化物顆粒細(xì)小，形狀規(guī)則，而且分布均勻。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。因此為了改善軸承鋼的質(zhì)量，應(yīng)盡量將鋼的各類夾雜物 (包括 A、 B、 C、D 類和氮化物 )含量降低，尺寸變小，分布更均勻，最終達(dá)到提高軸承壽命的目的。夾雜物離開這個位置越遠(yuǎn)，其危害就越小。同一個夾雜物，由于離開表 面的距離不同，其影響程度也不一樣。有時甚至后者影響更大，因?yàn)橥ǔＲ粋€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 圖 D 型和 B 型夾雜的彎曲疲勞 強(qiáng)度的失效分布 狀、角狀和鏈狀等不規(guī)則形狀。這種觀點(diǎn) 不錯，但再深入一步，還要看到夾雜的幾何性因子在某種程度上是由夾雜類型決定的，例如剛玉常呈點(diǎn)鏈狀分布或簇狀分布的碎屑。因?yàn)槊總€夾雜物周圍都有應(yīng)力場，兩夾雜物過于靠近則兩應(yīng)力場就會疊加起來。 夾雜物尺寸和分布對疲勞壽命的影響 關(guān)于夾雜物的幾何性因子對滾珠軸承接觸疲勞壽命的影響，歷來試驗(yàn)結(jié)果和理論分析是一致的。 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。氮化鈦夾雜物也是一種具有規(guī)則外形的硬而脆的夾雜物，氮化鈦夾雜甚至比氧化物更為有害。圖 6 是含 D 類 (點(diǎn)狀 )和 B 類 (Al2O3)夾雜物鋼的彎曲旋轉(zhuǎn)疲勞性能與失效率的關(guān)系。這種空洞引起“劃傷”往往就是疲勞破壞的“胚芽”，因此點(diǎn)狀夾雜物危害極大。有時在變形時，這些夾雜物還能將鋼的 基體劃