首鋼技術(shù)研究院

　　5 碳化物對(duì)軸承鋼質(zhì)量的影響
　　碳化物對(duì)疲勞壽命的影響是十分明顯的。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。
　　5.1碳化物顆粒大小及分布的影響
　　碳化物的顆粒大小、形狀、數(shù)量及分布狀況都影響疲勞壽命。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。當(dāng)存在粗顆粒碳化物時(shí)，鋼的淬硬值、壓壞值、轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命都要惡化。J.E.梅雷廷恩和J.F.修厄爾在測(cè)定疲勞壽命與碳化物顆粒大小與分布的關(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)。對(duì)于碳化物的不均勻性常用碳化物顆粒平均間距(MSP)來(lái)衡量，日本不二越鋼廠在研究軸承鋼的碳化物時(shí)，測(cè)定了MSP與疲勞壽命的關(guān)系，并建立起碳化物顆粒平均距離(MSP)與疲勞壽命的回歸方程：

　　式中：Y：疲勞壽命；
　　χ：碳化物顆粒平均距離，um。

　　文獻(xiàn)[40~42]報(bào)道用型號(hào)6305的滾動(dòng)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)。結(jié)果表明，碳化物顆粒Z大和Z小兩者之間的平均壽命相差大約2.0倍。用碳化物顆粒為0.9~1.4um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(duì)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。大澤近藤也做了同樣的試驗(yàn)，得出結(jié)論：具有細(xì)球狀碳化物(平均直徑0.5~1.0um)材料壽命為粗顆粒碳化物(平均直徑2.5~3.5um)材料的1.5倍。也有人用平均碳化物顆粒分別為0.6um和1.4um的細(xì)顆粒和粗顆粒碳化物的鋼，將馬氏體含碳量固定在0.5%，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2.5∶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。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。碳化物顆粒越大，這種濃度差也越大。而濃度高和濃度低的地方壽命都不好，這樣平均壽命自然也低。
　　5.2帶狀碳化物的影響
　　帶狀碳化物是由枝晶偏析引起的。前蘇聯(lián)學(xué)者研究了帶狀碳化物對(duì)軸承鋼疲勞壽命的影響。他們將直徑為100mm的GCr15SiMn棒料(中心區(qū)帶狀組織評(píng)級(jí)為3.5級(jí)、邊緣為2級(jí))在1150℃擴(kuò)散退火15h，得到帶狀組織小于0.5級(jí)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)。結(jié)果表明：擴(kuò)散退火使縱向和橫向試樣的接觸疲勞強(qiáng)度大大提高。如果把帶狀3.0~3.5級(jí)試樣的壽命作為100%，則帶狀為0.5級(jí)的縱向壽命為166%，橫向?yàn)?88%。
　　5.3網(wǎng)狀碳化物的影響
　　網(wǎng)狀碳化物是在熱加工變形后的冷卻過(guò)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(dòng)力和充分的時(shí)間擴(kuò)散到奧氏體晶粒的邊界上析出。Z終在鋼中呈沿晶的網(wǎng)絡(luò)狀分布。關(guān)于網(wǎng)狀碳化物對(duì)性能的影響，研究的不多。A.T.斯別克托爾研究發(fā)現(xiàn)，隨網(wǎng)狀級(jí)別的增加，接觸疲勞強(qiáng)度下降。冶鋼公司一組GCr15鋼氧含量為 14×10-6，碳化物網(wǎng)狀為1.5級(jí)，與SKF一組相同牌號(hào)鋼氧含量為8×10-6，網(wǎng)狀為3.0級(jí)的鋼材對(duì)比。大冶材的接觸疲勞壽命L10、L50分別為SKF的1.67和1.74倍。
　　5.4液析碳化物的影響
　　液析碳化物與帶狀碳化物的起因相同，都起源于枝晶偏析。當(dāng)偏析嚴(yán)重達(dá)到共晶成分時(shí)，形成共晶碳化物。液析碳化物的影響與帶狀碳化物大體相當(dāng)。由于起因相同，減輕和消除的方法也相同。
　　5.5殘余碳化物含量的影響
　　用軸承鋼加工成軸承，必須在淬、回火狀態(tài)下使用，此時(shí)鋼具有混合組織，通常含有80%(體積比)的馬氏體，5~10%的殘余奧氏體和7%左右的未溶/碳化物—殘余碳化物。殘余碳化物的含量同樣影響疲勞壽命。有的研究結(jié)果指出，殘余碳化物的含量為7~8%時(shí)，壽命Z長(zhǎng)。但這種試驗(yàn)結(jié)果是用含碳量一定的鋼(1.0%C)，在不同溫度淬火條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出的。由于淬火加熱溫度不同，殘余碳化物數(shù)量固然有變化，但同時(shí)馬氏體的含碳量也在變化，而馬氏體含碳量對(duì)疲勞壽命有顯著影響。因此，殘余碳化物含量為7~8%時(shí)是否壽命Z高，這一結(jié)論還是一個(gè)問(wèn)題。日本學(xué)者用其它成分和GCr15相同，而含碳量在0.70~1.17%之間變化的鋼，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚柜R氏體中的含碳量保持一定，均為0.45%，在這樣的條件下研究殘余碳化物含量對(duì)疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，殘余碳化物含量由10.5%減少到4.5%，疲勞壽命提高。研究造成疲勞剝落區(qū)附近的顯微組織時(shí)發(fā)現(xiàn)，疲勞裂縫都是在碳化物和馬氏體的界面上傳播的。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。殘余碳化物一旦增加，碳化物和馬氏體的界面增加，于是材料發(fā)生破裂的危險(xiǎn)也增加。由此可以推斷出，增加殘余碳化物會(huì)造成疲勞壽命降低。但完全不存在殘余碳化物也不行，從耐磨性角度考慮，為了防止晶粒粗大引起疲勞壽命降低，存在一定數(shù)量的殘余碳化物是必要的。
　　6 國(guó)外軸承鋼發(fā)展概況
　　6.1工藝及質(zhì)量水平
　　發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)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(guó)等國(guó)表現(xiàn)突出。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。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。瑞典是世界軸承鋼及軸承的生產(chǎn)“王國(guó)”，歷史悠久，產(chǎn)品質(zhì)量居世界之冠。日本則大有后來(lái)居上之勢(shì)，經(jīng)過(guò)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。
　　通過(guò)近100年來(lái)的發(fā)展，軸承鋼的生產(chǎn)工藝經(jīng)過(guò)了幾次大的變化。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(lái)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。一般生產(chǎn)普通用途軸承鋼采用電爐流程或轉(zhuǎn)爐流程；對(duì)特殊用途軸承鋼(如航空軸承等)，則采用特種冶金流程生產(chǎn)。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。下面以瑞典SKF公司、日本山陽(yáng)特殊鋼公司和德國(guó)克虜伯鋼公司為例說(shuō)明軸承鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀。

　　6.2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(guó)集團(tuán)公司，經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目很多，主要包括：機(jī)械設(shè)備、軸承、鋼材等。其中SKF軸承公司是世界上Z大的軸承公司，它有Hofors和Hellefors兩個(gè)煉鋼廠，是歐洲軸承鋼的主要生產(chǎn)廠家，年生產(chǎn)直接還原鐵50000t，鋼錠700000t(幾乎全是軸承鋼)。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。但是由于酸性平爐不能去除磷和硫，對(duì)原材料要求極為苛刻，生產(chǎn)效率低，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制中很難滿足需要。

　　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(dòng)在25×10－6左右。在此期間(60年代中期)SKF公司與ASEA電氣公司共同開發(fā)了ASEA－SKF桶爐真空精煉法，又稱SKF－MR法。SKF－MR法是SKF熔煉加精煉的意思，是一種兩步煉鋼法。由一個(gè)在氧化條件下快速熔煉的SKF雙殼爐體和一個(gè)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(gè)爐殼的電弧爐，它有兩個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的爐頂，共用一套電極升降裝置、一套電源。這種雙殼爐體的目的是為了盡可能利用變壓器的Z大功率。在一個(gè)殼體內(nèi)熔煉的同時(shí)，在另一殼體內(nèi)進(jìn)行其它操作，包括出鋼、補(bǔ)爐、裝料及廢鋼預(yù)熱。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。ASEA－SKF桶爐則由一個(gè)鋼包和鋼包車、一個(gè)帶電極的爐頂和一個(gè)真空爐頂組成，并配備電磁攪拌器，可在桶內(nèi)進(jìn)行諸如除渣－電磁攪拌－加熱－脫氧－合金化－脫硫－脫碳(也可在真空下)－真空脫氣－澆鑄(模鑄，也可以連鑄)等不同的冶煉工序。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。到70年代中期，采用雙殼爐與桶爐配合，即電弧爐初煉，真空脫氣(包括真空碳脫氧)，電磁攪拌然后再進(jìn)行鋼包電弧加熱，氧含量降到20×10－6左右。70年代中到80年代初，SKF公司對(duì)工藝再一次進(jìn)行改革。改革的重點(diǎn)是針對(duì)脫氧制度和操作順序，上個(gè)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(bǔ)充脫氧，然后加熱將鋼液調(diào)整到澆鑄要求溫度。經(jīng)過(guò)研究，SKF公司發(fā)現(xiàn)，真空碳脫氧工藝時(shí)間長(zhǎng)，效率不高。于是他們著手進(jìn)行將初煉鋼液先用鋁沉淀脫氧，再在非真空下進(jìn)行電磁攪拌去除夾雜的試驗(yàn)工作，為了比較真空脫氣和非真空精煉的SKF－MR鋼的純凈度，他們對(duì)SKF3鋼(相當(dāng)于我國(guó)GCr15)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。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(lái)，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)。圖8是SKF公司從60年代中期酸性平爐工藝過(guò)渡到堿性電弧爐的各個(gè)階段SKF3鋼氧含量的變化。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。在80年代中后期，SKF公司還進(jìn)行過(guò)電磁攪拌與氬氣攪拌對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明電磁攪拌工藝的氧含量保持在7.5~12×10－6，氬氣攪拌的氧含量在8.5~15×10－6之間，因此，他們認(rèn)為電磁攪拌方式優(yōu)于氬氣攪拌方式。
　　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4.2t錠)。所謂優(yōu)化工藝，那就是由原來(lái)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(lái)，SKF公司生產(chǎn)的高碳鉻軸承鋼氧含量已基本上穩(wěn)定在10×10－6以下。研究SKF公司軸承鋼生產(chǎn)工藝的演變，發(fā)現(xiàn)它有一個(gè)并非鮮為人知的特點(diǎn)，那就是SKF工藝是由酸性平爐過(guò)渡到今天的堿性電弧爐加上爐外精煉。而堿性電弧爐，經(jīng)爐外精煉與酸性平爐冶煉的軸承鋼一樣完全不出現(xiàn)含CaO的球狀不變形夾雜物，這是SKF工藝的Z大特點(diǎn)(見表2~3)。
　　6.3日本軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
　　從60年代以來(lái)，特別是近十幾年以來(lái)，日本各個(gè)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。近十年來(lái)日本軸承鋼的產(chǎn)量一直保持在600,000t左右，成為軸承鋼生產(chǎn)大國(guó)。山陽(yáng)軸承鋼的質(zhì)量居日本之首，氧含量達(dá)到5.4×10-6，下面就其生產(chǎn)工藝和質(zhì)量水平作一簡(jiǎn)介。日本山陽(yáng)特殊鋼公司是世界上著名的特殊鋼生產(chǎn)廠家之一，以生產(chǎn)軸承鋼鋼管著稱。1939年日本政府指定山陽(yáng)為軸承鋼專業(yè)廠，1959年改稱為山陽(yáng)特殊鋼公司。通過(guò)幾十年的發(fā)展，山陽(yáng)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(tái)90tUHPEAF，兩臺(tái)30tEAF，一臺(tái)35tRH ，一臺(tái)90tRH，一臺(tái)90tLF爐，以及VAR和ESR裝置，一臺(tái)3流370×470mm垂直連鑄機(jī)(800,000t/y)。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，山陽(yáng)特殊鋼公司從60年代中期開始，對(duì)鋼的生產(chǎn)進(jìn)行了幾次大的技術(shù)改造。階段：1964年采用60噸電弧爐鋼包脫氣處理，鋼包置于真空室內(nèi)，真空度為67Pa，高堿度渣下吹氬攪拌，這個(gè)方法對(duì)提高鋼的純潔度不十分明顯，氧含量在25×10-6以上，且不穩(wěn)定。

　　第二階段：1968年從聯(lián)邦德國(guó)引進(jìn)RH裝置與60tEAF配合，真空度13Pa，軸承鋼氧含量比鋼包坑脫氣處理大大降低，達(dá)到15×10-6左右。
　　第三階段：1982年電弧爐容量擴(kuò)大到90t，LF爐與RH配合，使得目標(biāo)溫度、澆鑄時(shí)間有可能進(jìn)行控制，大大提高了軸承鋼的純凈度，在模鑄條件下氧含量達(dá)到8.3×10-6，加上大截面垂直連鑄機(jī)的采用，可使夾雜物充分上浮，以及全程保護(hù)澆鑄措施(見圖9)，使軸承鋼的氧含量進(jìn)一步降低，達(dá)到5.8×10-6(連鑄與模鑄相比氧含量降低2.5×10-6)。

　　第四階段：1986年將電弧爐傾動(dòng)式出鋼改造成偏心爐底出鋼，軸承鋼氧含量由5.8×10-6進(jìn)一步降低到5.4×10-6(偏心底出鋼與傾動(dòng)式出鋼相比，氧含量降低了0.4×10-6)。圖10顯示了日本山陽(yáng)軸承鋼生產(chǎn)工藝和鋼中氧含量的變化。近期從日本訪問(wèn)歸來(lái)的人講，山陽(yáng)特殊鋼公司的電弧爐已擴(kuò)大到150t，該公司爐外精煉工藝模式可以描繪成：90tUHP(150tUHP)-EBT出鋼-LF-RH-CC(三流370×470mm坯)，表4是該公司軸承鋼的質(zhì)量水平。
　　6.4德國(guó)軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
　　德國(guó)是歐洲主要軸承鋼生產(chǎn)國(guó)之一，緊次于瑞典，克虜伯和蒂森是德國(guó)兩家典型的軸承鋼生產(chǎn)廠，下面以克虜伯為例說(shuō)明德國(guó)軸承鋼生產(chǎn)工藝的演變過(guò)程。
　　克虜伯鋼公司 Sirgen廠有100tUHP電弧爐三座，全部鋼液經(jīng)連鑄機(jī)鑄成265mm×135mm坯，年產(chǎn)特殊鋼800,000t ,其中可熱處理鋼35%，表面硬化鋼30%，彈簧鋼15%，冷、熱鍛造鋼8%，軸承鋼7%，其它如工具鋼5%，克虜伯鋼公司對(duì)煉鋼和精煉工藝作過(guò)三次改造。
　　次改造(1978年)，為100tUHP電弧爐配備VD鋼包脫氣站，爐子無(wú)渣出鋼后，在包中進(jìn)行脫氣和成分調(diào)整，由連鑄機(jī)拉坯，這個(gè)階段沒有鋼包加熱裝置，為了補(bǔ)償脫氣過(guò)程中的溫度損失，要求出鋼溫度高于1750℃，其工藝為：100tUHPEAF-無(wú)渣出鋼-VD-CC。
　　第二次改造(1983年)，主要增加了鋼包加熱裝置-LF爐，降低了出鋼溫度(加熱裝置的建設(shè)利用了退役電弧爐的爐蓋、電極和變壓器，投資費(fèi)用不大)。同時(shí)還添置了喂線設(shè)備，操作順序?yàn)椋?00tUHPEAF-無(wú)渣出鋼-VD-LF加熱-喂線-CC。
　　第三次改造(1986年)，第三次改造的特點(diǎn)是設(shè)備的現(xiàn)代化，工序合理化。1986年新設(shè)計(jì)一臺(tái)LF爐，同時(shí)用RH脫氣裝置取代VD。VD、RH都與電爐合金加料系統(tǒng)相連，合金可以在控制的加料速度下無(wú)阻斷地連續(xù)加入鋼包。出鋼時(shí)隨鋼流加鋁脫氧，然后在RH脫氣過(guò)程中進(jìn)行微調(diào)，Z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(wú)渣出鋼-LF爐加熱-RH脫氣-FT(喂線終處理)-CC。
　　6.5國(guó)外軸承鋼生產(chǎn)工藝特點(diǎn)
　　(1)爐子大型化
　　由電爐或轉(zhuǎn)爐提供粗鋼水，爐子容量大，減少了與耐火材料之間的接觸，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。
　　(2)除渣
　　為了冶煉出氧含量很低的鋼，必須把帶有氧化反應(yīng)的熔煉過(guò)程與精煉過(guò)程分開進(jìn)行，國(guó)外普遍采用無(wú)渣出鋼(如EBT)、真空吸渣和換鋼包除渣等技術(shù)將氧化渣徹底排除。山陽(yáng)特殊公司采用無(wú)渣出鋼后，氧含量降低0.4×10－6。
　　(3)Al脫氧
　　由于動(dòng)力學(xué)的原因，在精煉過(guò)程中，真空下碳脫氧速度很慢，并且效果差，如果只采用真空碳脫氧工藝生產(chǎn)，鋼中氧含量高達(dá)20×10－6以上。因此，為了提高鋼的純凈度，必須在精煉前預(yù)先采用鋁沉淀脫氧。
　　(4)高堿度渣精煉
　　國(guó)外軸承鋼普遍采用高堿度渣精煉，一般將堿度(CaO/SiO2)控制在4~6之間(見表5)。

　　(5)攪拌鋼液、鋼包加熱
　　為了改善精煉過(guò)程中物理化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌必不可少，在各種爐外精煉裝置中，為了加強(qiáng)脫氧和去除夾雜，廣泛使用吹氬攪拌和電磁感應(yīng)攪拌(當(dāng)然也包括RH的循環(huán)攪拌)方法。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。感應(yīng)攪拌除了設(shè)備昂貴外，對(duì)于促進(jìn)鋼渣反應(yīng)也不那么有效。鋼包吹氬攪拌設(shè)備簡(jiǎn)單，能夠達(dá)到有效的攪拌并能促進(jìn)鋼渣反應(yīng)及真空下的金屬精煉，但在包底，特別是在包壁附近沒有攪拌，這是吹氬攪拌的不足之處。總之為了保證長(zhǎng)時(shí)間充分?jǐn)嚢瑁a(bǔ)償其溫降，精煉爐必須具備加熱功能。
　　(6)連鑄
　　連鑄工藝始于50年代，但是對(duì)高碳鉻軸承鋼來(lái)說(shuō)，由于碳含量較高以及對(duì)鋼的夾雜物和碳化物要求較為苛刻，生產(chǎn)的鑄坯容易產(chǎn)生偏析、縮孔和裂紋等缺陷，所以在特殊鋼連鑄中軸承鋼較為困難，發(fā)展也較慢。Z近十幾年來(lái)，隨著鋼水二次精煉、保護(hù)澆注、電磁攪拌和二次冷卻技術(shù)的發(fā)展。連鑄軸承鋼技術(shù)也相應(yīng)得到了發(fā)展。日本和德國(guó)的一些特殊鋼公司在70年代末，80年代初期開始采用連鑄機(jī)生產(chǎn)軸承鋼。如山陽(yáng)特殊鋼公司于1982年建成連鑄機(jī)，并用于軸承鋼生產(chǎn)，由于采用了全密封澆注，氧含量比模鑄低2.5×10－6。但也有人認(rèn)為連鑄軸承鋼材不適用于制造滾動(dòng)體。例如，瑞典SKF公司Ovako 廠1991年投產(chǎn)的新車間仍沿用模鑄生產(chǎn)軸承鋼，美國(guó)Timken公司1985年投產(chǎn)的新車間，就沒有采用連鑄，估計(jì)軸承鋼的生產(chǎn)以后會(huì)越來(lái)越多地采用連鑄。1986和1991年在ASTM舉辦的軸承鋼會(huì)議上，很多廠家就主張連鑄。總之，軸承鋼連鑄仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的課題。到目前為止，還沒有一篇文章報(bào)道，徹底解決了軸承鋼連鑄坯的中心碳偏析問(wèn)題。
　　7. 國(guó)內(nèi)軸承鋼的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
　　中國(guó)的軸承鋼生產(chǎn)從50年代開始起步，通過(guò)40余年的發(fā)展，近幾年來(lái)在產(chǎn)量上均達(dá)到年產(chǎn)600,000t以上，基本上滿足了國(guó)內(nèi)軸承行業(yè)的需求。特別是通過(guò)近十幾年來(lái)積極采用標(biāo)準(zhǔn)，不斷更新工藝裝備及工藝技術(shù)，在質(zhì)量上有了新的飛躍，品種結(jié)構(gòu)上也有一定的改善，尤其是在提高鋼的純潔度和改善鋼的碳化物均勻性方面取得了不少進(jìn)步，目前我國(guó)爐外精煉軸承鋼已占軸承鋼總產(chǎn)量的60%以上，大冶特殊鋼股份有限公司與上鋼五廠80年代末已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了100%爐外精煉。
　　7.1工藝
　　我國(guó)軸承鋼的生產(chǎn)，長(zhǎng)期采用10～30t小容量電弧爐單煉，氧含量多在30×10－6左右，Al2O3夾雜及點(diǎn)狀?yuàn)A雜物含量很高；1967年引進(jìn)RH裝置對(duì)100t堿性平爐鋼液進(jìn)行脫氣處理，氧含量降到20×10－6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(tái)60tVAD鋼包精煉爐，標(biāo)志著我國(guó)軸承鋼生產(chǎn)進(jìn)入爐外精煉時(shí)代，特別是近幾年來(lái)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)。上五建成了100tEAF－100tLF＋VD－CC－連軋等現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝路線，其中主體設(shè)備達(dá)到了90年代水平，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)我國(guó)軸承鋼的生產(chǎn)，將要躍上一個(gè)新的臺(tái)階，主要質(zhì)量指標(biāo)將達(dá)到先進(jìn)水平。
　　7.2產(chǎn)量、質(zhì)量和品種結(jié)構(gòu)
　　表6~8示出了我國(guó)近幾年來(lái)主要軸承鋼生產(chǎn)廠家的產(chǎn)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和氧含量的變化。從量方面看，我國(guó)軸承鋼產(chǎn)量已達(dá)60萬(wàn)噸左右，實(shí)際上2000年軸承鋼產(chǎn)量已達(dá)80萬(wàn)噸，躍居世界軸承鋼生產(chǎn)大國(guó)行列，日本大體穩(wěn)定在60萬(wàn)噸，瑞典SKF公司70萬(wàn)噸。
　　我國(guó)高碳鉻軸承鋼的產(chǎn)量已經(jīng)不少，關(guān)鍵的問(wèn)題是提高材料利用率。在這方面與先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家相比差距較大，日本、瑞典、德國(guó)在70年代末的利用率已經(jīng)達(dá)到60~62％，而我國(guó)到目前為止還不到40％。近年來(lái)，日本的軸承產(chǎn)量已達(dá)24~25億套/年，而軸承鋼的產(chǎn)量并未增加。我國(guó)軸承鋼產(chǎn)量與之相近，但軸承產(chǎn)量只有8~9億套/年。造成我國(guó)軸承鋼材利用率低的原因。除了軸承生產(chǎn)工藝落后以外，軸承鋼材品種結(jié)構(gòu)不合理也是原因。從表中可以看出，我國(guó)的棒材比重很大(占80％以上)，管材幾乎為零，瑞典、日本的管材都在20％以上；我國(guó)的線材、帶材比重仍然較低。目前我國(guó)軸承鋼管生產(chǎn)能力已有6～8萬(wàn)噸/年。但市場(chǎng)不景氣，希望軸承行業(yè)多使用管材以提高材料利用率。從表7中可以看出，我國(guó)軸承鋼的氧含量水平很不平衡，采用爐外精煉工藝氧含量都達(dá)到20×10-6以下。近年來(lái)，撫鋼、大冶和上鋼五廠等廠的軸承鋼氧含量已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)不錯(cuò)的水平。但是國(guó)產(chǎn)軸承鋼與瑞典SKF、日本山陽(yáng)等先進(jìn)廠家相比還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是鋼中微量雜質(zhì)元素含量偏高，例如Ti含量偏高，普遍在30×10－6以上，不能滿足先進(jìn)的軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)要求，限制了軸承鋼大量出口；二是表面質(zhì)量差(包括尺寸精度、表面裂紋和脫碳等)；三是內(nèi)部質(zhì)量不穩(wěn)定，波動(dòng)范圍大。因此，有必要對(duì)我國(guó)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。

　　8. 結(jié)束語(yǔ)
　　軸承鋼是純凈鋼代表鋼種之一，為了提高軸承接觸疲勞壽命，要降低鋼中氧和鈦含量及其它有害元素含量，并要求鋼中的非金屬夾雜物和碳化物細(xì)小彌散分布，同時(shí)要求鋼材尺寸精度高和優(yōu)良的表面質(zhì)量，軸承鋼質(zhì)量不僅與煉鋼、精煉、連鑄有關(guān)，還和軋鋼、熱處理工藝密切相關(guān)。
　　首鋼試制軸承鋼，可提高知名度，而且適合首鋼的發(fā)展趨勢(shì)，其產(chǎn)品技術(shù)含量大，難度高，同時(shí)附加值高，試制將促使冶煉、軋鋼、熱處理和理化性能檢驗(yàn)水平全面提高，并能夠嚴(yán)格操作和嚴(yán)格管理。
　　目前三煉鋼已具有生產(chǎn)軸承鋼的硬件設(shè)備，而且2003年矩形坯鑄機(jī)將應(yīng)用末端電磁攪拌以及新上鑄坯緩冷坑等技術(shù)，有可能生產(chǎn)[O]小于15PPM和[Ti]小于20PPM的高碳鉻軸承鋼矩形坯，另外研究人員有博士、碩士和經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員，能夠滿足軸承鋼試制的需要。