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    鋼中氧含量的降低直接影響鋼中夾雜物的多少，進(jìn)而影響軸承鋼的接觸疲勞壽命。有資料顯示，鋼中氧含量L10有如下關(guān)系：

    L10（相對壽命）=372[O]-1.6
    式中 [O] 為鋼中氧含量，10-6。

    各種先進(jìn)的冶煉技術(shù)的采用所帶來的最顯著的效果之一是鋼中氧含量的降低，由20世紀(jì)60年代初的30×10-6下降到今天的（3~5）×10-6，L10為未采用真空脫氣前的30倍以上。

    1真空脫氣及爐外精煉技術(shù)

    1964年開始應(yīng)用鋼包脫氣法，即把鋼包放在真空室內(nèi)，通人惰性氣體進(jìn)行攪拌，使其壓力下降到66.5Pa（0.5托）實(shí)現(xiàn)脫氣，使鋼中氧含量從(25~35)×10-6下降到(15~20)×10-6。這種方法不足之處是使堿性大的爐渣也同樣攪拌，鋼的純凈度難以最大限度地提高。為解決此問題，1968年開始引進(jìn)提升脫氣法(RH法)在13.3Pa（0.1托）的高真空下，鋼中的氫、氧被脫去，降低夾雜物，而爐渣不被卷人。60t高功率電爐的使用加上RH脫氣，使鋼中氧含量從(15~20)×10-6下降到(8.3~15)×10-6。1974年以后，為了配合超高功率電爐的合理使用，引進(jìn)了鋼包精煉技術(shù)（LF法），即鋼包帶有加熱、攪拌和真空脫氣裝置，在鋼包內(nèi)完成還原期，形成還原性爐渣，并脫氧、脫硫、脫氫，還能控制鋼液溫度、鋼液的成分精度和澆注時(shí)間。此階段UHP爐應(yīng)用+LF+RH法聯(lián)合使用，使鋼中氧含量降到(5~10)×10-6，這對于與連續(xù)澆注相匹配是必不可少的。此外，為進(jìn)一步改善真空脫氣的效果，還開發(fā)和采用了霧化真空脫氣法、循環(huán)真空脫氣法(通稱DH法)生產(chǎn)真空脫氣軸承鋼。

    2 真空冶煉

    在軸承鋼冶煉時(shí)，施以真空，不但可避免鋼水的氧化還可對鋼水進(jìn)行脫氧，獲得比真空脫氣更高的純凈度。具體方法有以下幾種[2]：

    2.1真空感應(yīng)治煉法(VIM法)

    在真空感應(yīng)冶煉時(shí),挑選基本不含雜質(zhì)、化學(xué)成分與冶煉合金鋼等級相當(dāng)?shù)膹U鋼送入小型電感應(yīng)爐中，這種爐子置于大型真空室內(nèi)，真空室內(nèi)包括一個(gè)密封料斗以添加所需合金。早在快速熔化和精煉期間就開始鋼水的脫氣，冶煉完成后，讓爐子傾斜并將鋼水注入鋼鑄模。在真空密封室內(nèi)，鋼鑄模自動(dòng)進(jìn)人和退出澆注位置。這種真空感應(yīng)冶煉爐工藝是用來制造優(yōu)質(zhì)航空軸承鋼的最早真空冶煉方法之一。今天，它的主要作用之一是提供用于生產(chǎn)超高純度真空電弧重熔鋼的電極。

    2.2真空電弧重熔法(VAR法)

    這種工藝是將具有理想化學(xué)成分的一個(gè)電極置入一個(gè)周圍用水冷卻、內(nèi)部為真空的銅模中。電弧產(chǎn)生于電極底面和同樣合金成分的基板之間。在極高真空度下當(dāng)電極損耗時(shí)，它會(huì)自動(dòng)下降，并且控制電壓以維持恒定的冶煉參數(shù)。因?yàn)閷δ�固方式進(jìn)行了控制，所以重熔鋼基本上無中心氣孔和澆鍵分凝。重熔鋼改善了力學(xué)性能,特別是橫向方向的力學(xué)性能。

    2.3其他真空冶煉技術(shù)

    為了得到更高純潔度的鋼，有時(shí)把兩種真空冶煉技術(shù)聯(lián)合使用或一種真空冶煉技術(shù)多次使用。

    VIM+VAR：用VIM法生產(chǎn)的鋼作VAR的電極，該電極自耗重熔后其純凈度又一次提高，同時(shí)改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)使之更均勻。其氧含量達(dá)8×10-6以下，與脫氣鋼比，它的材料致密度高，晶粒細(xì)小均勻，大大提高了力學(xué)性能。歐美的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承用鋼即用此法冶煉。

    多次VAR：用VAR法生產(chǎn)的軸承鋼棒重新作為自耗電極，進(jìn)行二次、甚至三次VAR處理。美國波音飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承規(guī)定用此鋼材。

    VIM+ESR： 世界著名的英國斯貝航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司規(guī)定所用的高速鋼MSRR6015必須用VIM+ESR法生產(chǎn)。

    3 其他冶煉技術(shù)

    3.1 熔煉設(shè)備的大型化

    自1965年后，逐步引入電爐快速冶煉法UHP（Ultra High Power）及超UHP（Super UHP），其最大的特點(diǎn)是通入爐內(nèi)的電量是傳統(tǒng)方法的2~3倍，甚至更高，變壓器及爐子的容量也同時(shí)大型化，縮短了冶煉時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。爐子的容量由30t到150 t，生產(chǎn)率由15t/h提高到125t/h。

    采用巨型鋼包(70~150t)、巨型盛鋼桶(70~150t)，大型連鑄坯(370mm×470mm×2000mm)，大型鋼錠（重7~10t，大頭450mm×450mm），大型開坯、軋制設(shè)備，大型1300C重油高溫?cái)U(kuò)散爐、正火爐、大型連續(xù)式氣體保護(hù)球化退火爐，從而保證軸承鋼的碳化物不均勻性和表面脫碳層得以良好地控制。

   3.2 連續(xù)澆鑄的引進(jìn)

    50年代以前均采用頂鑄法，50年代以后采用底鑄法，相繼采用防氧化覆蓋劑，惰性氣體保護(hù)，提高底板磚材質(zhì)等措施，使底鑄法鑄成的鋼錠的純潔度也有較大提高。從1982年開始引進(jìn)大斷面(370mm×470 mm方坯)垂直式連續(xù)澆鑄技術(shù)使軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)又上了一個(gè)新臺(tái)階。在連續(xù)鑄坯的過程中采取有效措施隔絕鋼水與空氣接觸，嚴(yán)格控制耐火材料質(zhì)量，使鋼坯的含氧量得以很好地控制，達(dá)到(3~8)×10-6范圍內(nèi)。由于凝固階段采用大功率電磁攪拌裝置，還能大大改善結(jié)晶組織。

    3.3 偏心爐底出鋼(EBT)

    通常出鋼是傾斜爐體,通過出鋼槽,把鋼水倒人鋼包。1986年開始采用偏心爐底出鋼，即在電弧爐底的偏心一側(cè)下方開出鋼口，這樣可以在出鋼前放出鋼液面上的爐渣再由底部出鋼，使鋼水與酸性爐渣分開，便于LF鋼包精煉，可以更穩(wěn)定地?zé)挸龈呒儩嵍鹊匿摚�同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。測試表明，采用EBT，其氧含量可以進(jìn)一步下降(平均降低0.4×10-6)。最突出優(yōu)點(diǎn)是改善夾雜物形態(tài)，使對接觸疲勞壽命影響最壞的B類粗系列和D類粗系列夾雜物得到明顯改善。

      3.4電渣重熔法(ESR)

    電渣重熔工藝除了位于電極底部的渣液池形成熔化所需的電阻外,非常類似于自耗電極真空冶煉工藝。既可以將熔化狀態(tài)的渣池送入爐膛，也可以提供粉末渣，在底板和電極之間觸發(fā)電弧時(shí)粉末渣快速熔化。當(dāng)鋼水滴通過渣池時(shí)，鋼水實(shí)現(xiàn)了精煉。通過控制渣的成分可以脫去硫、氧和其他有害的雜質(zhì)。最后形成的鋼錠凝固方式減少了孔隙，將偏析降至最低限度，并改善了鋼鍵橫向和縱向方向的物理性能。作為生產(chǎn)高品質(zhì)鋼的一種方法，還將繼續(xù)使用或與其他冶煉方法配合使用。

    另外，實(shí)現(xiàn)鋼錠、鋼坯的表面質(zhì)量在線清理,同時(shí)有嚴(yán)格的在線無損探傷裝置，分別用四種方法(渦流、磁粉、漏泄磁束和超聲探傷法)共進(jìn)行4~7次探傷,充分保證鋼材無裂紋出廠。

    4 發(fā)達(dá)國家的冶煉技術(shù)

    日本在20世紀(jì)60年代引進(jìn)真空脫氣設(shè)備[3，5]；70年代對引進(jìn)的LF及CC等技術(shù)加以改進(jìn)；80年代一直致力于開發(fā)所謂的長壽命、超長壽命軸承鋼，如NSK開發(fā)的Z鋼就是其最新的成果之一[6]。該鋼是在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過改進(jìn)煉鋼設(shè)備及冶煉條件而開發(fā)出的成本不高的優(yōu)質(zhì)鋼種。其鈦含量＜0.004%，氧含量＜9×10-6，硫含量＜0.0008%（為降低軸承噪聲）。與一般的真空脫氣鋼（MGH）相比，其軸承壽命（L10）提高了一倍。在此基礎(chǔ)上，對電爐底吹法、LF排渣結(jié)構(gòu)、脫氧方法、LF和RH中的溫控和攪拌進(jìn)行改進(jìn)，確立了一套山陽新煉鋼方法SNRP（SANYO New Refining Process）[7]，使鋼的氧含量控制在5×10-6左右，且使用一套全新的夾雜物評定方法（NSK—ISD2法），控制夾雜物的尺寸、形態(tài)和分布，使夾雜物分散均勻的同時(shí)，消除大型夾雜物，開發(fā)了超長壽命高可靠性軸承用鋼--EP鋼（Extremely Purified Steel）。其L10為Z鋼的5倍，為一般真空脫氣鋼10倍，達(dá)到80倍計(jì)算壽命（以大氣冶煉的軸承鋼制軸承的計(jì)算壽命L10為1），疲勞極限比Z鋼提高700~900MPa，達(dá)到1030MPa。特別適用于脂潤滑及潔凈油潤滑條件下工作、要求高可靠性和超長壽命的軸承，如汽車輪轂部位和相關(guān)電器、鐵路車輛及高速電機(jī)軸承等。

    瑞典1964年開發(fā)了ASEA-SKF鋼包精煉技術(shù)，將雙殼電爐與此精煉技術(shù)配合使用，稱為SKF-MR法，經(jīng)不斷改進(jìn)提高，一直沿用至今。該工藝除采用SKF-ASEA鋼包精煉裝置外，還采用一個(gè)雙聯(lián)電弧冶煉爐。雙聯(lián)爐具有各帶氧燃料燃燒器的兩個(gè)爐罐和兩個(gè)爐蓋，一個(gè)有石墨電極，另一個(gè)沒有電極。一個(gè)爐冶煉，另一個(gè)爐子進(jìn)行裝料和預(yù)熱。在冶煉爐中，碳和硫含量調(diào)整到最終最大極限值以下。然后，將該鋼包鋼水送人具有獨(dú)立電極爐蓋的ASEA鋼包精煉爐。這種設(shè)備可以提供許多冶金工藝，包括真空脫氣、脫硫、脫氧和調(diào)整鋼水的化學(xué)成分。另外，在溫度嚴(yán)格控制的條件下，感應(yīng)攪拌還可以采用鋁進(jìn)行沉淀脫氧，從而使鋼的氧含量和非金屬夾雜物含量非常低。

    美國1967年開發(fā)了Finkl-VAD鋼包精煉法也不斷攻進(jìn)提高，沿用至今。其軸承鋼質(zhì)量水平也很好，而且穩(wěn)定可靠，達(dá)到國際公認(rèn)的ASTM A 295標(biāo)準(zhǔn)的水平。這種方法是鋼的冶煉在鋼包爐中進(jìn)行，這種爐子克服了最初電弧熔化爐的通常限制。它裝備有獨(dú)立的控制鋼水溫度的電極，并裝備有使鋼水循環(huán)的電磁攪拌器。因此，沒必要像前面描述的各種標(biāo)準(zhǔn)鋼包脫氣工藝那樣需要使電弧爐中鋼水過熱，以補(bǔ)償其后的溫度下降。噴槍可以使粉末狀合金進(jìn)入鋼包內(nèi)部。使用氫氣作為這些粉末合金的氣體載體，生成的氣泡有助于合金粉末均勻地分布于鋼包。噴槍和添加金屬絲結(jié)合起來可以控制夾雜物形狀、降低硫含量和改善流動(dòng)性、化學(xué)均勻性以及整體的微觀清潔度。鋼包爐技術(shù)能使電弧爐中的廢鋼料迅速熔化，改善其后鋼包爐作業(yè)的精煉能力。該裝置在提高煉鋼經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也改善了鋼材的質(zhì)量。

    美國在1986年以后，采用一種高效精煉和相當(dāng)復(fù)雜的澆注系統(tǒng)相結(jié)合的特殊空氣熔煉法，生產(chǎn)出被稱為Parapromium的一種全新鋼種[8]。該鋼的磁性顆粒限度符合AMS2300標(biāo)準(zhǔn)（1986以前，該標(biāo)準(zhǔn)只適用于真空重熔鋼），其氧含量與真空重熔鋼相近。采用超聲波檢查法檢查夾雜物含量發(fā)現(xiàn)，其夾雜物總長度小于沉淀脫氧+保護(hù)性射流澆注生產(chǎn)的E.F.Q.B2型軸承鋼。該鋼有可能代替真空重熔鋼或E.F.Q.B2鋼使用于對鋼的質(zhì)量要求較高的場合。

    德國FAG公司近幾年開發(fā)一種新的軸承鋼精煉方法生產(chǎn)所謂的 “無鋁鋼”[9]，即變通常用A1脫氧改為用Si脫氧，雖然比用Al脫氧效果略差[鋼中氧含量高(2~3)×10-6]，但用Si脫氧能減少鋼中脆性的鋁酸鈣、氧化鋁等夾雜物含量，且夾雜物變得細(xì)小分散，其有害作用大大降低。據(jù)介紹，F(xiàn)AG公司現(xiàn)用的連鑄軸承鋼均改用此方法脫氧，由于夾雜物形態(tài)變得細(xì)小分散，用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)圖片來檢驗(yàn)夾雜物已不適應(yīng)，從而研制一種大功率的超聲波夾雜物測定儀器，可以對鋼材進(jìn)行100%連續(xù)檢驗(yàn)，同時(shí)用此儀器還可檢查鋼材裂紋。