對(duì)軸承疲勞壽命危害較大的氧化物類(lèi)夾雜物隨鋼中氧含量的降低而減少，為了提高軸承疲勞壽命，近幾十年來(lái)，采用各種手段降低氧含量，如真空冶煉、鋼包真空脫氣、真空自耗重熔等。隨著冶煉裝備及生產(chǎn)控制水平的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外特殊鋼廠所生產(chǎn)軸承鋼中的氧含量大幅度降低，逐步趨于穩(wěn)定的低水平狀態(tài)。目前，軸承鋼中氧含量可降至5×10-6以下，氧含量隨年份的變化，軸承疲勞壽命較20世紀(jì)60年代（電爐冶煉，氧含量約30×10-6）提高了20~30倍
   
   　　在鋼中氧含量降低至一定程度后，繼續(xù)降低氧含量將大大增加鋼材生產(chǎn)成本，而且對(duì)軸承疲勞壽命的提高效果不再顯著。在氧含量較低的水平下，夾雜物的總量較低，但偶爾有個(gè)別大尺寸的氧化物碰巧出現(xiàn)在滾道面或次表面大應(yīng)力區(qū)，會(huì)導(dǎo)致軸承疲勞壽命非常短，從而使整批軸承的可靠性大大降低。需要改善夾雜物的分布及尺寸均勻性才能提高軸承的壽命及可靠性。因此，在降低氧含量的同時(shí)要嚴(yán)格控制夾雜物的均勻性。
   
   　　另外，需要嚴(yán)格控制TiN，Ti（C，N）及鈣鋁尖晶石。Ti在高碳鉻軸承鋼中被視為有害元素，它與溶解于鋼中的氮的親和力極強(qiáng)，多以氮化鈦、碳氮化鈦夾雜物形式存在。氮化鈦夾雜是具有棱角的硬而脆的夾雜物，在熱加工過(guò)程中不發(fā)生形變，其棱角容易在鋼的基體造成應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋成為疲勞裂紋源。
   
   　　在改進(jìn)冶煉技術(shù)的同時(shí)，需建立合適的評(píng)價(jià)方法。過(guò)去的非金屬夾雜物評(píng)估法中，常用計(jì)點(diǎn)法和差視場(chǎng)評(píng)估法，但隨著煉鋼技術(shù)的顯著進(jìn)步，這些評(píng)價(jià)方法已無(wú)法區(qū)別鋼材之間的差異。20世紀(jì)80年代后半期，人們?cè)诜磸?fù)研究夾雜物數(shù)量、大小以及分布狀況的基礎(chǔ)上，提出了極值統(tǒng)計(jì)法、電子束溶解法、超聲波和電解溶液檢測(cè)等方法，對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)定夾雜物、推動(dòng)冶煉技術(shù)的進(jìn)步起到了巨大推進(jìn)作用。但是這些方法仍無(wú)法根據(jù)所評(píng)價(jià)的夾雜物推測(cè)出接觸疲勞壽命。NTN公司利用圖像解析技術(shù)開(kāi)發(fā)了可區(qū)分夾雜物尺寸和種類(lèi)的全自動(dòng)測(cè)定裝置，可對(duì)夾雜物進(jìn)行定量化。研究人員利用20 kHz超聲速疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)（10 min的短時(shí)疲勞試驗(yàn)），通過(guò)觀察魚(yú)鱗狀破損面測(cè)定評(píng)估的夾雜物。這種方法比在顯微鏡下觀察到的檢測(cè)體積要大，意味著其可檢測(cè)更多的大尺寸夾雜物。
   
   　　根據(jù)新的評(píng)價(jià)方法，世界各國(guó)不斷改進(jìn)冶煉工藝，開(kāi)發(fā)新的冶煉方法。鋼鐵研究總院的宗男夫?qū)陙?lái)世界各大特鋼企業(yè)冶煉技術(shù)進(jìn)行了較詳細(xì)的論述。
   
   　　日本山陽(yáng)特殊鋼公司開(kāi)發(fā)了SNRP（Sanyo New Refining Process）超純凈軸承鋼生產(chǎn)工藝，該工藝生產(chǎn)出的軸承鋼被稱(chēng)為超純凈軸承鋼（EP鋼）。鋼中的氧含量控制在5×10-6以下，氧化物夾雜物尺寸在11 μm以下。
   
   　　大同特鋼研發(fā)出MRAC-SSS工藝生產(chǎn)高端軸承鋼，鋼中氧含量不大于5×10-6；鈦含量不大于5×10-6；氮含量不大于30×10-6，并且氧化物夾雜、鈦系夾雜物極其細(xì)小。采用MRAC-SSS工藝生產(chǎn)的超純凈軸承鋼的接觸疲勞壽命得到延長(zhǎng)，比傳統(tǒng)精煉工藝生產(chǎn)的長(zhǎng)25%以上。
   
   　　OVAKO鋼鐵廠開(kāi)發(fā)出與SAEA-SKF鋼包精煉相匹配的雙聯(lián)工藝，組成SKF-MR（熔煉+精煉）先進(jìn)煉鋼工藝。在鋼包爐內(nèi)加熱，同時(shí)進(jìn)行鋁沉淀脫氧，配上強(qiáng)烈的電磁攪拌，獲得足夠的時(shí)間使脫氧產(chǎn)物從鋼液中分離，從而降低了鋼中氧含量和夾雜物含量。
   
   　　日本神戶(hù)和JFE進(jìn)行鐵水預(yù)處理“提純”。神戶(hù)制鋼開(kāi)發(fā)出的超純凈鋼中的氧含量為4×10-6，鈦含量為7×10-6。超純凈軸承鋼中基本消除大顆粒夾雜物，夾雜物尺寸細(xì)小且彌散分布在軸承鋼基體中。
   
   美國(guó)采用一種將高效精煉與復(fù)雜澆注系統(tǒng)相結(jié)合的特殊空氣熔煉法，生產(chǎn)出被稱(chēng)為Parapromium的全新鋼種。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發(fā)現(xiàn)，其夾雜物總長(zhǎng)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(duì)鋼的質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。
   
   　　但就材料技術(shù)的發(fā)展而言, 氧含量達(dá)到某種程度以下后，人們對(duì)通過(guò)降低鋼中氧含量來(lái)獲得更長(zhǎng)壽命的期望值并不高，而是更期待通過(guò)研究夾雜物和母體材之間的結(jié)合力，改善夾雜物的組成結(jié)構(gòu)，使其無(wú)害化從而達(dá)到更長(zhǎng)的預(yù)期壽命。日本學(xué)者佐田隆提出通過(guò)對(duì)棒材進(jìn)行熱等靜壓加工，彌合非金屬夾雜物與基體的脫開(kāi)，以提高二者的結(jié)合力，從而提高由夾雜物處起源的疲勞剝落壽命。與未進(jìn)行熱等靜壓的材料相比，L10壽命提高了5倍，由此可知，即使使用純凈度不太高的鋼材，也有可能得到與高純凈度鋼材相當(dāng)?shù)膲勖?br data-filtered="filtered" style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: Arial, sans-serif; font-size: 12px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>   
   　　在控制鋼中有害夾雜物及有害元素的同時(shí)，改善碳化物及成分均勻性也至關(guān)重要。軸承鋼中碳濃度分布不均勻，碳化物尺寸大且分布不均勻（出現(xiàn)大顆粒、帶狀碳化物等），破壞了基體的連續(xù)性和變形協(xié)調(diào)能力，降低了碳化物的有益作用，影響加工質(zhì)量及疲勞壽命。采用大斷面垂直連鑄及凝固末端電磁攪拌、輕壓下、兩段重壓下等裝備和工藝，降低碳化物液析，有效改善鑄坯偏析缺陷及鑄坯中心縮孔，提高鑄坯均質(zhì)性和致密度，焊合內(nèi)部縮孔，獲得合適的預(yù)組織，可以縮短軸承鋼球化退火時(shí)間，細(xì)化碳化物，提高疲勞壽命。
   
   　　國(guó)內(nèi)以興澄鋼鐵為代表的特鋼企業(yè)，在積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和冶煉技術(shù)的同時(shí)不斷創(chuàng)新，使國(guó)產(chǎn)軸承鋼質(zhì)量不斷提高，在某些指標(biāo)方面接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。浙江天馬與沈陽(yáng)金屬所合作，進(jìn)行了稀土軸承鋼冶煉軋制工業(yè)性試驗(yàn)和用稀土軸承鋼，已生產(chǎn)出稀土軸承鋼并用于制造軸承。根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)，在軸承鋼中添加稀土Ce或La，可減少夾雜物60%，細(xì)化夾雜物，軟化夾雜物，減小點(diǎn)狀不變形夾雜物DS，同時(shí)使夾雜物分布均勻，減少各向異性。
   
   　　為更好地控制和提高高碳鉻軸承鋼的質(zhì)量，我國(guó)于2016年修訂了GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》，并于2017年7月1日正式實(shí)施。其規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)和總體水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。新標(biāo)準(zhǔn)按冶金質(zhì)量將高碳鉻軸承鋼分為優(yōu)質(zhì)鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼3個(gè)質(zhì)量等級(jí)，以便于軸承企業(yè)根據(jù)軸承的使用壽命和可靠性要求合理選材；且增加了Al，Ti，Ca，Sn，As，Sb，Pb的控制指標(biāo)；對(duì)軸承壽命影響的單顆粒球狀DS類(lèi)（點(diǎn)狀不變形夾雜物）和氮化鈦的評(píng)定規(guī)定了明確的控制指標(biāo)。特別是DS規(guī)定按大值控制，而不是按平均值控制；對(duì)非金屬夾雜物的級(jí)別、碳化物帶狀、碳化物液析加嚴(yán)了控制。增加了軟化退火、熱軋或鍛制鋼材的碳化物網(wǎng)狀控制。
   
   　　節(jié)選自2020年1期《軸承》“滾動(dòng)軸承材料及熱處理進(jìn)展與展望”