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特殊用途超洁净轴承钢的发展

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-07-31

近来，随着高速旋转和小型化的要求越来越高，因此对轴承性能提出了更高的要求。特别是汽车工业的减小汽车尺寸和降低燃料消耗对此有极高的需求。另一方面，电子工业也要求有非常小的轴承以利于节约能源和当电子仪器更小时没有震动。 尽管轴承的使用要求越来越高，但也要求其使用寿命比以前更长。但是，由于轴承滚珠偶尔发生剥落，因此延长轴承使用寿命非常困难。为了满足用户日益严格的要求，就必须通过减少钢中的氧化物和氮化物夹杂来提高钢的洁净度。 对于更洁净的钢来说，采用传统的ASTM方法分析疲劳寿命与钢的洁净性关系非常困难，因此就需要新的夹杂物测定方法。本文将介绍日本神户制钢公司开发的用于轴承的超洁净钢生产技术和新的夹杂物测定技术。 一、轴承用超洁净钢生产技术 1、超洁净钢的生产 神户制钢在神户钢厂和加古川厂冶炼、连铸了用于轴承的高碳铬钢。这种钢除了采用更严格的精练工艺以使氧化物和氮化物夹杂最小化外，其生产工艺与普通钢相同。 经铁水预处理充分脱磷和脱硫的铁水在转炉中进行脱碳处理。转炉渣是一种氧化渣。为了减少氧化物夹杂，炉渣被切断，因而使氧化物夹杂不会流入钢包中。在精炼（加热、脱气）和连铸时，钢水被比平常更严的惰性气体屏蔽以防止与空气接触发生二次氧化。在精炼过程中，由于渣的碱度非常高，钢水经充分搅拌，使氧化物夹杂（主要是三氧化二铝）上浮进入渣中，因此，钢变得更洁净，只有很少量的夹杂。在连铸时，神户厂利用中间罐加热器加速钢水中的夹杂上升，加古川厂是采用较大的中间罐。 要减少氮化物夹杂，就必须使钢中的钛含量最小。钛主要来源于铁合金，特别是用于调整钢化学成分的铬铁。通常，铬铁在钢包精炼过程中添加到钢水中。由于钢水中的氧含量非常低，因此以氧化钛的形式（二氧化钛）去除钛非常困难。在神户制钢公司，铬铁是在转炉吹炼时添加并熔化，而此时氧含量非常高，因此钛与氧发生反应形成二氧化钛，然后被吸收进入转炉渣。 2、超洁净钢的性能 在超洁净钢52100中，氧含量可以控制到平均4．1ppm，钛含量平均为6．0ppm。超洁净钢52100的疲劳寿命与有关对比试验的钢相比，L10更高。此外，还采用了许多检测方法对超洁净钢与普通钢的洁净性进行了对比。通过对比发现，超洁净钢的洁净性与普通轴承钢并没有很大差异，然而超洁净钢的疲劳寿命要远长于普通钢。 二、钢中夹杂物的新测定方法 由于超洁净钢有非常低的氧含量，因此采用传统的ASTM测试方法对氧含量和夹杂物进行测定不能给出与疲劳寿命很好的对应关系。为此，试验了电子束熔炼以测定洁净钢中的夹杂物。在神户制钢公司，研究人员试图找出一种从夹杂物尺寸和数量上来评测洁净性的新测定方法。因此开发了酸溶解方法以检测小的夹杂物和检测夹杂物数量。 酸溶解方法包括溶化被检测的材料以分离出夹杂物。富含三氧化二铝的夹杂物可以被分离出来，但是，氧化钙夹杂物不能检测出来，原因是其在酸中溶解。 首先，30～100g的样品在硝酸中溶解并加热到90℃。在冷却后对溶液进行过滤，过滤器中的残留物作为夹杂物被分离。过滤器网格尺寸为10目，尺寸大于10目的夹杂物留在过滤器中。用扫描电镜对夹杂物进行观察，用电子探针显微分析方法对夹杂物进行分析。 通过采用这些方法，可以检测到大量的夹杂物，而且可以避免碳化物的影响。通过采用酸溶解的方法，研究人员可以检测氧含量低于9ppm、用于疲劳寿命试验的试样。检测结果表明，超洁净钢中的夹杂物数量和夹杂物最大尺寸分别少于和小于普通钢材。当氧含量均低于9ppm时，酸溶解方法也可以测定超洁净钢与普通钢洁净性的差异。
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