【技術前沿】PTR改性技術在軸承鋼中的應用

  一(yi)、軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)往往直接決定(ding)了軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)終使用性(xing)能，因此，先(xian)進(jin)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)發與(yu)應用始(shi)終受到世界各國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高度關注。軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)作為(wei)特殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)最(zui)(zui)具代表性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種，是目前(qian)生(sheng)產(chan)(chan)難度最(zui)(zui)大(da)，質量(liang)要求最(zui)(zui)為(wei)苛刻(ke)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種之一(yi)。軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)穩定(ding)生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)水平(ping)(ping)在(zai)很(hen)大(da)程度上(shang)代表了鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)鐵企(qi)業高品質特殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)(ji)術(shu)能力(li)和(he)綜合(he)(he)管理水平(ping)(ping)。我國(guo)(guo)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)產(chan)(chan)量(liang)已(yi)連續十余年(nian)位居(ju)世界第一(yi)。尤其(qi)是近年(nian)來，隨(sui)著(zhu)綜合(he)(he)國(guo)(guo)力(li)和(he)冶金技(ji)(ji)術(shu)水平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提升(sheng)，我國(guo)(guo)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)更是有(you)了長足進(jin)步。國(guo)(guo)內軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)骨干企(qi)業陸續引進(jin)和(he)建設了具有(you)當前(qian)先(xian)進(jin)水平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)生(sheng)產(chan)(chan)線，使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)硬件條件和(he)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)藝(yi)已(yi)接近或達到國(guo)(guo)際(ji)先(xian)進(jin)水平(ping)(ping)。國(guo)(guo)內大(da)型軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)企(qi)業已(yi)普遍采用EAF-LF-VD-IC/CC等(deng)(deng)先(xian)進(jin)工(gong)藝(yi)和(he)裝備。國(guo)(guo)產(chan)(chan)優質軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)氧含量(liang)、夾(jia)雜(za)物和(he)偏析控制等(deng)(deng)方(fang)面已(yi)經(jing)與(yu)國(guo)(guo)外沒有(you)明顯差距。部分(fen)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)企(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)產(chan)(chan)品也已(yi)經(jing)獲得(de)國(guo)(guo)際(ji)著(zhu)名軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)企(qi)業如SKF、NSK、FAG等(deng)(deng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)認(ren)證，并(bing)取得(de)了一(yi)定(ding)市場份額(e)。

  國內(nei)(nei)外(wai)(wai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)生(sheng)產(chan)技術(shu)的發(fa)展(zhan)(zhan)，始終圍(wei)繞提高(gao)純(chun)凈度和(he)均質(zhi)(zhi)化(hua)程度兩(liang)個方(fang)面。有研(yan)究(jiu)表明：軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的接觸(chu)疲(pi)勞壽(shou)命(ming)L10與單(dan)位體積內(nei)(nei)的夾雜(za)(za)物長度存在(zai)(zai)(zai)(zai)負指(zhi)(zhi)數(shu)關系。而夾雜(za)(za)物的含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)又(you)與鋼(gang)(gang)中(zhong)的氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)密(mi)切相關。氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)越(yue)(yue)高(gao)，夾雜(za)(za)物含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)也(ye)(ye)越(yue)(yue)高(gao)，接觸(chu)疲(pi)勞壽(shou)命(ming)就低。因此(ci)，軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的冶(ye)金質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)不僅體現(xian)(xian)在(zai)(zai)(zai)(zai)夾雜(za)(za)物的含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)、尺(chi)寸(cun)和(he)分(fen)布控(kong)制上(shang)，而且體現(xian)(xian)在(zai)(zai)(zai)(zai)O、S、P、Ti等元素含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的控(kong)制上(shang)。國外(wai)(wai)真空脫氣(qi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)已經(jing)可以穩定控(kong)制在(zai)(zai)(zai)(zai)5ppm水平(ping)，夾雜(za)(za)物最大尺(chi)寸(cun)≤11μm。國內(nei)(nei)優質(zhi)(zhi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)也(ye)(ye)達到了(le)類似指(zhi)(zhi)標(biao)。隨(sui)著軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)純(chun)凈度的不斷(duan)提高(gao)，碳(tan)化(hua)物的含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)、尺(chi)寸(cun)和(he)分(fen)布已經(jing)逐漸成為(wei)影響軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)壽(shou)命(ming)和(he)可靠(kao)性繼(ji)續提升(sheng)的關鍵(jian)因素。應(ying)該指(zhi)(zhi)出(chu)，針對國內(nei)(nei)外(wai)(wai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)生(sheng)產(chan)技術(shu)的發(fa)展(zhan)(zhan)現(xian)(xian)狀(zhuang)，在(zai)(zai)(zai)(zai)氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)、夾雜(za)(za)物和(he)偏析控(kong)制等問題(ti)得到相對有效地解決之(zhi)后，碳(tan)化(hua)物調(diao)控(kong)已成為(wei)目前國內(nei)(nei)外(wai)(wai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)先(xian)進(jin)生(sheng)產(chan)技術(shu)研(yan)發(fa)所面臨的關鍵(jian)問題(ti)和(he)重要方(fang)向。本(ben)文在(zai)(zai)(zai)(zai)簡(jian)要分(fen)析國內(nei)(nei)外(wai)(wai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)生(sheng)產(chan)技術(shu)發(fa)展(zhan)(zhan)現(xian)(xian)狀(zhuang)的基礎上(shang)，介紹了(le)西北(bei)工(gong)業大學(xue)近(jin)年來研(yan)發(fa)的強(qiang)力旋軋（Power Torsional Rolling,簡(jian)稱PTR）改(gai)性技術(shu)的原(yuan)理，及(ji)其(qi)在(zai)(zai)(zai)(zai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)碳(tan)化(hua)物尺(chi)寸(cun)、分(fen)布調(diao)控(kong)方(fang)面的部(bu)分(fen)研(yan)究(jiu)結果。

  二(er)、軸(zhou)承鋼質(zhi)量提升的關(guan)鍵問題(ti)

一般認為(wei)，軸(zhou)承鋼(gang)冶金質量(liang)的典型(xing)指標主(zhu)要包(bao)括5個方面：①氧含(han)量(liang)；②夾雜物(wu)含(han)量(liang)、尺(chi)寸(cun)和分(fen)布(bu)；③碳(tan)化(hua)物(wu)含(han)量(liang)、尺(chi)寸(cun)和分(fen)布(bu)；④疏松和偏(pian)析；⑤各(ge)向同性(xing)程度和性(xing)能穩(wen)定性(xing)。

由于(yu)大(da)尺寸氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)是(shi)非金屬夾雜中對(dui)軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)疲(pi)勞(lao)(lao)壽(shou)(shou)命影響(xiang)(xiang)最大(da)的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷，同時，鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)元素又具有氧(yang)(yang)(yang)致(zhi)析(xi)出效(xiao)應，因(yin)此(ci)對(dui)于(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)，尤(you)其是(shi)高(gao)碳鉻(ge)軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)，全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)是(shi)評價其純凈度的(de)(de)(de)(de)一(yi)個重要指(zhi)標(biao)，由溶(rong)解氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)和氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)兩部分(fen)組成。降(jiang)(jiang)低(di)(di)鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)能夠大(da)幅度提(ti)高(gao)軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)壽(shou)(shou)命和可靠性(xing)。因(yin)此(ci)，在軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)生(sheng)(sheng)產(chan)技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)中，全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)甚至(zhi)被認為是(shi)技(ji)(ji)術劃代(dai)的(de)(de)(de)(de)主要依據。尤(you)其以(yi)瑞典SKF和日(ri)本山陽特鋼(gang)(gang)(gang)最具代(dai)表性(xing)。其生(sheng)(sheng)產(chan)軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)由鋼(gang)(gang)(gang)包(bao)脫氣時代(dai)的(de)(de)(de)(de)30-50ppm發(fa)(fa)展(zhan)到(dao)目前采用SNRP法的(de)(de)(de)(de)4-6ppm，疲(pi)勞(lao)(lao)壽(shou)(shou)命L10提(ti)高(gao)了約(yue)30倍(bei)，對(dui)整個世界軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)生(sheng)(sheng)產(chan)技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)產(chan)生(sheng)(sheng)了重要影響(xiang)(xiang)。同時，當全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)降(jiang)(jiang)低(di)(di)到(dao)5ppm水(shui)平以(yi)后，繼續降(jiang)(jiang)低(di)(di)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)所(suo)獲得的(de)(de)(de)(de)性(xing)能提(ti)升(sheng)的(de)(de)(de)(de)收益已不明顯，但卻會導(dao)致(zhi)生(sheng)(sheng)產(chan)成本的(de)(de)(de)(de)明顯增(zeng)加，所(suo)以(yi)隨后世界各國(guo)的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)一(yi)直維持相對(dui)穩定的(de)(de)(de)(de)水(shui)平，未再發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)明顯變化。

大(da)量(liang)研(yan)究表明(ming)，軸承(cheng)兩(liang)大(da)失效形式之一的(de)(de)(de)疲勞剝落，往(wang)往(wang)與(yu)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)物(wu)密切相關，其中又以B類、D類、DS類夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)(de)影響最為(wei)(wei)顯(xian)著。因此，夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)(de)含量(liang)、尺寸(cun)和(he)(he)分(fen)布控制水(shui)平(ping)是衡量(liang)軸承(cheng)鋼(gang)(gang)質量(liang)的(de)(de)(de)又一個重要指標。為(wei)(wei)了理想的(de)(de)(de)獲(huo)得夾(jia)雜(za)物(wu)控制效果，國外先進軸承(cheng)鋼(gang)(gang)企業針(zhen)對不(bu)同類型的(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)物(wu)，分(fen)別從夾(jia)雜(za)物(wu)來源、成因和(he)(he)控制措施等(deng)方(fang)面開展了系(xi)統化研(yan)究，研(yan)發(fa)了各具特(te)色的(de)(de)(de)高(gao)純和(he)(he)超高(gao)純軸承(cheng)鋼(gang)(gang)生產(chan)工藝和(he)(he)生產(chan)系(xi)統。表1給出了國外知(zhi)名(ming)企業軸承(cheng)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)雜(za)質元素(su)和(he)(he)夾(jia)雜(za)物(wu)控制水(shui)平(ping)。表中r為(wei)(wei)氧化物(wu)夾(jia)雜(za)的(de)(de)(de)最大(da)直徑。