【技術前沿】PTR改性技術在軸承鋼中的應用

  一(yi)、軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的質(zhi)量(liang)往往直接(jie)決定(ding)(ding)了(le)(le)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)產(chan)品的最(zui)終(zhong)使用性能，因此(ci)，先進(jin)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)生產(chan)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的研發與應用始終(zhong)受到(dao)世界各國(guo)(guo)的高度(du)關注。軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)作為(wei)特(te)殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中最(zui)具代表(biao)性的鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種，是目前(qian)生產(chan)難度(du)最(zui)大(da)，質(zhi)量(liang)要求(qiu)最(zui)為(wei)苛刻的特(te)殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種之一(yi)。軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)穩定(ding)(ding)生產(chan)的質(zhi)量(liang)水(shui)平(ping)在(zai)很大(da)程度(du)上代表(biao)了(le)(le)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)企(qi)業(ye)高品質(zhi)特(te)殊鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的生產(chan)技(ji)(ji)術(shu)(shu)能力和綜(zong)(zong)合(he)管理(li)水(shui)平(ping)。我(wo)國(guo)(guo)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)產(chan)量(liang)已(yi)連續(xu)十余年位(wei)居世界第一(yi)。尤(you)其是近(jin)年來，隨(sui)著(zhu)綜(zong)(zong)合(he)國(guo)(guo)力和冶金技(ji)(ji)術(shu)(shu)水(shui)平(ping)的提升，我(wo)國(guo)(guo)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的質(zhi)量(liang)更是有(you)了(le)(le)長足進(jin)步。國(guo)(guo)內軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)骨干企(qi)業(ye)陸續(xu)引(yin)進(jin)和建設(she)了(le)(le)具有(you)當前(qian)先進(jin)水(shui)平(ping)的軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)生產(chan)線，使用的硬件(jian)條件(jian)和生產(chan)工藝已(yi)接(jie)近(jin)或(huo)達到(dao)國(guo)(guo)際(ji)先進(jin)水(shui)平(ping)。國(guo)(guo)內大(da)型軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)企(qi)業(ye)已(yi)普遍采用EAF-LF-VD-IC/CC等先進(jin)工藝和裝備(bei)。國(guo)(guo)產(chan)優質(zhi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)氧(yang)含量(liang)、夾雜物和偏析控制等方面(mian)已(yi)經(jing)與國(guo)(guo)外沒有(you)明顯差距。部分鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)企(qi)的軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)產(chan)品也已(yi)經(jing)獲得國(guo)(guo)際(ji)著(zhu)名軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)企(qi)業(ye)如SKF、NSK、FAG等的認(ren)證，并取得了(le)(le)一(yi)定(ding)(ding)市場份額。

  國內外軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)生(sheng)產技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)發展，始(shi)終圍繞提高(gao)(gao)純凈(jing)(jing)度和(he)均質(zhi)化(hua)(hua)程度兩(liang)個(ge)方面(mian)。有研(yan)(yan)究表明：軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)的(de)(de)(de)接觸疲(pi)勞(lao)壽(shou)(shou)命(ming)L10與單位(wei)體積內的(de)(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)長度存(cun)在負指(zhi)數關(guan)系。而(er)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)又(you)與鋼(gang)中的(de)(de)(de)氧含(han)(han)量(liang)(liang)密(mi)切相(xiang)關(guan)。氧含(han)(han)量(liang)(liang)越高(gao)(gao)，夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)含(han)(han)量(liang)(liang)也越高(gao)(gao)，接觸疲(pi)勞(lao)壽(shou)(shou)命(ming)就(jiu)低。因此，軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)的(de)(de)(de)冶金(jin)質(zhi)量(liang)(liang)不僅(jin)體現在夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)、尺(chi)寸(cun)(cun)和(he)分(fen)布控(kong)(kong)制上，而(er)且體現在O、S、P、Ti等元素(su)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制上。國外真空脫氣軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)的(de)(de)(de)氧含(han)(han)量(liang)(liang)已(yi)(yi)經可(ke)以(yi)穩(wen)定控(kong)(kong)制在5ppm水平(ping)，夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)最大尺(chi)寸(cun)(cun)≤11μm。國內優質(zhi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)也達到了類似指(zhi)標。隨著軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)純凈(jing)(jing)度的(de)(de)(de)不斷提高(gao)(gao)，碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)、尺(chi)寸(cun)(cun)和(he)分(fen)布已(yi)(yi)經逐漸(jian)成為影響(xiang)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)壽(shou)(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠性(xing)繼續提升(sheng)的(de)(de)(de)關(guan)鍵因素(su)。應該指(zhi)出，針對國內外軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)生(sheng)產技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)發展現狀(zhuang)，在氧含(han)(han)量(liang)(liang)、夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)偏析(xi)控(kong)(kong)制等問題(ti)得到相(xiang)對有效地解決(jue)之后，碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)調控(kong)(kong)已(yi)(yi)成為目前國內外軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)先進生(sheng)產技(ji)術(shu)研(yan)(yan)發所面(mian)臨的(de)(de)(de)關(guan)鍵問題(ti)和(he)重要方向。本文在簡(jian)要分(fen)析(xi)國內外軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)生(sheng)產技(ji)術(shu)發展現狀(zhuang)的(de)(de)(de)基礎上，介紹了西北工業大學近(jin)年(nian)來研(yan)(yan)發的(de)(de)(de)強力(li)旋軋（Power Torsional Rolling,簡(jian)稱PTR）改性(xing)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)原理，及其在軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鋼(gang)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)尺(chi)寸(cun)(cun)、分(fen)布調控(kong)(kong)方面(mian)的(de)(de)(de)部分(fen)研(yan)(yan)究結果(guo)。

  二、軸承鋼(gang)質量(liang)提(ti)升的關鍵問題

一般認為，軸承鋼冶金質量的典型指標(biao)主要包(bao)括5個方面：①氧含(han)量；②夾(jia)雜物含(han)量、尺(chi)寸和分布；③碳化物含(han)量、尺(chi)寸和分布；④疏松和偏析；⑤各向同(tong)性(xing)程度和性(xing)能穩(wen)定(ding)性(xing)。

由(you)于大(da)尺(chi)寸氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)是非金屬夾雜中(zhong)對(dui)(dui)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)疲(pi)勞壽命(ming)影響最大(da)的(de)(de)(de)(de)缺陷，同(tong)時，鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)元素(su)又具(ju)有氧(yang)(yang)(yang)致(zhi)析出(chu)效(xiao)應，因此(ci)對(dui)(dui)于軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)，尤其(qi)是高(gao)碳鉻軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)，全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)是評價其(qi)純凈度(du)的(de)(de)(de)(de)一個重要指(zhi)標，由(you)溶解氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)和氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)兩部分組成。降低(di)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)能(neng)夠(gou)大(da)幅度(du)提高(gao)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞壽命(ming)和可靠性(xing)。因此(ci)，在軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)生產(chan)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)發展中(zhong)，全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)甚至被認為(wei)是技(ji)術劃代(dai)的(de)(de)(de)(de)主要依(yi)據。尤其(qi)以瑞典SKF和日本山陽特鋼(gang)(gang)(gang)最具(ju)代(dai)表性(xing)。其(qi)生產(chan)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)由(you)鋼(gang)(gang)(gang)包(bao)脫氣時代(dai)的(de)(de)(de)(de)30-50ppm發展到目前采用SNRP法(fa)的(de)(de)(de)(de)4-6ppm，疲(pi)勞壽命(ming)L10提高(gao)了(le)約30倍，對(dui)(dui)整個世界軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)生產(chan)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)發展產(chan)生了(le)重要影響。同(tong)時，當全(quan)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)降低(di)到5ppm水(shui)平(ping)以后，繼(ji)續(xu)降低(di)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)所(suo)獲得的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)提升的(de)(de)(de)(de)收益(yi)已(yi)不(bu)明顯，但(dan)卻會(hui)導致(zhi)生產(chan)成本的(de)(de)(de)(de)明顯增加，所(suo)以隨后世界各國的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)一直維持(chi)相對(dui)(dui)穩定的(de)(de)(de)(de)水(shui)平(ping)，未再發生明顯變化。

大量研(yan)究(jiu)(jiu)表(biao)明，軸承(cheng)兩大失(shi)效形式之一的(de)疲勞剝落，往(wang)(wang)往(wang)(wang)與鋼中的(de)夾(jia)雜(za)物密切相關(guan)，其中又以B類(lei)、D類(lei)、DS類(lei)夾(jia)雜(za)物的(de)影響最為顯著(zhu)。因此，夾(jia)雜(za)物的(de)含量、尺(chi)寸和(he)分布控(kong)(kong)制水(shui)平(ping)是(shi)衡量軸承(cheng)鋼質量的(de)又一個(ge)重要(yao)指標。為了(le)理想(xiang)的(de)獲得夾(jia)雜(za)物控(kong)(kong)制效果(guo)，國外先進軸承(cheng)鋼企業(ye)針(zhen)對不同類(lei)型的(de)夾(jia)雜(za)物，分別從夾(jia)雜(za)物來源、成因和(he)控(kong)(kong)制措施(shi)等方面開展了(le)系(xi)統化(hua)研(yan)究(jiu)(jiu)，研(yan)發了(le)各具特色的(de)高(gao)純和(he)超高(gao)純軸承(cheng)鋼生(sheng)產工藝(yi)和(he)生(sheng)產系(xi)統。表(biao)1給出了(le)國外知名企業(ye)軸承(cheng)鋼的(de)雜(za)質元素和(he)夾(jia)雜(za)物控(kong)(kong)制水(shui)平(ping)。表(biao)中r為氧化(hua)物夾(jia)雜(za)的(de)最大直徑。