近來(lái)，隨著高速旋轉(zhuǎn)和小型化的要求越來(lái)越高，因此對(duì)軸承性能提出了更高的要求。特別是汽車工業(yè)的減小汽車尺寸和降低燃料消耗對(duì)此有極高的需求。另一方面，電子工業(yè)也要求有非常小的軸承以利于節(jié)約能源和當(dāng)電子儀器更小時(shí)沒(méi)有震動(dòng)。

盡管軸承的使用要求越來(lái)越高，但也要求其使用壽命比以前更長(zhǎng)。但是，由于軸承滾珠偶爾發(fā)生剝落，因此延長(zhǎng)軸承使用壽命非常困難。為了滿足用戶日益嚴(yán)格的要求，就必須通過(guò)減少鋼中的氧化物和氮化物夾雜來(lái)提高鋼的潔凈度。

對(duì)于更潔凈的鋼來(lái)說(shuō)，采用傳統(tǒng)的ASTM方法分析疲勞壽命與鋼的潔凈性關(guān)系非常困難，因此就需要新的夾雜物測(cè)定方法。本文將介紹日本神戶制鋼公司開發(fā)的用于軸承的超潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)和新的夾雜物測(cè)定技術(shù)。

一、軸承用超潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)

1、超潔凈鋼的生產(chǎn)

神戶制鋼在神戶鋼廠和加古川廠冶煉、連鑄了用于軸承的高碳鉻鋼。這種鋼除了采用更嚴(yán)格的精練工藝以使氧化物和氮化物夾雜Z小化外，其生產(chǎn)工藝與普通鋼相同。

經(jīng)鐵水預(yù)處理充分脫磷和脫硫的鐵水在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行脫碳處理。轉(zhuǎn)爐渣是一種氧化渣。為了減少氧化物夾雜，爐渣被切斷，因而使氧化物夾雜不會(huì)流入鋼包中。在精煉（加熱、脫氣）和連鑄時(shí)，鋼水被比平常更嚴(yán)的惰性氣體屏蔽以防止與空氣接觸發(fā)生二次氧化。在精煉過(guò)程中，由于渣的堿度非常高，鋼水經(jīng)充分?jǐn)嚢?，使氧化物夾雜（主要是三氧化二鋁）上浮進(jìn)入渣中，因此，鋼變得更潔凈，只有很少量的夾雜。在連鑄時(shí)，神戶廠利用中間罐加熱器加速鋼水中的夾雜上升，加古川廠是采用較大的中間罐。

要減少氮化物夾雜，就必須使鋼中的鈦含量Z小。鈦主要來(lái)源于鐵合金，特別是用于調(diào)整鋼化學(xué)成分的鉻鐵。通常，鉻鐵在鋼包精煉過(guò)程中添加到鋼水中。由于鋼水中的氧含量非常低，因此以氧化鈦的形式（二氧化鈦）去除鈦非常困難。在神戶制鋼公司，鉻鐵是在轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)添加并熔化，而此時(shí)氧含量非常高，因此鈦與氧發(fā)生反應(yīng)形成二氧化鈦，然后被吸收進(jìn)入轉(zhuǎn)爐渣。

2、超潔凈鋼的性能

在超潔凈鋼52100中，氧含量可以控制到平均4．1ppm，鈦含量平均為6．0ppm。超潔凈鋼52100的疲勞壽命與有關(guān)對(duì)比試驗(yàn)的鋼相比，L10更高。此外，還采用了許多檢測(cè)方法對(duì)超潔凈鋼與普通鋼的潔凈性進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，超潔凈鋼的潔凈性與普通軸承鋼并沒(méi)有很大差異，然而超潔凈鋼的疲勞壽命要遠(yuǎn)長(zhǎng)于普通鋼。

二、鋼中夾雜物的新測(cè)定方法

由于超潔凈鋼有非常低的氧含量，因此采用傳統(tǒng)的ASTM測(cè)試方法對(duì)氧含量和夾雜物進(jìn)行測(cè)定不能給出與疲勞壽命很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為此，試驗(yàn)了電子束熔煉以測(cè)定潔凈鋼中的夾雜物。在神戶制鋼公司，研究人員試圖找出一種從夾雜物尺寸和數(shù)量上來(lái)評(píng)測(cè)潔凈性的新測(cè)定方法。因此開發(fā)了酸溶解方法以檢測(cè)小的夾雜物和檢測(cè)夾雜物數(shù)量。

酸溶解方法包括溶化被檢測(cè)的材料以分離出夾雜物。富含三氧化二鋁的夾雜物可以被分離出來(lái)，但是，氧化鈣夾雜物不能檢測(cè)出來(lái)，原因是其在酸中溶解。

首先，30～100g的樣品在硝酸中溶解并加熱到90℃。在冷卻后對(duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾器中的殘留物作為夾雜物被分離。過(guò)濾器網(wǎng)格尺寸為10目，尺寸大于10目的夾雜物留在過(guò)濾器中。用掃描電鏡對(duì)夾雜物進(jìn)行觀察，用電子探針顯微分析方法對(duì)夾雜物進(jìn)行分析。

通過(guò)采用這些方法，可以檢測(cè)到大量的夾雜物，而且可以避免碳化物的影響。通過(guò)采用酸溶解的方法，研究人員可以檢測(cè)氧含量低于9ppm、用于疲勞壽命試驗(yàn)的試樣。檢測(cè)結(jié)果表明，超潔凈鋼中的夾雜物數(shù)量和夾雜物Z大尺寸分別少于和小于普通鋼材。當(dāng)氧含量均低于9ppm時(shí)，酸溶解方法也可以測(cè)定超潔凈鋼與普通鋼潔凈性的差異。