其中,纯净度要求材料中的夹杂物尽量少,纯净度的好坏对轴承的疲劳寿命有直接影响;而均匀性则要求材料中的夹杂物和碳化物颗粒细小、弥散,这会影响到轴承制造中热处理后的变形、组织均匀性等。
高端轴承钢中均匀细小的碳化物组织和热处理后均匀分布的细小碳化物
提高轴承钢的纯净度,首先要做的就是控制钢中的氧含量,炼钢中用ppm(每百万分之一)来作为氧含量的单位,一般来说8个ppm的钢就属于好钢,而高端轴承所需要的则是5个ppm的顶级钢。此外,钛等有害元素等留在钢中易形成多棱角的夹杂物,会引起局部的应力集中,产生疲劳裂纹,也都是应该要尽力避免的。
目前,随着钢的高纯净度冶炼平台系统的完善,轴承钢纯净度有了很大的提高,夹杂物水平得到有效控制,国外发达国家的钢中氧含量已经控制在5ppm以下,所以钢中碳化物的含量、分布、大小等逐渐变成了当下制约轴承钢质量的主要因素。
(三)有了轴承钢,中国的轴承工艺离世界顶尖水平又近了一步
一个国家轴承的需求量与国民生产总值总是保持一定的关系,而轴承钢的生产能力和水平又是轴承工业发展的关键制约因素,因而,工业发达国家历来都十分重视轴承钢的生产、质量以及研发工作。
以前,高端轴承钢的研发、制造与销售一直被美国、瑞典等国家的轴承巨头所垄断,如何获得纯净度高和均匀度好的顶级好钢,一直是这些巨头秘而不宣的核心技术,他们甚至从中国采购低端材质,最后加工成高端轴承,再以数十倍的价格卖到中国市场。
生产连铸轴承钢的连铸机
很长一段时间内,中国的轴承钢产量高,但质量水平低,特别在高端轴承钢方面,与国外先进水平存在很大差距,存在钢中微量杂质元素含量偏高、氧含量水平高出国际先进水平两三倍、钢中碳化物形态均匀性差等问题。
经过十多年的努力,中国已成为轴承钢生产大国,攻克了诸多轴承钢生产工艺中的难点问题,比如氧含量控制在≤5ppm的世界先进水平,掌握了其内在质量控制的核心技术。
此外,炼钢过程中加入稀土,使原本优质的钢变得更加“坚强”,是解决高端轴承用钢的技术方向,这类技术原本是世界轴承巨头们的核心秘密,现在也被中国的科研人员攻克,中国的科学家们将稀土轴承钢中影响疲劳寿命的大尺寸夹杂物数量减少了50%。
图7
中国的首批高端稀土轴承钢顺利下线
如今,中国不仅能造出高端轴承钢,而且在国际市场闯出了名堂,中国的轴承钢已经供应给瑞典、德国、日本等国,同时高端轴承钢的疲劳寿命也达到甚至超过日本和欧洲的同期水平。
有了好钢,下一步要解决的就是轴承的问题了,高端轴承研发涉及材料、设计、轴承制造装备、高精度机械加工、检测与试验等一系列技术难题,还需要接触力学、润滑理论、摩擦学、疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础研究和交叉学科的支持,高端轴承技术具有极端的复杂性,掌握难度非常之大。