總氧含量對齒輪鋼中非金屬夾雜物的影響

何肖飛，胡成飛，徐 樂，王毛球

鋼鐵研究總院特殊鋼研究所，北京 100081

作為特殊鋼領域中的一類常見鋼種，齒輪鋼主要用于制作各類機械設備的齒輪傳動部件，服役過程中承受沖擊、扭轉等綜合疲勞應力，因此，對鋼材強度、抗沖擊、抗裂紋擴展和抗疲勞性能等要求非常高，尤其是抗疲勞性能[1–2]。由于疲勞破壞通常起源于鋼中缺陷位置，尤其非金屬夾雜物位置，因此，齒輪鋼對夾雜物控制具有較高的要求，包括夾雜物數量、尺寸和分布等[3–7].

氧含量在一定程度上反映了夾雜物的控制水平，為提升特殊鋼產品性能，超低氧成為特殊鋼生產和發展的一個方向[8–9]。20 世紀80 年代，以山陽特殊鋼、愛知制鋼等為代表的日本特殊鋼廠成功開發了超低氧生產技術，可將軸承、軸件等特殊鋼總氧含量（質量分數）降低至0.0007%以下[10–14].國內鋼廠及科研院所也先后開展了大量超低氧含量控制研究工作，涉及鋼種包括軸承鋼、車輪鋼、車軸鋼、齒輪鋼、彈簧鋼等[15–18]，國內高水平鋼廠氧含量已可實現0.0010%以下穩定控制，部分鋼種可以達到0.0005%的超低氧水平[19].

氧含量降低對材料性能有明顯改善，尤其疲勞性能[20]，而夾雜物是影響疲勞性能的重要因素，針對超低氧特殊鋼中夾雜物形成、析出、分布等已有大量研究[21–24]，但氧含量高低對夾雜物數量、尺寸和分布的定量研究很少，北京科技大學于會香[25]采用Aspex 掃描電鏡研究了鋼中總氧和非金屬夾雜物的定量關系，但針對的是不同氧含量的多個鋼種，氧含量變化較大，并且不是同工藝條件。……