1.1.1 国外轴承钢的发展概况

轴承钢的发展起步较早，1856年，Bessemer提出了转炉炼钢法，标志着现代轴承钢及冶金技术发展的开端，向生铁中吹入空气生产出相对优质的钢材。随后，平炉熔炼技术的发明进一步改善了钢材的质量，由此，钢材开始更广泛应用于工业生产中。而世界轴承工业兴起于19世纪末期到20世纪初期，其中德国FAG成立于1883年，是世界上首家轴承公司。据Stribeck在1900年的叙述，19世纪的后25年，轴承材料越来越多地采用碳钢和铬钢，这些轴承钢应“全淬透且硬度和韧性均匀一致”。1920年首先规定了这种钢材的技术规范，进而形成了现在应用最广泛的一种轴承钢（中国牌号GCr15，美国牌号52100）。

1964年开始应用钢包脱气法进行炼钢，即把钢包放在真空室内，通入惰性气体进行搅拌，室内压力降至66.5Pa实现脱气，氧的质量分数降低到（15～20）×10-6，但是此种方法难以有效地提高钢的纯净度。1968年开始采用提升脱气法，在高真空下，钢中的氧和氢被脱气，降低了夹杂物含量，提高了钢精炼效果，氧的质量分数降至（8.3～15）×10-6。1974年日本采用钢包精炼技术（LF法），即钢包带有加热、搅拌和真空脱气装置，实现了脱氧、脱硫、脱氢，氧的质量分数降至（5～10）×10-6。20世纪80年代后，日本、瑞典以及德国等轴承生产大国进一步优化各种冶炼设备和炉外精炼工艺，例如扩大初炼炉的容量、偏心炉底出钢以及真空吸渣等，轴承钢的氧含量及其他有害元素含量不断下降。目前，国外轴承钢的冶炼工艺较为成熟，轴承钢的氧含量稳定在较低水平，氧的质量分数可达5×10-6左右。由瑞典OVAKO公司和日本山阳特殊钢公司生产的轴承钢产品质量较好，代表了当今轴承钢生产企业的最高水平。上述两家公司生产的轴承钢纯净度极高，氧的质量分数可控制在3×10-6左右。由上述分析可知，轴承钢冶炼技术的发展也是氧含量降低技术的发展，图1-1和图1-2所示分别为钢中氧含量随时间的变迁和世界著名钢厂轴承钢中氧含量的变化。

目前，轴承钢采用真空冶炼时，不仅可避免氧化，还可以对钢液进行脱氧，进而获得比真空脱气更高的纯净度，一般采用真空感应熔炼法（VIM）、电渣重熔法（ESR）和真空电弧重熔法（VAR）等。这些冶炼方法在保证纯净度的基础上，还可有效细化轴承钢中非金属夹杂物的尺寸，进而提高轴承的可靠性。与普通冶炼方法相比，电渣重熔后轴承钢的氧含量略高，但由于夹杂物的尺寸较小，且组织较为致密，电渣重熔后轴承钢的疲劳性能仍然有所改善。真空感应熔炼可获得纯净度较高的轴承钢，但偶尔会混入外来的夹杂物，影响可靠性。因此，真空感应熔炼常与真空电弧重熔或电渣重熔配合使用。如使用VIM+VAR法，材料致密度更高，晶粒细小均匀，力学性能得到显著提高。欧美的军用发动机轴承钢常采用此法；美国波音飞机发动机轴承规定轴承钢采用多次VAR法；英国贝斯航空发动机公司规定选用的高速钢MSRR6015采用VIM+ESR法。