总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响

何肖飞，胡成飞，徐 乐，王毛球

钢铁研究总院特殊钢研究所，北京 100081

作为特殊钢领域中的一类常见钢种，齿轮钢主要用于制作各类机械设备的齿轮传动部件，服役过程中承受冲击、扭转等综合疲劳应力，因此，对钢材强度、抗冲击、抗裂纹扩展和抗疲劳性能等要求非常高，尤其是抗疲劳性能[1–2]。由于疲劳破坏通常起源于钢中缺陷位置，尤其非金属夹杂物位置，因此，齿轮钢对夹杂物控制具有较高的要求，包括夹杂物数量、尺寸和分布等[3–7].

氧含量在一定程度上反映了夹杂物的控制水平，为提升特殊钢产品性能，超低氧成为特殊钢生产和发展的一个方向[8–9]。20 世纪80 年代，以山阳特殊钢、爱知制钢等为代表的日本特殊钢厂成功开发了超低氧生产技术，可将轴承、轴件等特殊钢总氧含量（质量分数）降低至0.0007%以下[10–14].国内钢厂及科研院所也先后开展了大量超低氧含量控制研究工作，涉及钢种包括轴承钢、车轮钢、车轴钢、齿轮钢、弹簧钢等[15–18]，国内高水平钢厂氧含量已可实现0.0010%以下稳定控制，部分钢种可以达到0.0005%的超低氧水平[19].

氧含量降低对材料性能有明显改善，尤其疲劳性能[20]，而夹杂物是影响疲劳性能的重要因素，针对超低氧特殊钢中夹杂物形成、析出、分布等已有大量研究[21–24]，但氧含量高低对夹杂物数量、尺寸和分布的定量研究很少，北京科技大学于会香[25]采用Aspex 扫描电镜研究了钢中总氧和非金属夹杂物的定量关系，但针对的是不同氧含量的多个钢种，氧含量变化较大，并且不是同工艺条件。……