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钢的成分偏析导致钢组织、性能的不均匀，这是钢制零部件提前失效以及钢性能潜力难以充分发挥的重要原因之一。现代生产工艺应使钢的均匀性达到：轿车齿轮钢淬透性带波动为±3HRC；对合金元素控制水平为碳、镍、钼含量≤±0.01%，锰和铬含量≤±0.02%；轴承钢淬火后的晶粒度为球形且尺寸波动0.8±0. 2μm；抗层状撕裂钢（z向钢）的纵向、横向和厚度方向的力学性能，特别是塑、韧性要求大体上相当。
（3）超细组织。超细组织强化是惟一增加钢强度而不降低韧性或使韧性略有增加的强化机制。例如高强度不锈钢AFC77的晶粒从60μm细化到2. 3μm，则断裂韧性KIC从100增加到220MPa·m。核反应堆压力容器钢板为粗晶时，其辐照脆化温度范围为150～250℃而细晶钢降到50～70℃。轴承钢中的碳化物尺寸细到≤0.5μm，则轴承寿命大幅度提高。



风电能源方面

对于风电轴承，目前中国还无法生产技术含量较高的主轴轴承和增速器轴承，基本依靠进口，3MW以上风电机组配套轴承的国产化问题还没有解决。国外为了提高风电轴承的强度、韧性和使用寿命，采用了新型特殊热处理钢SHX（40CrSiMo），对于偏航和变浆轴承，通过表面感应淬火热处理控制淬硬层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹；对于增速器轴承和主轴轴承采用碳氮共渗，使零件表面得到较多稳定残余奥氏体体积分数（30%-35%）和大量细小碳化物、碳氮化物，提高了轴承在污染润滑工况下的使用寿命。为提高轧机轴承的使用寿命以及运转精度，未来需要进行轧机用GCr15SiMn和G20Cr2Ni4等轴承钢的超高纯真空脱气冶炼和轴承表层大奥氏体量控制热处理等技术的研发。




与日本、德国、美国生产的齿轮钢相比，中国齿轮钢存在的差距主要是：钢的牌号未形成系列化，产品标准落后；钢的淬透性带较宽，国外钢的淬透性带已经达到4HRC，而中国在6-8HRC左右，并且不够稳定；钢的纯净度较低，从日本、德国、奥地利等国进口的齿轮钢，其氧含量波动在（7-18）×10-6，中国在（15-25）×10-6左右，并且非金属夹杂物弥散程度不够，分布不均，大颗粒夹杂物较多；晶粒度要求不同，中国齿轮钢晶粒度级别一般要求5-8级，而日本特别强调渗碳齿轮钢的晶粒度应不粗于6级；日本开发了低硅抗晶界氧化渗碳钢系列，可使晶界氧化层降低到≤5μm，而SCM420H等Cr-Mo钢为15-20μm；平均使用寿命短，单位产品能耗大，劳动生产率低。此外，在轧制过程中如何保证疏松等低倍缺陷在很小且芯部范围内，也是中国未曾研究的领域，因为低倍组织缺陷会对零件后续加工以及热处理变形带来很多不利影响。




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目前，中国汽车用齿轮钢的主体钢种仍是20CrMnTi，该钢种通常采用气体渗碳工艺，由于渗碳气氛中氧化性气体的存在，导致渗层中对氧亲和力较大的元素Si、Mn、Cr在晶界处发生氧化，形成晶界氧化层。晶界氧化层的发生会导致渗层Si、Mn、Cr等合金元素固溶量下降，降低渗层的淬透性，从而降低渗层的硬度并导致非马氏体组织的产生，进而显著降低齿轮的疲劳性能。为解决这一问题可以采用两种手段：

1）采用特殊的热处理工艺。真空渗碳可降低渗碳气氛中的氧势，从而可以较为有效地减小渗碳层晶界氧化的发生程度；稀土渗碳工艺也可以降低晶界氧化程度，由于稀土优先在工件表面富集并择优沿钢的晶界扩散，而且与氧的亲合力远比Si、Mn、Cr高得多，它将优先与氧结合,阻碍氧原子继续向内扩散，从而有助于减轻非马氏体组织的产生。



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