何肖飞等：总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响 541. 16 1.6 (a) (b) -☆-All of inclusions 12 1.2 D-5-10um 0-10-15m 0.8 △15-20um 7-≥20m 04 0.4 0 0 14 12 10 8 6 14 10 8 6 Mass fraction of total O/10 Mass fraction of total O/10 图5总氧含量对实验钢中氧化物夹杂数量密度的影响 Fig.5 Effect of total oxygen content on the density of oxide inclusions in test steels (a) Detection are~100 m ■0.0015% (b) Detection arex:~100 mm 0.0010 (c) Detection area:~100 mm 。0.00059 图6总氧含量对实验钢中氧化物夹杂分布的影响.()1号钢：(b)2号钢：(c)3号钢 Fig.6 Effect of total oxygen content on the distribution of oxide inclusions in test steels:(a)Steel No.:(b)Steel No.2 (c)Steel No.3 影响较大，而对大尺寸氧化物夹杂的影响不是特 G=99.9% 别明显.考虑到大尺寸夹杂物在齿轮材料服役中 6 Fitting line 的危害更大，为了更加准确的研究总氧含量对齿 ▲0.0013% ■0.0010% 轮钢中大尺寸夹杂物的影响，以下采用极值法和 ■0.0005% 疲劳试验方法对不同总氧含量实验钢的大尺寸夹 杂物开展系统研究 3.3.1极值法分析钢中大尺寸夹杂物 62.164.9754 极值法又称统计极值法，先前日本学者将其 40 60 80 用于钢中非金属夹杂物评价，并得到了较多应用， x/um 提高了钢中夹杂物评价可信度，可预测钢中最大 图7极值法预测不同总氧含量实验钢中最大夹杂物尺寸 夹杂物尺寸26-2网 Fig.7 Prediction of the maximum inclusion size in steels with different 本文所述极值法，采用每实验钢随机切取 total oxygen content by the extreme value method 30个金相试样进行夹杂物检验，各金相试样检测 由图可以看出，在概率G=99.9%的条件下，总 面积约100mm,检测时设置最小夹杂物尺寸比先 氧质量分数为0.0013%、0.0010%和0.0005%的实 前采用的常规金相检测时尺寸更大(10um),并适 验钢对应的最大夹杂物尺寸分别为75.4、62.1和 当减小了放大倍数，从而提高了检测效率，检测过 64.9um.总氧质量分数为0.0013%的实验钢预测 程和夹杂物处理等与先前夹杂物检测有明显区 的最大夹杂物尺寸最大，比总氧质量分数为0.0010% 别，极值法仅仅需要研究所检测面积中的最大夹 和0.0005%的实验钢的最大夹杂物尺寸高10um 杂物.检测后通过查找和计算分析，获得各实验钢 以上，而总氧质量分数为0.0010%和0.0005%的两 中不同试样中最大夹杂物等效尺寸，总共有90组 种实验钢中最大夹杂物尺寸基本一致，相差不到3um. 数据，最后利用获得的90组夹杂物尺寸样本数 总氧质量分数降低到0.0010%及以下，最大夹杂 据，对三炉实验钢最大夹杂物尺寸进行预测，如图7 物尺寸明显降低，在该工艺条件下生产的齿轮钢 所示为采用极值法得到的预测结果 氧化物夹杂尺寸可以通过降低氧含量进行控制影响较大，而对大尺寸氧化物夹杂的影响不是特 别明显. 考虑到大尺寸夹杂物在齿轮材料服役中 的危害更大，为了更加准确的研究总氧含量对齿 轮钢中大尺寸夹杂物的影响，以下采用极值法和 疲劳试验方法对不同总氧含量实验钢的大尺寸夹 杂物开展系统研究. 3.3.1    极值法分析钢中大尺寸夹杂物 极值法又称统计极值法，先前日本学者将其 用于钢中非金属夹杂物评价，并得到了较多应用， 提高了钢中夹杂物评价可信度，可预测钢中最大 夹杂物尺寸[26–28] . 本文所述极值法 ，采用每实验钢随机切 取 30 个金相试样进行夹杂物检验，各金相试样检测 面积约 100 mm2 ，检测时设置最小夹杂物尺寸比先 前采用的常规金相检测时尺寸更大（10 μm），并适 当减小了放大倍数，从而提高了检测效率，检测过 程和夹杂物处理等与先前夹杂物检测有明显区 别，极值法仅仅需要研究所检测面积中的最大夹 杂物. 检测后通过查找和计算分析，获得各实验钢 中不同试样中最大夹杂物等效尺寸，总共有 90 组 数据，最后利用获得的 90 组夹杂物尺寸样本数 据，对三炉实验钢最大夹杂物尺寸进行预测，如图 7 所示为采用极值法得到的预测结果. 由图可以看出，在概率 G=99.9% 的条件下，总 氧质量分数为 0.0013%、0.0010% 和 0.0005% 的实 验钢对应的最大夹杂物尺寸分别为 75.4、62.1 和 64.9 μm. 总氧质量分数为 0.0013% 的实验钢预测 的最大夹杂物尺寸最大，比总氧质量分数为 0.0010% 和 0.0005% 的实验钢的最大夹杂物尺寸高 10 μm 以上，而总氧质量分数为 0.0010% 和 0.0005% 的两 种实验钢中最大夹杂物尺寸基本一致，相差不到 3 μm. 总氧质量分数降低到 0.0010% 及以下，最大夹杂 物尺寸明显降低，在该工艺条件下生产的齿轮钢 氧化物夹杂尺寸可以通过降低氧含量进行控制. 14 12 10 8 6 4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Number density/mm−2 Number density/mm−2 Mass fraction of total O/10−6 14 (a) (b) 12 10 8 6 4 Mass fraction of total O/10−6 All of inclusions 0 0.4 0.8 1.2 1.6 5−10 μm 10−15 μm 15−20 μm ≥20 μm 图 5    总氧含量对实验钢中氧化物夹杂数量密度的影响 Fig.5    Effect of total oxygen content on the density of oxide inclusions in test steels X Y Detection area: ~100 mm2 (a) 0.0013% X Y Detection area: ~100 mm2 (b) 0.0010% X Y Detection area: ~100 mm2 (c) 0.0005% 图 6    总氧含量对实验钢中氧化物夹杂分布的影响. （a）1 号钢；（b）2 号钢；（c）3 号钢 Fig.6    Effect of total oxygen content on the distribution of oxide inclusions in test steels: (a) Steel No.1; (b) Steel No.2; (c) Steel No.3 80 −2 0 8 Y=−In(−In( G)) x/μm 2 4 6 20 G=99.9% 0.0013% 0.0010% 0.0005% 40 Fitting line 62.1 64.9 75.4 60 图 7    极值法预测不同总氧含量实验钢中最大夹杂物尺寸 Fig.7    Prediction of the maximum inclusion size in steels with different total oxygen content by the extreme value method 何肖飞等： 总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响 · 541 ·