如何降低轴承钢中的氧化物夹杂

钢中夹杂物是影响轴承钢接触疲劳寿命的主要因素之一。控制钢中的夹杂物的关键是控制钢中氧含量及氧化物。降低钢中氧化物夹杂的主要思路如下。

一、控制初炼炉出钢终点的碳含量

当出钢终点碳含量过低时，钢中的溶解氧高，导致后续脱氧时消耗大量的铝，且夹杂物总量会增多，给后期精炼带来困难；另外，渣的氧化性也会明显增加，后期精炼调整和控制钢渣的成分困难。但过高的出钢终点碳含量会给初炼炉的工艺控制带来压力。电弧炉冶炼时，终点碳含量一般控制在0.2%左右。

二、选择合适的脱氧剂

在轴承钢生产过程中，用铝进行终脱氧可使钢中的氧含量降低和获得适量的酸溶铝。酸溶铝含量太高时，钢液保护不好易导致二次氧化，从而增加脆性Al2O3夹杂的含量；酸溶铝含量低时，因硅的二次氧化及钢液温度降低导致溶解氧析出，会使富含SiO2的粗大硅酸盐夹杂生成。据研究，钢中酸溶铝含量控制在0.02%~0.04%时可使钢的晶粒细化，从而获得较高的强韧性。

钡是一种较为理想的脱氧变质剂，钡合金不仅脱氧能力强，而且能使钢中的残余夹杂物得到很好的变性。据研究，用硅-铝-钡合金对轴承钢进行脱氧后，钢中的全氧含量迅速降到一稳定值，终钢中无含钡的点球状夹杂物，且钢中的残余夹杂得到了很好的变性，夹杂物细小弥散、分布均匀。

镁对轴承钢中Al2O3夹杂物的变质具有显著作用。据研究，酸溶铝为0.03%时，钢中存在210-4%的镁即能将Al2O3夹杂物变质成MgO∙Al2O3，钢中大于10μm的Al2O3夹杂物转变成细小、球形的镁铝尖晶石夹杂物，其中小于5μm的夹杂占99.46%，其余为5~10μm的夹杂物。

三、优化精炼渣成分

研究发现，精炼渣的二元碱度由2.0增加至4.5时，钢液终点全氧含量由2010-6降至1110-6，夹杂物的总数量和总面积都减小。高碱度渣精炼的钢液中典型的夹杂物为Al2O3和铝镁尖晶石等脆性夹杂物，尺寸不大于5μm。适当提高Al2O3的含量或添加CaF2、减少MgO的含量，可以显著提高精炼渣吸附夹杂物的速度和能力。

四、优化熔炼工艺

为了获得高质量的钢，加大兑入铁液量和选择高质量的废钢进行熔炼是目前常用的方法。在钢包冶金过程中，控制加入钢中的铝、硅或钙含量来促进脱氧和脱硫，全程采用保护浇注，夹杂物含量会大大降低。真空熔炼是降低夹杂物含量的重要途径，在较高的真空度下，钢中的氧含量可以降到1010-6以下。电渣精炼可以获得好于真空熔炼的冶炼效果。采用电渣精炼不只是简单地降低了钢中的氧含量、还降低了钢中夹杂物的尺寸，使夹杂物的分布更均匀、重熔后可为大夹杂物上浮提供机会。

目前、国内外对重要用途的轴承钢多采用真空感应加真空自耗冶炼、此工艺生产的新型不锈轴承钢6Cr14Mo的纯净度得到大幅提高、氧含量仅为510-4，且氧化物夹杂数量较少，尺寸较细小，分布较均匀。