轴承钢和帘线钢精炼渣系的比较(完成版)分析

轴承钢和帘线钢冶炼精炼渣系研究

一、轴承钢

1、轴承钢相关背景

轴承用钢包括高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及特殊

工况条件下应用的特种轴承钢等。其中尤以高碳铬轴承钢生产量为最多。含C

1．O ％、Cr 1．5％的高碳铬轴承钢是轴承钢的代表品种。自本世纪初问世以来，

已有近100年的历史，从它诞生至今，化学元素的古最几乎没有变化，但其疲劳

寿命却有成倍甚至成几十倍的提高，原因主要就在于近些年冶金工艺的现代化、

炉外精炼技术的普遍采用，使得轴承材料的纯净度不断提高。

在合金钢领域内，轴承钢是检验项目最多、质量要求最严、生产难度最大的

钢种之一。衡量轴承钢的冶金质量，一般从三个方面着眼， 是纯净度，即钢中

夹杂物的含量；二是碳化物不均匀性；三是钢材的尺寸精度、表向裂纹和脱碳[1]

。

2、轴承钢精炼渣处理

精炼渣处理钢液是应用最广泛的精炼手段之一，几乎所有的精炼设备工艺都

会采用精炼渣处理钢液。在钢液的精炼过程中，精炼渣一方面吸收上浮的夹杂物

从而减少夹杂物总量，另一方面由于精炼渣-钢-夹杂物三者之间的互相影响精炼

渣还有夹杂物改质的作用。

根据不同的方法精炼渣有很多种分类，但一般都是依据二元碱度将精炼渣分

为高碱度精炼渣和低碱度精炼渣。在轴承钢的冶炼中，由于对质量的不同需求和

初炼钢水状况的不同形成了高碱度渣精炼和低碱度渣精炼两种工艺路线[2]。

2.1、高碱度渣精炼工艺

高碱度渣精炼工艺即控制精炼渣中碱度R>4.0，总铁含量≤1.0%。这种精炼

工艺的精炼渣系有很强的脱硫能力，能够生产超低硫系列的轴承钢。而且具有很

高的脱氧能力，能够吸附大量Al 2O 3夹杂物，因此在轴承钢中几乎就没有氧化物

夹杂物。但是精炼渣中Ca0含量高，加上精炼普遍采用铝作为脱氧剂，因此极易

被铝还原生成球形夹杂物对轴承钢的质量危害很大。因此，在采用高碱度精炼渣

精炼轴承钢时，要严格控制铝脱氧剂的用量，最大程度地避免球形夹杂物的形成。

（1）日本各轴承钢生产厂家大都采用高碱度渣精炼，其中以山阳特殊制钢公

司取得的效果最为瞩目，硫质量分数降到0.002%-0.003%，全氧质量分数达到平

均5.4× 10−6，个别炉次甚至达到了3 ×10−6。山阳公司采用高碱度渣精炼工

艺将钢液中的全氧质量分数降到了极低的程度，钢中B 类夹杂物几乎不存在了，

但是D 类夹杂物的数量却较多，平均达到了0.9级。

（2）莱钢公司[3]为了降低钢中全氧质量分数，提高GCrI 5钢质量，在LF 精

炼过程中采用了碱度4～5的高碱度精炼渣，取得了良好的效果，全氧质量分数

由平均11 ×10−6降到7.9×10−6。

应该注意到，高碱度精炼渣虽然在脱硫和降低全氧质量分数上取得了很好的

效果，但却增加了钢中的球状不变形夹杂物。在轴承钢的冶炼中，选择一种适当

成分的精炼渣，主要达到三个目的:

(1)一定的脱硫能力，使轴承钢中的A 类夹杂物控制在一定范围；

(2)吸收Al 2O 3夹杂物的能力，以最大限度地降低氧化物夹杂数量；

(3)减少或消除含Ca0的D 类夹杂物。

高碱度精炼渣虽然很好地达到了前两个目的，但却导致了球状夹杂物出现率

升高，没能达到第三个目的。为了获得优良的综合效果，近些年国内的科研院所

和高校以及主要的轴承钢生产厂家在精炼渣方面做了大量地研究工作。

2.2低碱度渣精炼工艺

低碱度渣精炼工艺是控制渣中碱度R ≥1.2，总铁含量≤1.0%。这种精炼工

艺的精炼渣渣系虽然能够消除含Ca0的D 类球形夹杂物，也能够对Al 2O 3夹杂物

有一定的吸附能力。但是轴承钢中的氧含量是处在一个相对较高的水平，不利于

脱硫反应，虽然能改变轴承钢中夹杂物的形态，大幅度提高塑性夹杂物的比例，

但是夹杂物的数量并没有因此减少。

（1）大冶钢厂采用低碱度渣一吹氢精炼工艺，取得了良好的效果。生产实

践证实，在这种低碱度渣下精炼，进入钢液中的钙质量分数一般不会超过

20×10−6，不足以形成低熔点的球状钙铝酸盐夹杂物

[4、5、6]。 （2）本钢采用低碱度的Ca0-Al 2O 3渣系进行顶渣处理，脱硫率达50%-70%，脱氧50%,同时消除了含Ca0的D 类夹杂物[7]。

（3）ASEA-SKF 钢包炉精炼轴承钢时采用中性渣(w(Ca0): w(Al 2O 3):

w(SiO 2)=1: 1: 1).它既能有效地吸收夹杂物，又不会侵蚀包壁。用该渣系精炼

的轴承钢，硫质量分数平均在0.020%，钢中不存在G, D 两类夹杂物，B 类夹杂

物的数量也很少。

（4）北满特钢先后采用两种(低碱度、高碱度)精炼渣生产,文献[8]分析了

两种渣系对轴承钢的氧及夹杂物含量的影响。研究表明：轴承钢GCr15精炼渣的

碱度从2.5提高到5～6,渣中Al 2O 3保持在18%～22%,，高碱度渣脱硫能力比低碱度

渣提高30%～50%, 而渣中MgO 低2%～5%, 高碱度渣对钢包的侵蚀速度降低; 改进

后渣系冶炼的轴承钢中氧、B 、D 类夹杂物含量明显降低, 硫、A 类夹杂物含量略

有下降, 达到SKF 标准。采用低硅质造渣材料, 进一步降低渣中SiO 2的含量, 提

高渣中Al 2O 3的含量, 提高渣的碱度, 降低轴承钢的氧和夹杂物含量。

2.3新型轴承钢精炼渣的研究

在精炼渣中加入少量Na 20 ( O 增加到0.3%-0.4%)时，精炼渣的硫容量是原

来的3倍多。由此可见，Na 20能大大提高精炼渣的脱硫能力[9]。相关文献[10]认

为在高碱度炉渣中，Na 20对炉渣的硫容量有十分明显的影响;在低碱度炉渣中，

Na 20对炉渣的硫容量影响不大。由为Na 20在1600 0C 下不稳定，所以其在精炼

渣中的影响需要进一步探索研究. 为了提高脱硫效果，同时消除钢中点状不定形

夹杂物。对精炼渣进行改质处理也是优化精炼渣的一种比较可行的手段[11]。本

溪钢铁厂经过对LF 精炼渣的改质处理生产出了的低硫含量的钢。目前，开发具

有低熔化温度、高硫容量的精炼渣成为精炼渣优化的新趋势。北京科技大学对在

精炼渣添加Ba0进行了研究认为:当精炼渣中的Ba0添加量到达50%时，其硫容

量为只加入Ca0时的两倍[12]。另外，无氟精炼渣也是新型精炼渣的一种，由于