343-paper-B1-精炼渣系对轴承钢D类夹杂物的影响

编号：B1（中文全文）

精炼渣系对轴承钢D类夹杂物的影响

李铮1胡俊辉1徐明华1卫建国1郑少波2洪新2

（1.宝钢股份特钢分公司；2.上海大学上海钢铁冶金重点实验室）

摘要研究表明降低精炼顶渣碱度可显著减轻D类氧化物、硫化物和碳氮化钛的尺寸和级别。宝山钢铁股份特殊钢分公司新发明的轴承钢精炼工艺在LF/VD条件下，采用精炼前期高碱度顶渣，精炼后期低碱度顶渣的方法，较好的解决了脱氧、脱硫与降低D类夹杂物级别，缩小D类夹杂物尺寸的矛盾。本文指出随着对轴承钢纯净度要求的提高，LF/VD精炼法的局限性日益暴露出来，新上的轴承钢生产线应考虑配备RH装置。

关键词轴承钢精炼工艺精炼渣系夹杂物

Influence of Refining Slag Composition

on D Type Inclusion in Bearing Steel

Li Zheng1Hu Junhui1Xu Minghua1Wei Jianguo1

Zheng Shaobo2Hong Xin2

(1.Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Special Steel Branch

(2.Shanghai Enhanced Laboratory of Ferrous-Metallurgy,Shanghai University)

Abstract:Key In the paper, it was shown that reducing the basicity of top slag of refining could remarkably reduce the sizes of D type inclusion, sulfide and titanium carbonitride and lower their ratings. A new refining process of bearing steel was invented by Baoshan Iron & Steel Co., Ltd. Special Steel Branch. The process, in which high basicity top slag was applied at earlier stage of refining and low basicity top slag was applied at later stage of refining, would balance deoxidization, desulphurization and lowering the rating of D type inclusion, reducing the size of D type inclusion under LF/VD condition. The author pointed out that it is better to equip RH device in the new bearing steel production line to meet stricter requirements for the cleanliness of bearing steel due to the limitation of LF/VD refining process.

Words: bearing steel, refining process, refining slag, inclusion

1 前言

作用于轴承上的是呈周期性变化的压应力，其破坏形式为疲劳剥落。夹杂物特别是在轧制过程中不变形的D类夹杂物在交变应力的作用下会在其周围产生裂纹，成为疲劳剥落的起点。因此，世界各地的轴承钢工作者都将减小D类夹杂物级别、缩小D类夹杂物尺寸作为提高轴承钢纯净度的重点。

上世纪八十年代中期前，我国轴承钢的生产一直采用熔化、氧化、还原的“老三段”的操作法，D类氧化物的级别和尺寸据高不下。为此，冶金部曾组织各特钢企业，开展全国范围内的攻关，但收效甚微。八十年代后期，钢包精炼法开始用于轴承钢生产，D类氧化物显著改善。在相当长的一段时间内，冶金工作者把工作重点转向降低钢中氧含量，以减少氧化物夹杂。近年来，随着国际制造业向中国转移，世界著名的轴承企业纷纷在我国建厂，对轴

承钢的质量要求随着不同的国家和不同的用途日益细分并出现了国际化。

以山阳为代表的日本企业，根据用户需要，除对氧含量提出要求外，还对钢中的钛、硫含量提出了越来越高的要求，特殊用途的轴承钢要求氧含量≤7ppm ，钛含量≤12ppm ，硫含量≤30ppm 。超纯轴承钢的氧含量甚至达到3～4ppm ，同时钛含量也降低至7～8ppm 。以SKF 为代表的欧美企业对氧、钛含量的要求没有日本那么苛刻，但他们更重视夹杂物的尺寸、数量和性质，如要求硫含量在0.005～0.015％之间，而不是越低越好。点状定性为长/宽≤5的各类夹杂物，如硫化物、氧化物、氮碳化钛及复合夹杂物。

随着对轴承钢纯净度要求的不断提高，钢包精炼法局限性日益明显的暴露出来，主要表现在：（1）工作真空度最高只能达到66.7Pa ，很难进一步提高，而RH 很容易就达到13.3Pa 。

（2）对脱S 、脱O 有利的高碱度渣，在VD 过程中由于渣－钢混冲，很容易造成大颗粒不变形的铝酸钙夹杂物，该夹杂物如果出现在精磨后的轴承套圈辊道上，就会出现“黑斑”缺陷，对轴承的疲劳寿命极为有害。

日本在1964年开始采用钢包精炼法生产轴承钢，但他们很快发现：在高碱度渣的混冲下，钢包精炼法效果不理想，故从1968年开始采用RH 脱气法[1]。

2 在VD 条件下，夹杂物与顶渣组成的关系

2.1 现阶段精炼顶渣的组成

为满足精炼过程中各种物理化学反应，精炼顶渣应具有合适的粘度，一定的碱度及还原性和稳定性。在偏心底出钢，采用留钢留渣的条件下，为了使脱氧产物有充分的上浮时间，通常在出钢时的高氧位（500～1000ppm ）下将2－3Kg/T 的铝加入包中，这部分的铝90％以上都会被氧化，生成Al2O3进入渣中，使顶渣稀释。为了完成脱硫和升温的任务，LF 炉会加入较多的石灰，形成高铝高碱度的精炼顶渣。其Al 2O 3和CaO 含量分别为25～30％；55～60％，顶渣碱度（CaO/SiO 2）为4.0～6.0。该精炼顶渣在不换渣的条件下，很容易将S 脱至≤0.008％，与此同时，95％以上的氧含量≤10ppm （上海五钢，2005年，按炉号统计）。因此，在相当大的范围内被推荐使用。

2.2 VD 过程中Ca 的还原

研究表明[2]，在VD 过程的真空条件下，轴承钢中1％的C 可还原渣中的CaO ，即存在如下反应：

（CaO ）＋[C]＝[Ca]＋{CO} ο1G ∆＝600485-177.16T J/mol (1)

反应的平衡常数为：

)(][][1ln ln CaO C CO

Ca a a p a k =

被还原出来的Ca 与钢液中的Al 和O 结合会生成球状的氧化物（主要为mCaO •n Al 2O 3）。若Ca 与钢液中的S 结合，会生成变形能力差的CaS （长/宽≤5）。因此，要解决球状夹杂物的问题，最重要的是减少钢液中的Ca 含量，在LF/VD 的精炼条件下，在冶炼高碳铬轴承钢时，就是要降低精炼顶渣中的CaO 活度。

降低炉渣中CaO 活度的最有效的方法是增加炉渣中SiO2含量。顶渣中的SiO2与CaO 可结合生成CaO •SiO2、2CaO •SiO2和3CaO •SiO2化合物。因此，当炉渣中CaO/SiO2>3时就会有自由CaO 出现，从而大幅度提高了炉渣中CaO 的活度。要减少熔渣中CaO 活度，就要将熔渣中的CaO 和SiO 2的比例（碱度）控制在≤2.8（3CaO/ SiO 2＝3×56/60＝2.8），最好控制在≤1.9（2CaO/ SiO 2＝2×56/60＝1.9）的范围内。

当渣中CaO 活度比较低时，精炼渣的脱硫能力就比较弱。从CaO 脱硫平衡来看，钢中[S]含量很难达到目标值。

＝-72226/T+21.31 (2)