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如何降低軸承鋼中的氧化物夾雜
2022-03-22鋼中夾雜物是影響軸承鋼接觸疲勞壽命的主要因素之一。控制鋼中的夾雜物的關鍵是控制鋼中氧含量及氧化物。降低鋼中氧化物夾雜的主要思路如下。
一、控制初煉爐出鋼終點的碳含量
當出鋼終點碳含量過低時，鋼中的溶解氧高，導致后續脫氧時消耗大量的鋁，且夾雜物總量會增多，給后期精煉帶來困難；另外，渣的氧化性也會明顯增加，后期精煉調整和控制鋼渣的成分困難。但過高的出鋼終點碳含量會給初煉爐的工藝控制帶來壓力。電弧爐冶煉時，終點碳含量一般控制在0.2%左右。
二、選擇合適的脫氧劑
在軸承鋼生產過程中，用鋁進行終脫氧可使鋼中的氧含量降低和獲得適量的酸溶鋁。酸溶鋁含量太高時，鋼液保護不好易導致二次氧化，從而增加脆性Al2O3夾雜的含量；酸溶鋁含量低時，因硅的二次氧化及鋼液溫度降低導致溶解氧析出，會使富含SiO2的粗大硅酸鹽夾雜生成。據研究，鋼中酸溶鋁含量控制在0.02%~0.04%時可使鋼的晶粒細化，從而獲得較高的強韌性。
鋇是一種較為理想的脫氧變質劑，鋇合金不僅脫氧能力強，而且能使鋼中的殘余夾雜物得到很好的變性。據研究，用硅-鋁-鋇合金對軸承鋼進行脫氧后，鋼中的全氧含量迅速降到一穩定值，Z終鋼中無含鋇的點球狀夾雜物，且鋼中的殘余夾雜得到了很好的變性，夾雜物細小彌散、分布均勻。
鎂對軸承鋼中Al2O3夾雜物的變質具有顯著作用。據研究，酸溶鋁為0.03%時，鋼中存在2×10-4%的鎂即能將Al2O3夾雜物變質成MgO•Al2O3，鋼中大于10μm的Al2O3夾雜物轉變成細小、球形的鎂鋁尖晶石夾雜物，其中小于5μm的夾雜占99.46%，其余為5~10μm的夾雜物。
三、優化精煉渣成分
研究發現，精煉渣的二元堿度由2.0增加至4.5時，鋼液終點全氧含量由20×10-6降至11×10-6，夾雜物的總數量和總面積都減小。高堿度渣精煉的鋼液中典型的夾雜物為Al2O3和鋁鎂尖晶石等脆性夾雜物，尺寸不大于5μm。適當提高Al2O3的含量或添加CaF2、減少MgO的含量，可以顯著提高精煉渣吸附夾雜物的速度和能力。
四、優化熔煉工藝
為了獲得高質量的鋼，加大兌入鐵液量和選擇高質量的廢鋼進行熔煉是目前常用的方法。在鋼包冶金過程中，精確控制加入鋼中的鋁、硅或鈣含量來促進脫氧和脫硫，全程采用保護澆注，夾雜物含量會大大降低。真空熔煉是降低夾雜物含量的重要途徑，在較高的真空度下，鋼中的氧含量可以降到10×10-6以下。電渣精煉可以獲得好于真空熔煉的冶煉效果。采用電渣精煉不只是簡單地降低了鋼中的氧含量、還降低了鋼中夾雜物的尺寸，使夾雜物的分布更均勻、重熔后可為大夾雜物上浮提供機會。
目前、國內外對重要用途的軸承鋼多采用真空感應加真空自耗冶煉、此工藝生產的新型不銹軸承鋼6Cr14Mo的純凈度得到大幅提高、氧含量僅為5×10-4，且氧化物夾雜數量較少，尺寸較細小，分布較均勻。（mysteel）
