总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响.pdf_大学文库

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响何肖飞胡成飞徐乐王毛球 Effect of total oxygen on the nonmetallic inclusion of gear steel HE Xiao-fei,HU Cheng-fei,XU Le,WANG Mao-qiu 引用本文：何肖飞，胡成飞，徐乐，王毛球.总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响.工程科学学报，2021,43(4)：537-544.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2020.03.05.001 HE Xiao-fei.HU Cheng-fei,XU Le,WANG Mao-qiu.Effect of total oxygen on the nonmetallic inclusion of gear steel[J].Chinese Journal of Engineering,,2021,43(4h:537-544.doi:10.13374j.issn2095-9389.2020.03.05.001 在线阅读View online::https://doi..org10.13374/.issn2095-9389.2020.03.05.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 高洁净度齿轮钢中非金属夹杂物的检测方法 Detection of nonmetallic inclusion in high-strength gear steel with high cleanliness 工程科学学报.2020.42(7)：912htps:1doi.rg/10.13374.issn2095-9389.2019.07.15.005 202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理 Formation mechanism of non-metallic inclusions in 202 stainless steel 工程科学学报.2019.41(12：1567htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.12.18.004 增氨析氮法去除硅锰脱氧钢中夹杂物的研究 Nonmetallic inclusion removal of Si-Mn deoxidized steel by nitrogen absorption and release method 工程科学学报.2018,40(8：937 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.08.007 RH精炼过程中吹氧量对F钢洁净度的影响 Effect of oxygen blowing during RH treatment on the cleanliness of IF steel 工程科学学报.2020,42(7)：846 https:1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2019.07.19.002 20 CrMnTit齿轮钢的点蚀敏感性及裂纹萌生风险 Pitting sensitivity and crack initiation risk of 20CrMnTi gear steel 工程科学学报.2017,395：731 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.05.011 夹杂物对超高强度钢应力应变场的影响 Influence of inclusion on stress and strain fields in ultra-high strength steel 工程科学学报.2017,39(7)：1027htps:/1doi.org/10.13374issn2095-9389.2017.07.007

总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响何肖飞胡成飞徐乐王毛球 Effect of total oxygen on the nonmetallic inclusion of gear steel HE Xiao-fei, HU Cheng-fei, XU Le, WANG Mao-qiu 引用本文: 何肖飞, 胡成飞, 徐乐, 王毛球. 总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响[J]. 工程科学学报, 2021, 43(4): 537-544. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.05.001 HE Xiao-fei, HU Cheng-fei, XU Le, WANG Mao-qiu. Effect of total oxygen on the nonmetallic inclusion of gear steel[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(4): 537-544. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.05.001 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.05.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 高洁净度齿轮钢中非金属夹杂物的检测方法 Detection of nonmetallic inclusion in high-strength gear steel with high cleanliness 工程科学学报. 2020, 42(7): 912 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.15.005 202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理 Formation mechanism of non-metallic inclusions in 202 stainless steel 工程科学学报. 2019, 41(12): 1567 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.18.004 增氮析氮法去除硅锰脱氧钢中夹杂物的研究 Nonmetallic inclusion removal of Si-Mn deoxidized steel by nitrogen absorption and release method 工程科学学报. 2018, 40(8): 937 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.007 RH精炼过程中吹氧量对IF钢洁净度的影响 Effect of oxygen blowing during RH treatment on the cleanliness of IF steel 工程科学学报. 2020, 42(7): 846 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.19.002 20CrMnTi齿轮钢的点蚀敏感性及裂纹萌生风险 Pitting sensitivity and crack initiation risk of 20CrMnTi gear steel 工程科学学报. 2017, 39(5): 731 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.011 夹杂物对超高强度钢应力应变场的影响 Influence of inclusion on stress and strain fields in ultra-high strength steel 工程科学学报. 2017, 39(7): 1027 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.007

工程科学学报.第43卷，第4期：537-544.2021年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.4:537-544,April 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.05.001;http://cje.ustb.edu.cn 总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响何肖飞⑧，胡成飞，徐乐，王毛球钢铁研究总院特殊钢研究所.北京100081 ☒通信作者，E-mail:xiaofei6423@126.com 摘要为了保证齿轮钢中非金属夹杂物的控制，并确定齿轮钢经济合理的总氧含量控制目标，开展了总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响研究.以三种不同总氧含量的Mn-Cr系齿轮钢为研究对象，利用Aspx扫描电镜、极值法、疲劳测试等不同方法研究了齿轮钢中非金属夹杂物数量、分布、尺寸等，获得了夹杂物与齿轮钢总氧含量的对应关系.在本文实验条件下，随着总氧含量的降低，钢中氧化物夹杂数量不断减小，其中5~10m的小尺寸夹杂物减小最明显，而10m以上的大尺寸夹杂物数量变化规律不明显.另外，极值法和疲劳试验结果表明，总氧含量高时（质量分数为0.0013%），钢中最大氧化物夹杂尺寸也较大，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10um以上，且当总氧含量比较低时 (质量分数≤0.0010%).实验钢总氧质量分数变化(0.0010%、0.0005%)对钢中最大夹杂物尺寸影响不大关键词齿轮钢：总氧：非金属夹杂物：最大尺寸：极值法分类号TF4 Effect of total oxygen on the nonmetallic inclusion of gear steel HE Xiao-fe,HU Cheng-fei,XU Le,WANG Mao-qiu Institute of Special Steels,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100081,China Corresponding author,E-mail:xiaofei6423@126.com ABSTRACT It is an important symbol of the metallurgical quality level of special steel for inclusion controlling,which can improve the service performance of special steel to a greater extent.As a typical steel grade,gear steel,in the special steel field,is also required strictly in controlling of inclusions.It is known that total oxygen content can reflect the level of inclusions to some extent.Since the 1980s,ultralow oxygen has become a direction for the development of special steel.To guarantee controlling of nonmetallic inclusions and determine a reasonable control target of total oxygen content in the gear steel,the effect of total oxygen content on nonmetallic inclusions in gear steel was studied.In this study,three kinds of Mn-Cr-system gear steels with different oxygen content were selected as research objects.The number,distribution,and size of nonmetallic inclusions in these gear steels were studied using an Aspex scanning electron microscope (Aspex SEM),the extreme value method,and fatigue test.The relationship between inclusions and the total oxygen content of gear steel was obtained.Under the experimental condition,with the decrease in total oxygen content,the density of the number of oxide inclusions decreases continuously,among which 5-10 um small inclusions decrease most obviously.In contrast, the number density of large inclusions above 10 um does not change obviously.Moreover,the results of the extreme value method and fatigue test show that when total oxygen mass fraction is high (0.0013%),the size of maximum oxide inclusion in the steel is relatively large,which is more than 10 um higher than the inclusion in .0010%or0.0005%total oxygen steel.Simultaneously,when total oxygen mass fraction is low (0.0010%),the change of total oxygen mass fraction (0.0010%and 0.0005%)has little effect on the maximum inclusion size in steel. 收稿日期：2020-03-05 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFB0300102)

总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响何肖飞苣，胡成飞，徐乐，王毛球钢铁研究总院特殊钢研究所，北京 100081 苣通信作者，E-mail：xiaofei6423@126.com 摘要为了保证齿轮钢中非金属夹杂物的控制，并确定齿轮钢经济合理的总氧含量控制目标，开展了总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响研究. 以三种不同总氧含量的 Mn–Cr 系齿轮钢为研究对象，利用 Aspex 扫描电镜、极值法、疲劳测试等不同方法研究了齿轮钢中非金属夹杂物数量、分布、尺寸等，获得了夹杂物与齿轮钢总氧含量的对应关系. 在本文实验条件下，随着总氧含量的降低，钢中氧化物夹杂数量不断减小，其中 5～10 μm 的小尺寸夹杂物减小最明显，而 10 μm 以上的大尺寸夹杂物数量变化规律不明显. 另外，极值法和疲劳试验结果表明，总氧含量高时（质量分数为 0.0013%），钢中最大氧化物夹杂尺寸也较大，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，且当总氧含量比较低时（质量分数≤0.0010%），实验钢总氧质量分数变化（0.0010%、0.0005%）对钢中最大夹杂物尺寸影响不大. 关键词齿轮钢；总氧；非金属夹杂物；最大尺寸；极值法分类号 TF4 Effect of total oxygen on the nonmetallic inclusion of gear steel HE Xiao-fei苣，HU Cheng-fei，XU Le，WANG Mao-qiu Institute of Special Steels, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China 苣 Corresponding author, E-mail: xiaofei6423@126.com ABSTRACT It is an important symbol of the metallurgical quality level of special steel for inclusion controlling, which can improve the service performance of special steel to a greater extent. As a typical steel grade, gear steel, in the special steel field, is also required strictly in controlling of inclusions. It is known that total oxygen content can reflect the level of inclusions to some extent. Since the 1980s, ultralow oxygen has become a direction for the development of special steel. To guarantee controlling of nonmetallic inclusions and determine a reasonable control target of total oxygen content in the gear steel, the effect of total oxygen content on nonmetallic inclusions in gear steel was studied. In this study, three kinds of Mn–Cr-system gear steels with different oxygen content were selected as research objects. The number, distribution, and size of nonmetallic inclusions in these gear steels were studied using an Aspex scanning electron microscope (Aspex SEM), the extreme value method, and fatigue test. The relationship between inclusions and the total oxygen content of gear steel was obtained. Under the experimental condition, with the decrease in total oxygen content, the density of the number of oxide inclusions decreases continuously, among which 5–10 μm small inclusions decrease most obviously. In contrast, the number density of large inclusions above 10 μm does not change obviously. Moreover, the results of the extreme value method and fatigue test show that when total oxygen mass fraction is high (0.0013%), the size of maximum oxide inclusion in the steel is relatively large, which is more than 10 μm higher than the inclusion in 0.0010% or 0.0005% total oxygen steel. Simultaneously, when total oxygen mass fraction is low (≤0.0010%), the change of total oxygen mass fraction (0.0010% and 0.0005%) has little effect on the maximum inclusion size in steel. 收稿日期: 2020−03−05 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFB0300102）工程科学学报，第 43 卷，第 4 期：537−544，2021 年 4 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 4: 537−544, April 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.05.001; http://cje.ustb.edu.cn

538 工程科学学报，第43卷，第4期 KEY WORDS gear steel;total oxygen;nonmetallic inclusion;maximum size;extreme value method 作为特殊钢领域中的一类常见钢种，齿轮钢水，随后通过连续铸造，最终获得了总氧含量比较理主要用于制作各类机械设备的齿轮传动部件，服想的齿轮钢棒材.根据研究内容，本文选择了3炉不役过程中承受冲击、扭转等综合疲劳应力，因此，同总氧含量（质量分数为0.0013%、0.0010%、0.0005%）对钢材强度、抗冲击、抗裂纹扩展和抗疲劳性能的齿轮钢棒材，棒材规格为中50mm,除总氧含量外，等要求非常高，尤其是抗疲劳性能刃由于疲劳其他化学成分基本一致，具体成分见表1所示，其中破坏通常起源于钢中缺陷位置，尤其非金属夹杂 O采用脉冲加热惰气熔融-红外吸收法测定物位置，因此，齿轮钢对夹杂物控制具有较高的要求，包括夹杂物数量、尺寸和分布等B-刀表1实验钢的化学成分（质量分数）氧含量在一定程度上反映了夹杂物的控制水 Table 1 Chemical composition ofexperimental steel % 平，为提升特殊钢产品性能，超低氧成为特殊钢生 Steel No.C Si Mn Cr Al Ti 0 产和发展的一个方向).20世纪80年代，以山阳 0.180.071.231.210.020.001<0.015<0.0350.0013 特殊钢、爱知制钢等为代表的日本特殊钢厂成功 0.170.071.221.220.03<0.0010.0150.0350.0010 开发了超低氧生产技术，可将轴承、轴件等特殊钢 0.170.071.241.240.03<0.0010.015<0.0350.0005 总氧含量（质量分数）降低至0.0007%以下0- 国内钢厂及科研院所也先后开展了大量超低氧含 1.2 非金属夹杂物检测方案量控制研究工作，涉及钢种包括轴承钢、车轮钢、为研究不同总氧含量齿轮钢中非金属夹杂物车轴钢、齿轮钢、弹簧钢等1，国内高水平钢厂及总氧含量对非金属夹杂物的影响，在金相试样氧含量已可实现0.0010%以下稳定控制，部分钢和疲劳断口上分别进行夹杂物检测分析种可以达到0.0005%的超低氧水平例金相试样切样位置在齿轮钢棒材横截面氧含量降低对材料性能有明显改善，尤其疲 R/2附近，金相试样尺寸20mm×10mm×10mm, 劳性能20，而夹杂物是影响疲劳性能的重要因素，在对金相试样观察面磨抛后，采用Aspex扫描电针对超低氧特殊钢中夹杂物形成、析出、分布等镜对金相试样进行非金属夹杂物检测，金相试样已有大量研究-2刘，但氧含量高低对夹杂物数量、取样方案及非金属夹杂物检测方案见图1所示尺寸和分布的定量研究很少，北京科技大学于会疲劳试样切取位置同样是在齿轮钢棒材香采用Aspex扫描电镜研究了钢中总氧和非金 2位置，疲劳试样切好后需经渗碳热处理并精加属夹杂物的定量关系，但针对的是不同氧含量的工，之后安装到旋弯疲劳试验机上开展疲劳试验，多个钢种，氧含量变化较大，并且不是同工艺条疲劳试样在疲劳载荷下发生疲劳断裂，随后切取件.齿轮钢作为特殊钢领域中一典型钢种，其夹杂疲劳试样断口，并在扫描电镜下观察断口，统计分物要求严格，在氧含量控制方面，GB/T5216中提出析各疲劳断口发现的夹杂物，研究其与钢中总氧钢中氧含量（质量分数）应不大于0.002%，而对于的关系更低氧含量控制并不明确，不同氧含量齿轮钢中夹杂物情况也未见系统研究，而通过研究氧含量 2实验结果对夹杂物的影响，可为齿轮钢生产中氧含量控制 2.1钢中非金属夹杂物类型及形貌目标设定提供借鉴根据扫描电镜检测，实验钢中主要有三种类 1 实验材料及方案型非金属夹杂物，分别为氧化物夹杂、硫化物夹杂以及两者的复合型夹杂物，它们的典型形貌如图2 1.1实验材料所示.除以上三类主要夹杂物外，还发现极个别的实验用材料为工业生产的Mn-Cr系齿轮钢棒含Ti夹杂物，包括MnS+Ti和Oxide+Ti类夹杂物，材，其生产工艺为“BOF→LF+RH→连铸→轧制→成此类含Ti夹杂物中Ti的质量分数都在3%以下，品棒材”，生产过程中采用A1脱氧工艺，包括转炉出考虑到此类夹杂物数量极少、T含量极低，在夹杂钢过程中加A!脱氧和LF精炼时向渣面加铝粒等脱物分析时，分别将其归类到硫化物和氧化物夹杂氧，同时利用高碱度精炼渣进行渣-钢精炼，并配合真物中.基于脱氧和夹杂物去除理论，总氧含量主要空处理和合适的底吹搅拌，获得精炼成分合格的钢影响钢中氧化物夹杂，并且氧化物夹杂对齿轮钢

KEY WORDS gear steel；total oxygen；nonmetallic inclusion；maximum size；extreme value method 作为特殊钢领域中的一类常见钢种，齿轮钢主要用于制作各类机械设备的齿轮传动部件，服役过程中承受冲击、扭转等综合疲劳应力，因此，对钢材强度、抗冲击、抗裂纹扩展和抗疲劳性能等要求非常高，尤其是抗疲劳性能[1–2] . 由于疲劳破坏通常起源于钢中缺陷位置，尤其非金属夹杂物位置，因此，齿轮钢对夹杂物控制具有较高的要求，包括夹杂物数量、尺寸和分布等[3–7] . 氧含量在一定程度上反映了夹杂物的控制水平，为提升特殊钢产品性能，超低氧成为特殊钢生产和发展的一个方向[8–9] . 20 世纪 80 年代，以山阳特殊钢、爱知制钢等为代表的日本特殊钢厂成功开发了超低氧生产技术，可将轴承、轴件等特殊钢总氧含量（质量分数）降低至 0.0007% 以下[10– 14] . 国内钢厂及科研院所也先后开展了大量超低氧含量控制研究工作，涉及钢种包括轴承钢、车轮钢、车轴钢、齿轮钢、弹簧钢等[15–18] ，国内高水平钢厂氧含量已可实现 0.0010% 以下稳定控制，部分钢种可以达到 0.0005% 的超低氧水平[19] . 氧含量降低对材料性能有明显改善，尤其疲劳性能[20] ，而夹杂物是影响疲劳性能的重要因素，针对超低氧特殊钢中夹杂物形成、析出、分布等已有大量研究[21–24] ，但氧含量高低对夹杂物数量、尺寸和分布的定量研究很少，北京科技大学于会香[25] 采用 Aspex 扫描电镜研究了钢中总氧和非金属夹杂物的定量关系，但针对的是不同氧含量的多个钢种，氧含量变化较大，并且不是同工艺条件. 齿轮钢作为特殊钢领域中一典型钢种，其夹杂物要求严格，在氧含量控制方面，GB/T5216 中提出钢中氧含量（质量分数）应不大于 0.002%，而对于更低氧含量控制并不明确，不同氧含量齿轮钢中夹杂物情况也未见系统研究，而通过研究氧含量对夹杂物的影响，可为齿轮钢生产中氧含量控制目标设定提供借鉴. 1 实验材料及方案 1.1 实验材料实验用材料为工业生产的 Mn–Cr 系齿轮钢棒材，其生产工艺为“BOF→LF+RH→连铸→轧制→成品棒材”，生产过程中采用 Al 脱氧工艺，包括转炉出钢过程中加 Al 脱氧和 LF 精炼时向渣面加铝粒等脱氧，同时利用高碱度精炼渣进行渣-钢精炼，并配合真空处理和合适的底吹搅拌，获得精炼成分合格的钢水，随后通过连续铸造，最终获得了总氧含量比较理想的齿轮钢棒材. 根据研究内容，本文选择了 3 炉不同总氧含量（质量分数为 0.0013%、0.0010%、0.0005%）的齿轮钢棒材，棒材规格为 ϕ50 mm，除总氧含量外，其他化学成分基本一致，具体成分见表 1 所示，其中 O 采用脉冲加热惰气熔融−红外吸收法测定. 表 1 实验钢的化学成分 (质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental steel % Steel No. C Si Mn Cr Al Ti P S O 1 0.18 0.07 1.23 1.21 0.02 <0.001 <0.015 <0.035 0.0013 2 0.17 0.07 1.22 1.22 0.03 <0.001 <0.015 <0.035 0.0010 3 0.17 0.07 1.24 1.24 0.03 <0.001 <0.015 <0.035 0.0005 1.2 非金属夹杂物检测方案为研究不同总氧含量齿轮钢中非金属夹杂物及总氧含量对非金属夹杂物的影响，在金相试样和疲劳断口上分别进行夹杂物检测分析. 金相试样切样位置在齿轮钢棒材横截面 R/2 附近，金相试样尺寸 20 mm × 10 mm × 10 mm，在对金相试样观察面磨抛后，采用 Aspex 扫描电镜对金相试样进行非金属夹杂物检测，金相试样取样方案及非金属夹杂物检测方案见图 1 所示. 疲劳试样切取位置同样是在齿轮钢棒材 R/2 位置，疲劳试样切好后需经渗碳热处理并精加工，之后安装到旋弯疲劳试验机上开展疲劳试验，疲劳试样在疲劳载荷下发生疲劳断裂，随后切取疲劳试样断口，并在扫描电镜下观察断口，统计分析各疲劳断口发现的夹杂物，研究其与钢中总氧的关系. 2 实验结果 2.1 钢中非金属夹杂物类型及形貌根据扫描电镜检测，实验钢中主要有三种类型非金属夹杂物，分别为氧化物夹杂、硫化物夹杂以及两者的复合型夹杂物，它们的典型形貌如图 2 所示. 除以上三类主要夹杂物外，还发现极个别的含 Ti 夹杂物，包括 MnS+Ti 和 Oxide+Ti 类夹杂物，此类含 Ti 夹杂物中 Ti 的质量分数都在 3% 以下，考虑到此类夹杂物数量极少、Ti 含量极低，在夹杂物分析时，分别将其归类到硫化物和氧化物夹杂物中. 基于脱氧和夹杂物去除理论，总氧含量主要影响钢中氧化物夹杂，并且氧化物夹杂对齿轮钢 · 538 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期

540 工程科学学报，第43卷，第4期 (a) -1873 K liquidus 40 6 -1873 K liquidus 40 (M w(CaO)/% 40 w(Mg 20 20 60 60 0 田喝 40 60 80 100 40 60 80 100 W(ALO:% 1w(A2O3)/% (c) -1873 K liquidus 40 (CaO)/% 40 W(M 9 60 00 9线 40 60 80 w(Al2O3)/9% 图4不同总氧含量实验钢中氧化物夹杂物成分分布.(a)1号钢：(b)2号钢：(c)3号钢 Fig.4 Composition distribution of oxide inclusions in different total oxygen content steels:(a)Steel No.1;(b)Steel No.2;(c)Steel No.3 分基本一致，主要都是集中在A2O3附近，除纯 3分析与讨论 Al2O3夹杂物外，都是高Al2O3含量的Mg0-Al2O3、 3.1总氧含量对钢中夹杂物数量密度的影响 CaO-Al2O,(-MgO)复合夹杂物，并且除个别夹杂根据表1及表2数据作图，如图5所示为获得物外，Al2O3的质量分数基本在85%以上，Ca0和的试样钢总氧含量与氧化物夹杂数量密度的关 Mg0的质量分数基本在10%以下系.可以看出，随着氧含量的降低，单位面积上氧 2.3钢中氧化物夹杂数量密度化物夹杂的数量大幅度减少，总氧质量分数为根据Aspex扫描电镜分析结果，经统计计算获 0.0013%的实验钢中，单位面积上氧化物夹杂数量得各试样钢中不同尺寸范围(5~10m、10~15m、达到了1.69mm2,总氧质量分数为0.0010%的实 15~20μm,≥20m)非金属氧化物夹杂的数量密验钢中，单位面积上氧化物夹杂数量为0.83mm2, 度，见表2.根据成分各粒级下夹杂物基本还是以减少一半数量，而总氧质量分数为0.0005%的实验高A1,O3的复合夹杂物为主，其中Mg0-Al2O3尖钢中，单位面积上氧化物夹杂的数量只有0.07mm2, 品石类夹杂相对较少.由表2可以看出，绝大多数夹杂物数量实现大幅度降低氧化物夹杂尺寸都在15um以下，数量密度在随着总氧含量的降低，氧化物夹杂物数量减 0.07~1.59mm2,占比80%以上，而尺寸≥15um的小最明显的为5~10m的小尺寸夹杂物，而大尺夹杂物数量密度在0~0.16mm2,大尺寸夹杂物数寸氧化物夹杂降低相对较小，并且不是特别明显，量相对较少.三炉不同总氧含量实验钢在电镜下尤其是从0.0013%降低到0.0010%，这可能与大尺观察到的夹杂物数量密度变化比较明显，考虑到寸夹杂物数量相对较少，统计学意义上可靠性相三炉实验钢冶炼时脱氧等工艺一致，三炉实验钢对较低有关. 中自由氧含量差别不大，总氧含量的差异可能主 32总氧含量对钢中夹杂物分布的影响要源自于氧化物夹杂的多少，这可能是检测三炉根据Aspex扫描电镜统计出的数据，利用夹杂实验钢夹杂物差别的原因物在坐标轴上的位置绘制各实验钢中氧化物夹杂二维分布图，如图6所示.从图中可以看出，随着表2实验钢中氧化物夹杂数量密度总氧含量的降低，夹杂物数量明显减少，在相同大 Table 2 Number density of oxide inclusions in test steels mm 小视场中，总氧含量高的氧化物夹杂物数量多且 Steel No.5-10 um 10-15 um 15-20 um 20 Hm Total 分布密集，随着总氧含量降低，视场中氧化物夹杂 1 1.47 0.12 0.03 0.07 1.69 物的数量减少且分布稀疏. 2 0.54 0.13 0.12 0.04 0.83 3.3总氧含量对钢中夹杂物尺寸的影响 0.06 0.01 0 0 0.07 从3.1节分析可知，总氧含量对小尺寸夹杂物

分基本一致，主要都是集中在 Al2O3 附近，除纯 Al2O3 夹杂物外，都是高 Al2O3 含量的 MgO–Al2O3、 CaO–Al2O3 (–MgO) 复合夹杂物，并且除个别夹杂物外，Al2O3 的质量分数基本在 85% 以上，CaO 和 MgO 的质量分数基本在 10% 以下. 2.3 钢中氧化物夹杂数量密度根据 Aspex 扫描电镜分析结果，经统计计算获得各试样钢中不同尺寸范围（5～10 μm、10～15 μm、 15～20 μm，≥20 μm）非金属氧化物夹杂的数量密度，见表 2. 根据成分各粒级下夹杂物基本还是以高 Al2O3 的复合夹杂物为主，其中 MgO–Al2O3 尖晶石类夹杂相对较少. 由表 2 可以看出，绝大多数氧化物夹杂尺寸都在 15 μm 以下，数量密度在 0.07～1.59 mm–2，占比 80% 以上，而尺寸≥15μm 的夹杂物数量密度在 0～0.16 mm–2，大尺寸夹杂物数量相对较少. 三炉不同总氧含量实验钢在电镜下观察到的夹杂物数量密度变化比较明显，考虑到三炉实验钢冶炼时脱氧等工艺一致，三炉实验钢中自由氧含量差别不大，总氧含量的差异可能主要源自于氧化物夹杂的多少，这可能是检测三炉实验钢夹杂物差别的原因. 表 2 实验钢中氧化物夹杂数量密度 Table 2 Number density of oxide inclusions in test steels mm–2 Steel No. 5–10 μm 10–15 μm 15–20 μm ≥20 μm Total 1 1.47 0.12 0.03 0.07 1.69 2 0.54 0.13 0.12 0.04 0.83 3 0.06 0.01 0 0 0.07 3 分析与讨论 3.1 总氧含量对钢中夹杂物数量密度的影响根据表 1 及表 2 数据作图，如图 5 所示为获得的试样钢总氧含量与氧化物夹杂数量密度的关系. 可以看出，随着氧含量的降低，单位面积上氧化物夹杂的数量大幅度减少，总氧质量分数为 0.0013% 的实验钢中，单位面积上氧化物夹杂数量达到了 1.69 mm–2，总氧质量分数为 0.0010% 的实验钢中，单位面积上氧化物夹杂数量为 0.83 mm–2 ，减少一半数量，而总氧质量分数为 0.0005% 的实验钢中，单位面积上氧化物夹杂的数量只有 0.07 mm–2 ，夹杂物数量实现大幅度降低. 随着总氧含量的降低，氧化物夹杂物数量减小最明显的为 5～10 μm 的小尺寸夹杂物，而大尺寸氧化物夹杂降低相对较小，并且不是特别明显，尤其是从 0.0013% 降低到 0.0010%，这可能与大尺寸夹杂物数量相对较少，统计学意义上可靠性相对较低有关. 3.2 总氧含量对钢中夹杂物分布的影响根据 Aspex 扫描电镜统计出的数据，利用夹杂物在坐标轴上的位置绘制各实验钢中氧化物夹杂二维分布图，如图 6 所示. 从图中可以看出，随着总氧含量的降低，夹杂物数量明显减少，在相同大小视场中，总氧含量高的氧化物夹杂物数量多且分布密集，随着总氧含量降低，视场中氧化物夹杂物的数量减少且分布稀疏. 3.3 总氧含量对钢中夹杂物尺寸的影响从 3.1 节分析可知，总氧含量对小尺寸夹杂物 (b) w(CaO)/% w(MgO)/% 40 60 80 100 0 20 40 1873 K liquidus w(Al2O3 )/% 40 60 w(CaO)/% w(MgO)/% 40 60 80 100 0 20 40 w(Al2O3 )/% 40 60 (c) 1873 K liquidus (a) w(CaO)/% w(MgO)/% 40 60 80 100 0 20 40 w(Al2O3 )/% 40 60 1873 K liquidus 图 4 不同总氧含量实验钢中氧化物夹杂物成分分布. （a）1 号钢；（b）2 号钢；（c）3 号钢 Fig.4 Composition distribution of oxide inclusions in different total oxygen content steels: (a) Steel No.1; (b) Steel No.2; (c) Steel No.3 · 540 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期

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 ·

542 工程科学学报，第43卷，第4期但总氧质量分数小于0.0010%时，本文实验条件口数量超过50个，并在疲劳断口上观察到了氧化物下齿轮钢中最大夹杂物尺寸变化不大，因此，在总夹杂，如图8所示为总氧质量分数为0.0005%的实验氧含量控制到一定水平后，齿轮钢应更关注如何钢疲劳试样断口上的两类典型氧化物夹杂，其进一步降低夹杂物尺寸. 中图8(a)为Ca0-Al2O3系氧化物夹杂，图8(b)为 3.32疲劳断口分析钢中大尺寸夹杂物 MgO-Al203系氧化物夹杂，其尺寸达到51um,两种疲劳试验总共完成约80个疲劳试样的检验，每类型氧化物夹杂在各总氧含量实验钢中都存在，这与种实验钢至少获得15个疲劳失效断口，总共观察断金相试样下扫描得到的夹杂物成分结果一致. (a) Al Ca Fe 50m 2 68 10 1214 Energy/keV (b) 0 Mg 100m Mn Fe 2 345 67 Energy/keV 图8疲劳断口上典型夹杂物及其能谱.(a)CaO-Al,03:(b)MgO-Al203 Fig.8 Typical inclusions of fatigue fracture and their EDS:(a)CaO-AlO:(b)MgO-Al,O; 经统计分析，可得到断口上各实验钢最大夹小的趋势，并且在总氧质量分数高于0.0010%时，杂物尺寸（图9），在图中同时将极值法预测的各实最大夹杂物尺寸减小明显，而在总氧质量分数小验钢最大夹杂物尺寸列出.从图中可以看出，各实于0.0010%时，最大夹杂物尺寸变化不大，本文实验钢中断口上发现的最大夹杂物在50~65m 验条件下总氧对齿轮钢中氧化物夹杂的影响体现范围，低于极值法预测值约10~15um,这与疲劳在不同总氧含量范围其影响效果不同断口检测样本量有关，当样本量进一步增加时，有 4结论望与极值法获得数据趋于一致.同时可以看出，最大夹杂物尺寸随总氧含量的降低基本呈现逐渐减 (1)本文实验条件下，实验钢中主要有三种类型非金属夹杂物，分别为氧化物夹杂、硫化物夹杂以 80 及两者的复合型夹杂物，其中氧化物夹杂主要为级Fatigue fracture Extreme value method Al203或高Al2O3含量的Mg0-Al203、Ca0-Al2O3 且70 色 (-MgO)系复合夹杂物 (2)随总氧含量的降低，钢中氧化物夹杂数量 60 密度减小，减小最明显为5~10m范围的小尺寸夹杂物，而大尺寸氧化物夹杂数量变化相对较小， 50 在金相下观察不明显 104 0 (3)利用极值法预测和疲劳断口夹杂物分析， 0.0005 0.0010 0.0013 Mass fraction of total O/% 总氧质量分数为0.0013%的实验钢最大夹杂物尺图9总氧含量对钢中最大夹杂物尺寸的影响寸最大，比总氧质量分数为0.0010%、0.0005%实 Fig Effect of total oxygen content on the size of the largest inclusions 验钢最大夹杂物尺寸高10m以上，而总氧质量 in steels 分数分别为0.0010%和0.0005%的两种实验钢最

但总氧质量分数小于 0.0010% 时，本文实验条件下齿轮钢中最大夹杂物尺寸变化不大，因此，在总氧含量控制到一定水平后，齿轮钢应更关注如何进一步降低夹杂物尺寸. 3.3.2 疲劳断口分析钢中大尺寸夹杂物疲劳试验总共完成约 80 个疲劳试样的检验，每种实验钢至少获得 15 个疲劳失效断口，总共观察断口数量超过 50 个，并在疲劳断口上观察到了氧化物夹杂，如图 8 所示为总氧质量分数为 0.0005% 的实验钢疲劳试样断口上的两类典型氧化物夹杂，其中图 8（a）为 CaO–Al2O3 系氧化物夹杂，图 8（b）为 MgO–Al2O3 系氧化物夹杂，其尺寸达到 51 μm，两种类型氧化物夹杂在各总氧含量实验钢中都存在，这与金相试样下扫描得到的夹杂物成分结果一致. 2 S Al Ca Fe Fe Mn 4 6 8 10 12 14 Intensity Energy/keV 1 Al O Mg Mn Fe 2 3 4 5 6 7 Intensity Energy/keV 50 μm 100 μm (a) (b) 图 8 疲劳断口上典型夹杂物及其能谱. （a）CaO–Al2O3；（b）MgO–Al2O3 Fig.8 Typical inclusions of fatigue fracture and their EDS: (a) CaO–Al2O3；(b) MgO–Al2O3 经统计分析，可得到断口上各实验钢最大夹杂物尺寸（图 9），在图中同时将极值法预测的各实验钢最大夹杂物尺寸列出. 从图中可以看出，各实验钢中断口上发现的最大夹杂物在 50～65 μm 范围，低于极值法预测值约 10～15 μm，这与疲劳断口检测样本量有关，当样本量进一步增加时，有望与极值法获得数据趋于一致. 同时可以看出，最大夹杂物尺寸随总氧含量的降低基本呈现逐渐减小的趋势，并且在总氧质量分数高于 0.0010% 时，最大夹杂物尺寸减小明显，而在总氧质量分数小于 0.0010% 时，最大夹杂物尺寸变化不大，本文实验条件下总氧对齿轮钢中氧化物夹杂的影响体现在不同总氧含量范围其影响效果不同. 4 结论（1）本文实验条件下，实验钢中主要有三种类型非金属夹杂物，分别为氧化物夹杂、硫化物夹杂以及两者的复合型夹杂物，其中氧化物夹杂主要为 Al2O3 或高 Al2O3 含量的 MgO–Al2O3、CaO–Al2O3 (–MgO) 系复合夹杂物. （2）随总氧含量的降低，钢中氧化物夹杂数量密度减小，减小最明显为 5～10 μm 范围的小尺寸夹杂物，而大尺寸氧化物夹杂数量变化相对较小，在金相下观察不明显. （3）利用极值法预测和疲劳断口夹杂物分析，总氧质量分数为 0.0013% 的实验钢最大夹杂物尺寸最大，比总氧质量分数为 0.0010%、0.0005% 实验钢最大夹杂物尺寸高 10 μm 以上，而总氧质量分数分别为 0.0010% 和 0.0005% 的两种实验钢最 0.0005 Fatigue fracture Extreme value method 0.0010 0.0013 0 50 10 80 70 60 Size of inclusions/μm Mass fraction of total O/% 图 9 总氧含量对钢中最大夹杂物尺寸的影响 Fig.9 Effect of total oxygen content on the size of the largest inclusions in steels · 542 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期

何肖飞等：总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响 543· 大夹杂物尺寸基本一致 [13]Tsubota K,Fukumoto I.Production and quality of high cleanliness (4)齿轮钢中总氧含量控制到一定水平后，齿 bearing steel /Proceedings of the 6th International Iron and Steel 轮钢夹杂物控制应考虑如何保证进一步降低夹杂 Congress.Nagoya,1990:637 物尺寸，如夹杂物有效碰撞上浮技术研究、中间包 [14]Kawakami K,Taniguchi T,Nakashima K.Generation mechanisms 流场优化去除夹杂物等，而仅关注极限脱氧、降 of non-metallic inclusions in high-cleanliness steel.Tetsu-to- Hagane,2007,93(12上：743 氧，并不能非常有效地降低钢中最大夹杂物尺寸. [15]Yang J,Wang X H,Jiang M,et al.Effect of calcium treatment on 参考文献 non-metallic inclusions in ultra-low oxygen steel refined by high basicity high AlO,slag.J Iron Steel Res Int,2011,18(7):8 [1]Dengo C,Meneghetti G,Dabala M.Experimental analysis of [16]Xu K D,Xiao L J.Deoxidation and inclusion control in special bending fatigue strength of plain and notched case-hardened gear steel refining.Iron Steel,2012,47(10):1 steels.Int J Fatigue,2015,80:145 (徐匡迪，肖丽俊.特殊钢精炼中的脱氧及夹杂物控制.钢铁， [2]Chen H,Zhou X Y.Research progress of gear steel for 2012,47(10):1) automobiles.J Mater Sci Eng,2011,29(3):478 [17]Yang H L.He P,Zhai Y C.Progress on control of ultra-low- (陈晖，周细应.汽车齿轮钢的研究进展.材料科学与工程学报， oxygen content and non-metallic inclusions in high quality bearing 2011,29(3):478) steel.Special Steel,2013,34(2):16 [3]Wang X H,Jiang M,Yu H X,et al.Investigation on non-metallic (杨虎林，何平，翟玉春.高品质轴承钢超低氧含量和非金属夹 inclusions in ultra-low oxygen special steels.Steelmaking,2015, 杂物控制的进展.特殊钢，2013,34(2)：16) 31(6):1 [18]Chen T M.Thermodynamic calculation and application of non (王新华，姜敏，于会香，等.超低氧特殊钢中非金属夹杂物研究 metallic inclusions for ultra-low-oxygen gear steel.Iron Steel, 炼钢，2015,31(6)：1) 2011,46(4):26 [4]Murakami Y,Yamashita Y.Prediction of life and scatter of fatigue (陈天明.超低氧齿轮钢非金属夹杂物控制热力学计算及应用 failure originated at nonmetallic inclusions.Procedia Eng,2014, 钢铁，2011.46(4)：26) 74:6 [19]Wang X H,Li J Z,Jiang M,et al.Investigation on technology of [5]Murakami Y,Beretta S.Small defects and inhomogeneities in non-metallic inclusion control for high grade special steels of fatigue strength:experiments,models and statistical implications. important uses.Steelmaking,2017,33(2):50 Extreme3,1999,2(2:123 (王新华，李金柱，姜敏，等.高端重要用途特殊钢非金属夹杂物 [6]Krewerth D,Lippmann T,Weidner A,et al.Influence of non- 控制技术研究.炼钢，2017,33(2)：50) metallic inclusions on fatigue life in the very high cycle fatigue [20]Ohnishi T,Shiwaku K,Kawasaki S,et al.Production of high regime.Int J Fatigue,2016,84:40 carbon chromium bearing steel in BOF-CC process.Tetsu-to- [7]Bathias C.There is no infinite fatigue life in metallic materials. Hagane,.1987,73(3):513 Fatigue Fract Eng Mater Struct,1999,22(7):559 [21]Wei P Y,Jiang M,Yang D,et al.Behavior of nonmetallic [8]Xu K D.Certain basic subjects on clean steel.Acta Metall Sin, inclusions in ultra-low oxygen steel 25CrMoVNi for high speed 2009,45(3):257 rail axles during RH refining process.Special Steel,2015,36(3):1 (徐匡迪.关于洁净钢的若干基本问题.金属学报，2009,45(3)： (魏鹏远，姜敏，杨叠，等.高速铁路车轴用25 CrMoVNi超低氧钢 257) RH精炼过程非金属夹杂物的行为.特殊钢，2015,36(3)：1) [9]Jiang M,Wang X H,Chen B,et al.Control of non-metallic [22]Yang J,Du J.Chen B T,et al.Influence of calcium treatment on inclusions in extra low oxygen special steel /Proceedings of the oxide inclusions in ultra-low oxygen refining process.Iron Steel, 9th China Steel Conference.Beijing,2013:1 2015,50(1):19 (姜敏，王新华，陈斌，等.超低氧特殊钢中非金属夹杂物控制技 (杨俊，杜江，陈波涛，等.超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的术/第九届中国钢铁年会论文集.北京，2013：1) 影响.钢铁，2015,50(1)：19) [10]Uesugi T.Recent development of bearing steel in Japan.Tetsu-To- [23]Yang D,Jiang M,Lei S L,et al.Laboratory study on formation of Hagane,.1988.74(10):1889 complex inclusions in ultra-low oxygen steel.J Iron Steel Res, [11]Uesugi T.Recent development of bearing steel in Japan.Trans 2014.26(1):12 Iron Steel Inst.Jpn,1988,28(11):893 (杨叠，姜敏，雷少龙，等.超低氧钢中复合夹杂物形成的实验室 [12]Uesugi T.Production of high-carbon chromium bearing steel in 研究.钢铁研究学报，2014,26(1)：12) vertical type continuous caster.Trans Iron Steel Inst Jpn,1986, [24]Dong WL,Ni H W,Zhang H,et al.Control of magnesia-alumina 26(7):614 spinel inclusions in the ultra-low-oxygen gear steel 28MnCr5.J

大夹杂物尺寸基本一致. （4）齿轮钢中总氧含量控制到一定水平后，齿轮钢夹杂物控制应考虑如何保证进一步降低夹杂物尺寸，如夹杂物有效碰撞上浮技术研究、中间包流场优化去除夹杂物等，而仅关注极限脱氧、降氧，并不能非常有效地降低钢中最大夹杂物尺寸. 参考文献 Dengo C, Meneghetti G, Dabalà M. Experimental analysis of bending fatigue strength of plain and notched case-hardened gear steels. Int J Fatigue, 2015, 80: 145 [1] Chen H, Zhou X Y. Research progress of gear steel for automobiles. J Mater Sci Eng, 2011, 29（3）: 478 （陈晖, 周细应. 汽车齿轮钢的研究进展. 材料科学与工程学报, 2011, 29（3）：478） [2] Wang X H, Jiang M, Yu H X, et al. Investigation on non-metallic inclusions in ultra-low oxygen special steels. Steelmaking, 2015, 31（6）: 1 （王新华, 姜敏, 于会香, 等. 超低氧特殊钢中非金属夹杂物研究. 炼钢, 2015, 31（6）：1） [3] Murakami Y, Yamashita Y. Prediction of life and scatter of fatigue failure originated at nonmetallic inclusions. Procedia Eng, 2014, 74: 6 [4] Murakami Y, Beretta S. Small defects and inhomogeneities in fatigue strength: experiments, models and statistical implications. Extremes, 1999, 2（2）: 123 [5] Krewerth D, Lippmann T, Weidner A, et al. Influence of nonmetallic inclusions on fatigue life in the very high cycle fatigue regime. Int J Fatigue, 2016, 84: 40 [6] Bathias C. There is no infinite fatigue life in metallic materials. Fatigue Fract Eng Mater Struct, 1999, 22（7）: 559 [7] Xu K D. Certain basic subjects on clean steel. Acta Metall Sin, 2009, 45（3）: 257 （徐匡迪. 关于洁净钢的若干基本问题. 金属学报, 2009, 45（3）： 257） [8] Jiang M, Wang X H, Chen B, et al. Control of non-metallic inclusions in extra low oxygen special steel // Proceedings of the 9th China Steel Conference. Beijing, 2013: 1 （姜敏, 王新华, 陈斌, 等. 超低氧特殊钢中非金属夹杂物控制技术//第九届中国钢铁年会论文集. 北京, 2013: 1） [9] Uesugi T. Recent development of bearing steel in Japan. Tetsu-ToHagane, 1988, 74（10）: 1889 [10] Uesugi T. Recent development of bearing steel in Japan. Trans Iron Steel Inst Jpn, 1988, 28（11）: 893 [11] Uesugi T. Production of high-carbon chromium bearing steel in vertical type continuous caster. Trans Iron Steel Inst Jpn, 1986, 26（7）: 614 [12] Tsubota K, Fukumoto I. Production and quality of high cleanliness bearing steel // Proceedings of the 6th International Iron and Steel Congress. Nagoya, 1990: 637 [13] Kawakami K, Taniguchi T, Nakashima K. Generation mechanisms of non-metallic inclusions in high-cleanliness steel. Tetsu-toHagané, 2007, 93（12）: 743 [14] Yang J, Wang X H, Jiang M, et al. Effect of calcium treatment on non-metallic inclusions in ultra-low oxygen steel refined by high basicity high Al2O3 slag. J Iron Steel Res Int, 2011, 18（7）: 8 [15] Xu K D, Xiao L J. Deoxidation and inclusion control in special steel refining. Iron Steel, 2012, 47（10）: 1 （徐匡迪, 肖丽俊. 特殊钢精炼中的脱氧及夹杂物控制. 钢铁, 2012, 47（10）：1） [16] Yang H L, He P, Zhai Y C. Progress on control of ultra-lowoxygen content and non-metallic inclusions in high quality bearing steel. Special Steel, 2013, 34（2）: 16 （杨虎林, 何平, 翟玉春. 高品质轴承钢超低氧含量和非金属夹杂物控制的进展. 特殊钢, 2013, 34（2）：16） [17] Chen T M. Thermodynamic calculation and application of nonmetallic inclusions for ultra-low-oxygen gear steel. Iron Steel, 2011, 46（4）: 26 （陈天明. 超低氧齿轮钢非金属夹杂物控制热力学计算及应用. 钢铁, 2011, 46（4）：26） [18] Wang X H, Li J Z, Jiang M, et al. Investigation on technology of non-metallic inclusion control for high grade special steels of important uses. Steelmaking, 2017, 33（2）: 50 （王新华, 李金柱, 姜敏, 等. 高端重要用途特殊钢非金属夹杂物控制技术研究. 炼钢, 2017, 33（2）：50） [19] Ohnishi T, Shiwaku K, Kawasaki S, et al. Production of high carbon chromium bearing steel in BOF-CC process. Tetsu-toHagané, 1987, 73（3）: 513 [20] Wei P Y, Jiang M, Yang D, et al. Behavior of nonmetallic inclusions in ultra-low oxygen steel 25CrMoVNi for high speed rail axles during RH refining process. Special Steel, 2015, 36（3）: 1 （魏鹏远, 姜敏, 杨叠, 等. 高速铁路车轴用25CrMoVNi超低氧钢 RH精炼过程非金属夹杂物的行为. 特殊钢, 2015, 36（3）：1） [21] Yang J, Du J, Chen B T, et al. Influence of calcium treatment on oxide inclusions in ultra-low oxygen refining process. Iron Steel, 2015, 50（1）: 19 （杨俊, 杜江, 陈波涛, 等. 超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的影响. 钢铁, 2015, 50（1）：19） [22] Yang D, Jiang M, Lei S L, et al. Laboratory study on formation of complex inclusions in ultra-low oxygen steel. J Iron Steel Res, 2014, 26（1）: 12 （杨叠, 姜敏, 雷少龙, 等. 超低氧钢中复合夹杂物形成的实验室研究. 钢铁研究学报, 2014, 26（1）：12） [23] Dong W L, Ni H W, Zhang H, et al. Control of magnesia-alumina spinel inclusions in the ultra-low-oxygen gear steel 28MnCr5. J [24] 何肖飞等：总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响 · 543 ·