工程科学学报，第41卷，第6期：763-771,2019年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.41,No.6:763-771,June 2019 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.008:http://journals.ustb.edu.cn 稀土一镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响 常立忠”，高岗2》，郑福舟”，施晓芳)区 1)安徽工业大学治金工程学院，马鞍山2430022)中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，马鞍山243000 ☒通信作者，E-mail:cz1997@163.com 摘要为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物，在实验条件下通过向GC15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性，并 利用As即x夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析，研究了稀土一镁复合处理 对夹杂物的影响规律.研究结果表明，对轴承钢中加入微量镁处理，可将未进行镁处理钢中的MnS-Al2O3、MS、A2O3夹杂改性 为以含硫、镁复合夹杂物为主，同时包含少量A山，0，、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土一镁复合处理后，钢中的夹杂物转变为主 要以含Re-SO夹杂物为主，AL,O,MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失，且夹杂物成球状分布，绝大多数夹杂物在5um以下.稀士- 镁复合处理轴承钢后，10μm以上的大颗粒夹杂物大大降低，钢中的夹杂物明显得到细化。钢中镁含量不变时，随着稀土含量的 增加，大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下，增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土一镁的 相互作用进一步促进了夹杂物的细化. 关键词轴承钢：稀土：镁：夹杂物：洁净钢 分类号TF769.2 Effect of rare earth and magnesium complex treatment on inclusions in GCrl5 bearing steel CHANG Li-zhong,GAO Gang,ZHENG Fu-zhou,SHI Xiao-fang 1)School of Metallurgy Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China 2)Ma'anshan Institute of Mining Research Co.,Lid.,Sinosteel Corporation,Maanshan 243000,China Corresponding author,E-mail:clz1997@163.com ABSTRACT Bearing steel has very strict requirements on the size,shape,and quantity of non-metallic inclusions.Even if the total ox- ygen content in steel is kept at very low levels,large inclusions are not completely removed.These large inclusions have a decisive effect on the fatigue life of bearing steel.To remove the large inclusions in the bearing steel as much as possible,the effect of rare earth and magnesium duplex treatment on inclusions in GCrl5 bearing steel was investigated by adding moderate rare earth and magnesium to liquid steel under experimental conditions.The size,composition,and morphology of the inclusions were observed by combining Aspex inclusion automatic analysis technology and scanning electron microscope.The experimental results show that the inclusions in steel before modifi- cation are mainly composed of MnS-AlO,MnS,and Al20,and the inclusions are modified to be composed of a large number of com- pound inclusions containing sulfur and magnesium and a small amount of Al,O,and magnesia alumina spinel after adding trace magnesium to steel.After complex treatment by rare earth and magnesium,the inclusions are mainly composed of Re-0-S.Al,O,,MnS,and mag- nesia alumina spinel vanish gradually.The inclusions are spherically distributed,and most of them have diameter less than 5 um.Inclu- sions with diameters greater than 10 um are greatly reduced.Thus,the inclusions in GCr15 bearing steel are obviously refined after rare earth and magnesium complex treatment.When the magnesium content in the steel remains unchanged,the proportion of large particle in- 收稿日期：201806-16 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51574001,51504001)：钢铁治金新技术国家重点实验室开放基金资助项目(KF195):安徽省高校优秀青 年人才支持计划资助项目(ygZD2017034)
工程科学学报，第 41 卷，第 6 期: 763--771，2019 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 41，No． 6: 763--771，June 2019 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2019． 06． 008; http: / /journals． ustb． edu． cn 稀土--镁复合处理对 GCr15 轴承钢中夹杂物的影响 常立忠1) ，高 岗1，2) ，郑福舟1) ，施晓芳1) 1) 安徽工业大学冶金工程学院，马鞍山 243002 2) 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，马鞍山 243000 通信作者，E-mail: clz1997@ 163． com 摘 要 为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物，在实验条件下通过向 GCr15 轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性，并 利用 Aspex 夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析，研究了稀土--镁复合处理 对夹杂物的影响规律． 研究结果表明，对轴承钢中加入微量镁处理，可将未进行镁处理钢中的 MnS--Al2O3、MnS、Al2O3 夹杂改性 为以含硫、镁复合夹杂物为主，同时包含少量 Al2O3、镁铝尖晶石夹杂． 进一步采用稀土--镁复合处理后，钢中的夹杂物转变为主 要以含 Ｒe--S--O 夹杂物为主，Al2O3、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失，且夹杂物成球状分布，绝大多数夹杂物在 5 μm 以下． 稀土-- 镁复合处理轴承钢后，10 μm 以上的大颗粒夹杂物大大降低，钢中的夹杂物明显得到细化． 钢中镁含量不变时，随着稀土含量的 增加，大颗粒夹杂物比例明显下降． 而在稀土含量相近的情况下，增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除． 稀土--镁的 相互作用进一步促进了夹杂物的细化． 关键词 轴承钢; 稀土; 镁; 夹杂物; 洁净钢 分类号 TF769. 2 收稿日期: 2018--06--16 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51574001，51504001) ; 钢铁冶金新技术国家重点实验室开放基金资助项目( KF19-05) ; 安徽省高校优秀青 年人才支持计划资助项目( gxyqZD2017034) Effect of rare earth and magnesium complex treatment on inclusions in GCr15 bearing steel CHANG Li-zhong1) ，GAO Gang1，2) ，ZHENG Fu-zhou1) ，SHI Xiao-fang1) 1) School of Metallurgy Engineering，Anhui University of Technology，Maanshan 243002，China 2) Ma'anshan Institute of Mining Ｒesearch Co． ，Ltd． ，Sinosteel Corporation，Ma !anshan 243000，China Corresponding author，E-mail: clz1997@ 163． com ABSTＲACT Bearing steel has very strict requirements on the size，shape，and quantity of non-metallic inclusions． Even if the total oxygen content in steel is kept at very low levels，large inclusions are not completely removed． These large inclusions have a decisive effect on the fatigue life of bearing steel． To remove the large inclusions in the bearing steel as much as possible，the effect of rare earth and magnesium duplex treatment on inclusions in GCr15 bearing steel was investigated by adding moderate rare earth and magnesium to liquid steel under experimental conditions． The size，composition，and morphology of the inclusions were observed by combining Aspex inclusion automatic analysis technology and scanning electron microscope． The experimental results show that the inclusions in steel before modification are mainly composed of MnS--Al2O3，MnS，and Al2O3，and the inclusions are modified to be composed of a large number of compound inclusions containing sulfur and magnesium and a small amount of Al2O3 and magnesia alumina spinel after adding trace magnesium to steel． After complex treatment by rare earth and magnesium，the inclusions are mainly composed of Ｒe--O--S． Al2O3，MnS，and magnesia alumina spinel vanish gradually． The inclusions are spherically distributed，and most of them have diameter less than 5 μm． Inclusions with diameters greater than 10 μm are greatly reduced． Thus，the inclusions in GCr15 bearing steel are obviously refined after rare earth and magnesium complex treatment． When the magnesium content in the steel remains unchanged，the proportion of large particle in-
·764· 工程科学学报，第41卷，第6期 clusions decreases with increasing content of rare earth.When the content of rare earth is similar,increasing the magnesium content in steel is beneficial to the removal of large particle inclusions.The interaction of rare earth and magnesium further promotes the refinement of inclusions KEY WORDS bearing steel;rare earth:magnesium:inclusions:clean stee 洁净钢对非金属夹杂物的尺寸、形态和数量都 GCl5轴承钢为研究对象，通过向其中添加适量的 有着非常严格的要求口，尤其是夹杂物的分布和 稀土、镁，观察并分析其对夹杂物尺寸、分布、形貌及 尺寸.研究表明，钢中夹杂物的尺寸存在一个临界 组成的影响规律 值，小于临界值时疲劳裂纹将不从夹杂物处产 生-)，因此，控制钢中的夹杂物关键在于控制夹 1 实验 杂物的尺寸.随着现代治金技术的进步，特别是炉 1.1实验材料 外精炼的发展，大大降低了钢中的夹杂物数量，比 实验材料为工业纯铁、金属铬、金属锰、金属硅、 如轴承钢，经过LF+RH炉外精炼处理后，钢中的 增碳剂(C质量分数(C)>99%)等.由于镁的蒸 全氧质量分数可以达到5×106，甚至更低.尽管 气压很高，在炼钢温度下极易汽化，镁的收得率很 大颗粒的夹杂物绝大多数都可以被去除，然而仍 低，很难加入钢中，并且在加入过程中钢水喷溅十分 然有一些大颗粒夹杂物存在钢中，尽管其总量很 严重，安全性很差，故采用含镁30%的镍镁合金进 少四，但这些大颗粒的夹杂物有可能对最终产品 行添加.采用的稀土成分为：w(Ce)+w(La)≥ 造成灾难性的后果. 99%,其中Ce/La质量比≥0.48. 研究己表明，采用镁处理可提高钢的洁净度， 1.2实验过程 有利于大颗粒夹杂物的去除.王昊等的对H13模 以刚玉坩埚盛装工业纯铁，外套石墨坩埚保护 具钢进行镁处理时发现，经过镁处理后，钢中的夹 放入井式高温炉中进行熔化，通入质量分数为 杂物由Al,03转变为Mg0·A山203,1μm左右的夹 99.9%的氩气进行气氛保护.纯铁熔化后，加入Si、 杂物增多，2um以上的夹杂物减少，随着镁含量的 Mn、Cr、C进行合金化，合金熔化完成后，采用不锈 升高，粒径的变化更明显.王德永等对Mg处理 钢箔(0.05mm厚)包裹镍镁合金，并捆绑于石英管 HR60时发现，经过镁处理后钢中夹杂物平均粒径 上直接插入钢液中.如果采用稀土、镁复合处理，则 减小，数量显著增多，尺寸小于2μm的夹杂物数 将稀土和镍镁合金混合，采用不锈钢箔包裹，再由石 量占60%以上，细小夹杂物在钢中呈弥散分布. 英管送入钢液中深处.静止2min后，将钢水连同坩 文献7-11]也发现采用含镁合金复合处理有利于 埚取出，放置冷却.实验装置简图如图1所示 夹杂物的细化 吹氯管 另外，稀土作为一种强脱氧元素，也逐渐应用在 夹杂物改性、去除上.Lu等园通过扫描电镜研究 了Ce对2Crl3不锈钢中夹杂物改性及其对冲击韧 性的影响，发现A山，O3和MS夹杂完全可以被 CezO,S和CeS取代，钢的冲击韧性明显提高.Liu 坩埚 等圆研究了稀土处理Q460NH耐候钢后，钢中的夹 金属熔体 杂物主要由Re0S和AlRe0S组成，且夹杂物 电阻炉 细小.杨吉春等研究了稀土Ce在超洁净F钢中 的作用，发现经过Ce处理后，钢中的AL,0,夹杂物 会转化为尺寸较小的球状CeAlO3夹杂物.宋明明 测温热电佣 等、习小军等、孙昊等团研究发现，钢中添加 图1实验装置简图 稀土后不仅可使夹杂物转化为细小球状，还会因此 Fig.1 Schematic diagram of the experimental apparatus 提高钢的力学性能 1.3分析方法 以上文献表明，钢中添加微量的Mg或稀土均 化学成分检测：在钢样的侧部利用ARL直读光 有利于夹杂物的细化、改善钢的性能.然而稀土一镁 谱仪分析钢中C、Si、Mn、Cr等元素含量.由于钢样 复合处理对夹杂物的影响研究的较少.本文以 中稀土、镁含量较低，故稀土、Mg采用电感耦合等离
工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 clusions decreases with increasing content of rare earth． When the content of rare earth is similar，increasing the magnesium content in steel is beneficial to the removal of large particle inclusions． The interaction of rare earth and magnesium further promotes the refinement of inclusions． KEY WOＲDS bearing steel; rare earth; magnesium; inclusions; clean steel 洁净钢对非金属夹杂物的尺寸、形态和数量都 有着非常严格的要求［1］，尤其是夹杂物的分布和 尺寸． 研究表明，钢中夹杂物的尺寸存在一个临界 值，小于临界值时疲劳裂纹将不从夹杂物处产 生［2--3］，因此，控制钢中的夹杂物关键在于控制夹 杂物的尺寸． 随着现代冶金技术的进步，特别是炉 外精炼的发展，大大降低了钢中的夹杂物数量，比 如轴承钢，经过 LF + ＲH 炉外精炼处理后，钢中的 全氧质量分数可以达到 5 × 10 － 6，甚至更低． 尽管 大颗粒的夹杂物绝大多数都可以被去除，然而仍 然有一些大颗粒夹杂物存在钢中，尽管其总量很 少［4］，但这些大颗粒的夹杂物有可能对最终产品 造成灾难性的后果． 研究已表明，采用镁处理可提高钢的洁净度， 有利于大颗粒夹杂物的去除． 王昊等［5］对 H13 模 具钢进行镁处理时发现，经过镁处理后，钢中的夹 杂物由 Al2O3 转变为 MgO·Al2O3，1 μm 左右的夹 杂物增多，2 μm 以上的夹杂物减少，随着镁含量的 升高，粒径的变化更明显． 王德永等［6］对 Mg 处理 HＲ60 时发现，经过镁处理后钢中夹杂物平均粒径 减小，数量显著增多，尺寸小于 2 μm 的夹杂物数 量占 60% 以上，细小夹杂物在钢中呈弥散分布． 文献［7--11］也发现采用含镁合金复合处理有利于 夹杂物的细化． 另外，稀土作为一种强脱氧元素，也逐渐应用在 夹杂物改性、去除上． Liu 等［12］通过扫描电镜研究 了 Ce 对 2Cr13 不锈钢中夹杂物改性及其对冲击韧 性的影 响，发 现 Al2O3 和 MnS 夹杂完全可以被 Ce2O2 S 和 CeS 取代，钢的冲击韧性明显提高． Liu 等［13］研究了稀土处理 Q460NH 耐候钢后，钢中的夹 杂物主要由 Ｒe--O--S 和 Al--Ｒe--O--S 组成，且夹杂物 细小． 杨吉春等［14］研究了稀土 Ce 在超洁净 IF 钢中 的作用，发现经过 Ce 处理后，钢中的 Al2O3 夹杂物 会转化为尺寸较小的球状 CeAlO3 夹杂物． 宋明明 等［15］、习小军等［16］、孙昊等［17］研究发现，钢中添加 稀土后不仅可使夹杂物转化为细小球状，还会因此 提高钢的力学性能． 以上文献表明，钢中添加微量的 Mg 或稀土均 有利于夹杂物的细化、改善钢的性能． 然而稀土--镁 复合处理对夹杂物的影响研究的较少． 本 文 以 GCr15 轴承钢为研究对象，通过向其中添加适量的 稀土、镁，观察并分析其对夹杂物尺寸、分布、形貌及 组成的影响规律． 1 实验 1. 1 实验材料 实验材料为工业纯铁、金属铬、金属锰、金属硅、 增碳剂( C 质量分数 w( C) ＞ 99% ) 等． 由于镁的蒸 气压很高，在炼钢温度下极易汽化，镁的收得率很 低，很难加入钢中，并且在加入过程中钢水喷溅十分 严重，安全性很差，故采用含镁 30% 的镍镁合金进 行添加． 采用的稀土 成 分 为: w ( Ce) + w ( La) ≥ 99% ，其中 Ce /La 质量比≥0. 48． 1. 2 实验过程 以刚玉坩埚盛装工业纯铁，外套石墨坩埚保护 放入井式高温炉中进行熔化，通入质量分数为 99. 9% 的氩气进行气氛保护． 纯铁熔化后，加入 Si、 Mn、Cr、C 进行合金化，合金熔化完成后，采用不锈 钢箔( 0. 05 mm 厚) 包裹镍镁合金，并捆绑于石英管 上直接插入钢液中． 如果采用稀土、镁复合处理，则 将稀土和镍镁合金混合，采用不锈钢箔包裹，再由石 英管送入钢液中深处． 静止 2 min 后，将钢水连同坩 埚取出，放置冷却． 实验装置简图如图 1 所示． 图 1 实验装置简图 Fig． 1 Schematic diagram of the experimental apparatus 1. 3 分析方法 化学成分检测: 在钢样的侧部利用 AＲL 直读光 谱仪分析钢中 C、Si、Mn、Cr 等元素含量． 由于钢样 中稀土、镁含量较低，故稀土、Mg 采用电感耦合等离 · 467 ·
常立忠等：稀土-镁复合处理对GC15轴承钢中夹杂物的影响 ·765· 子体原子发射光谱法(ICP-AES)检测. 扫描统计，分析不同尺寸、不同类别的夹杂物分布情 夹杂物分析：在钢锭靠上部同一位置取一个 况.采用JSM6510LV型扫描电镜进一步观察夹杂 15mm×15mm×3mm的试样，对其进行镶嵌、打磨、 物的形貌、分析其组成 抛光处理后，利用美国Aspex夹杂物自动分析仪对 稀土一镁处理后钢中各元素的检测结果如表1 选定面积（约30mm2)内3.5um以上的夹杂物进行 所示 表1稀土-镁处理轴承钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of bearing steel containing different rare earth and magnesium contents % 试样编号 Mn Cr c 稀土 m(Mg)/10-6 1年 0.96 0.261 0.337 1.436 0.019 0.0047 0.0237 10 2￥ 0.95 0.294 0.364 1.468 0.037 0.0050 0.0424 16 3* 0.98 0.251 0.329 1.467 0.011 0.0060 0.0170 17 4# 0.95 0.332 0.371 1.462 0.057 0.0097 0.0667 25 了￥ 0.95 0.266 0.315 1.484 0.023 0.0171 0.0401 31 6* 0.98 0.301 0.340 1.416 0.069 0.0218 0.0908 34 7+ 1.01 0.291 0.380 1.555 1 1.01 0.266 0.354 1.449 34 0.0424%时，夹杂物分布变化不大（图2(b)).但是 2 结果分析与讨论 与不含稀土相比(w(Mg)=7×10-6),夹杂物仍然 2.1稀土镁处理钢中夹杂物尺寸的变化规律 得到了细化，特别是大于10μm的大颗粒夹杂物降 不同镁含量的GCrl5钢中不同尺寸的夹杂物 幅仍在83%以上.而镁增加至3.1×10-5~3.4× 所占比例如表2及图2所示 105,随着稀土含量的增加，夹杂物得到细化 表2稀土一镁处理后钢中不同尺寸夹杂物的占比 (图2(c)).如不含稀土时大于10μm的大颗粒夹杂 Table 2 Statistical results of different size inclusions in the rare earth 物占3%，稀土增加至0.0401%时，降至0.35%：进 and magnesium treatment sample 步增加至0.0908%时，降至0.18% 试样编号 3~5μm 5~10μm >10μm 同理，在稀土含量相近的情况下，增加钢中的镁 1# 68.16 31.31 0.53 含量也有利于大颗粒夹杂物的改善，如图3所示，在 2# 73.66 25.35 0.99 稀土质量分数为0.04%左右(2试样和5试样)时， 3# 71.60 27.50 0.90 镁从1.6×10-5增加至3.1×10-5时，3.5~5um的 4# 73.17 26.37 0.46 夹杂物比例增加15%，而大于10um的大颗粒夹杂 84.53 15.12 0.35 物则降低65%. 6# 90.35 9.41 0.18 在钢铁材料中，引起寿命降低或失效的主要原 7# 63.28 30.77 5.95 因不在于夹杂物的多少，而在于夹杂物的尺寸及分 8# 79.57 17.43 3.00 布.夹杂物尺寸越大，对钢的影响越大：特别是当基 体中出现大量夹杂物聚集时，即使单个夹杂物的尺 由表2及图2中可以看出，当钢中的镁含量相 寸极小，但是其聚集的效果甚至超过大型的夹杂物， 近时，随着稀土含量的增加夹杂物更加细小，大颗粒 这些现象已在相关文献中得到了证实. 夹杂物明显下降.如图2(a)所示，当钢中的镁质量 日本山阳特殊钢公司9和瑞典SKF公司0对 分数为7×10-6~1×10-5时，钢中不含稀土夹杂物 轴承钢疲劳寿命与氧含量的关系，做过大量的开发 时，3.5~5m的夹杂物占总量的比例为63.28%， 研究工作，发现随着氧含量的降低，轴承钢的疲劳寿 大于10m的较大尺寸夹杂物比例为5.95%.当 命也提高.但是，应当指出的是，氧含量与疲劳寿命 钢中添加0.0237%的稀土时，钢中3.5~5um的夹 的关系是辩证的关系，不是绝对的，因为氧含量对钢 杂物比例增加至68.16%，而10m的夹杂物则降 的质量是一个有用的但不完整的标志，钢中氧含量 至0.53%，降幅高达90%以上.当钢中的镁为 的高低，实际上只能代表钢中氧化物夹杂的数量大 1.6×10-5~1.7×10-5,稀土由0.0170%增加至 小，不能代表夹杂物的性质、形态、尺寸和分布.通
常立忠等: 稀土--镁复合处理对 GCr15 轴承钢中夹杂物的影响 子体原子发射光谱法( ICP-AES) 检测． 夹杂物分析: 在钢锭靠上部同一位置取一个 15 mm × 15 mm × 3 mm 的试样，对其进行镶嵌、打磨、 抛光处理后，利用美国 Aspex 夹杂物自动分析仪对 选定面积( 约 30 mm2 ) 内 3. 5 μm 以上的夹杂物进行 扫描统计，分析不同尺寸、不同类别的夹杂物分布情 况． 采用 JSM-6510LV 型扫描电镜进一步观察夹杂 物的形貌、分析其组成． 稀土--镁处理后钢中各元素的检测结果如表 1 所示． 表 1 稀土--镁处理轴承钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of bearing steel containing different rare earth and magnesium contents % 试样编号 C Si Mn Cr Ce La 稀土 w( Mg) /10 － 6 1# 0. 96 0. 261 0. 337 1. 436 0. 019 0. 0047 0. 0237 10 2# 0. 95 0. 294 0. 364 1. 468 0. 037 0. 0050 0. 0424 16 3# 0. 98 0. 251 0. 329 1. 467 0. 011 0. 0060 0. 0170 17 4# 0. 95 0. 332 0. 371 1. 462 0. 057 0. 0097 0. 0667 25 5# 0. 95 0. 266 0. 315 1. 484 0. 023 0. 0171 0. 0401 31 6# 0. 98 0. 301 0. 340 1. 416 0. 069 0. 0218 0. 0908 34 7# 1. 01 0. 291 0. 380 1. 555 ― ― ― 7 8# 1. 01 0. 266 0. 354 1. 449 ― ― ― 34 2 结果分析与讨论 2. 1 稀土--镁处理钢中夹杂物尺寸的变化规律 不同镁含量的 GCr15 钢中不同尺寸的夹杂物 所占比例如表 2 及图 2 所示． 表 2 稀土--镁处理后钢中不同尺寸夹杂物的占比 Table 2 Statistical results of different size inclusions in the rare earth and magnesium treatment sample % 试样编号 3 ～ 5 μm 5 ～ 10 μm ＞ 10 μm 1# 68. 16 31. 31 0. 53 2# 73. 66 25. 35 0. 99 3# 71. 60 27. 50 0. 90 4# 73. 17 26. 37 0. 46 5# 84. 53 15. 12 0. 35 6# 90. 35 9. 41 0. 18 7# 63. 28 30. 77 5. 95 8# 79. 57 17. 43 3. 00 由表 2 及图 2 中可以看出，当钢中的镁含量相 近时，随着稀土含量的增加夹杂物更加细小，大颗粒 夹杂物明显下降． 如图 2( a) 所示，当钢中的镁质量 分数为 7 × 10 － 6 ～ 1 × 10 － 5时，钢中不含稀土夹杂物 时，3. 5 ～ 5 μm 的夹杂物占总量的比例为 63. 28% ， 大于 10 μm 的较大尺寸夹杂物比例为 5. 95 % ． 当 钢中添加 0. 0237% 的稀土时，钢中 3. 5 ～ 5 μm 的夹 杂物比例增加至 68. 16% ，而 10 μm 的夹杂物则降 至 0. 53% ，降 幅 高 达 90% 以 上． 当 钢 中 的 镁 为 1. 6 × 10 － 5 ～ 1. 7 × 10 － 5，稀土 由 0. 0170% 增 加 至 0. 0424% 时，夹杂物分布变化不大( 图 2( b) ) ． 但是 与不含稀土相比( w( Mg) = 7 × 10 － 6 ) ，夹杂物仍然 得到了细化，特别是大于 10 μm 的大颗粒夹杂物降 幅仍在 83% 以上． 而镁增加至 3. 1 × 10 － 5 ～ 3. 4 × 10 － 5，随 着 稀 土 含 量 的 增 加，夹杂物得到细化 ( 图 2( c) ) ． 如不含稀土时大于10 μm 的大颗粒夹杂 物占 3% ，稀土增加至 0. 0401% 时，降至 0. 35% ; 进 一步增加至 0. 0908% 时，降至 0. 18% ． 同理，在稀土含量相近的情况下，增加钢中的镁 含量也有利于大颗粒夹杂物的改善，如图 3 所示，在 稀土质量分数为 0. 04% 左右( 2# 试样和 5# 试样) 时， 镁从 1. 6 × 10 － 5增加至 3. 1 × 10 － 5时，3. 5 ～ 5 μm 的 夹杂物比例增加 15% ，而大于 10 μm 的大颗粒夹杂 物则降低 65% ． 在钢铁材料中，引起寿命降低或失效的主要原 因不在于夹杂物的多少，而在于夹杂物的尺寸及分 布． 夹杂物尺寸越大，对钢的影响越大; 特别是当基 体中出现大量夹杂物聚集时，即使单个夹杂物的尺 寸极小，但是其聚集的效果甚至超过大型的夹杂物， 这些现象已在相关文献中得到了证实［18］． 日本山阳特殊钢公司［19］和瑞典 SKF 公司［20］对 轴承钢疲劳寿命与氧含量的关系，做过大量的开发 研究工作，发现随着氧含量的降低，轴承钢的疲劳寿 命也提高． 但是，应当指出的是，氧含量与疲劳寿命 的关系是辩证的关系，不是绝对的，因为氧含量对钢 的质量是一个有用的但不完整的标志，钢中氧含量 的高低，实际上只能代表钢中氧化物夹杂的数量大 小，不能代表夹杂物的性质、形态、尺寸和分布． 通 · 567 ·
·766 工程科学学报，第41卷，第6期 a 80 ☑w(Re-0 b ☑r(Re-0.0170% 目w(Re)=0.0237% (Re=0.0424% 40 20 ☑ 3.5-5um 5-10um ≥10μm 35-5um 510um ≥10μm 夹杂物尺寸 夹杂物尺寸 100 e ☑Re=0 ☐(Re)=0.0401% Re=0.0908% 2☑ 3.5-5m 5-10um ≥10μm 夹杂物尺寸 图2镁质量分数相近、不同稀土含量时夹杂物的分布.(a)r(Mg)=(7~10)×106:(b)世(Mg)=(16~17)×10~6:(c) n(Mg)=(31-34)×10-6 Fig.2 Distribution of inclusions in steel containing different mass fractions of rare earth:(a)(Mg)=(7~10)10;(b)(Mg)= (1617)×10-6:(c)w(Mg)=(31~34)×10-6 100 析可以看出，在钢中镁含量相近时，随着稀土含量的 Z☑wMg=16x10 增加，夹杂物得以细化，特别是大颗粒的夹杂物含量 目w(Mg=31x10 明显降低，这对改善轴承钢的疲劳寿命至关重要，即 使基体中存在大量的微小夹杂物.同理，在稀土含 量相近的情况下，增加钢中的镁含量也有利于大颗 粒碳化物的改善.从己进行的8组实验结果可以发 现，钢中镁质量分数为3.4×10-5、稀土为0.0908% 2 时，夹杂物改善效果最佳，然而夹杂物是否随着镁、 稀土含量的增加进一步细化则有待于更深入的 3.5-5μm 5-10um ≥10μm 研究. 夹杂物尺寸 2.2稀土镁处理后夹杂物成分的变化规律 图3w(Re)✉0.04%时不同Mg含量时夹杂物的分布 在稀土一镁处理后，钢中的小尺寸夹杂物占比 Fig.3 Distribution of inclusions in steel containing different magne- 明显增大，并且钢中夹杂物的类别也有明显改变，对 sium with w (Re)=0.04% 钢中不同种类的夹杂所占比进行统计，如表3、表4 常，一个轴承件的破坏，往往是由许多夹杂物中的一 所示. 个大型夹杂物引起，这个意义上说，夹杂的尺寸和 图4为钢中稀土、镁含量不同时所形成的不同 分布对疲劳寿命影响最大 种类的夹杂物变化 因此，在钢铁治炼过程中，控制钢中大颗粒夹杂 从图4可以看出，当仅采用Mg处理时，夹杂物 物的数量、避免夹杂物的聚集更加重要.从上述分 主要是AL,03、MnS、MnS-Mgs及Al-Mg-Mn-S0
工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 图 2 镁质量分数相近、不同稀土含量时夹杂物的分布 . ( a) w( Mg) = ( 7 ～ 10) × 10 － 6 ; ( b) w( Mg) = ( 16 ～ 17) × 10 － 6 ; ( c) w( Mg) = ( 31 ～ 34) × 10 － 6 Fig． 2 Distribution of inclusions in steel containing different mass fractions of rare earth: ( a) w( Mg) = ( 7 ～ 10) × 10 － 6 ; ( b) w( Mg) = ( 16 ～ 17) × 10 － 6 ; ( c) w( Mg) = ( 31 ～ 34) × 10 － 6 图 3 w( Ｒe) ≈0. 04% 时不同 Mg 含量时夹杂物的分布 Fig． 3 Distribution of inclusions in steel containing different magnesium with w( Ｒe) ≈0. 04% 常，一个轴承件的破坏，往往是由许多夹杂物中的一 个大型夹杂物引起，这个意义上说，夹杂的尺寸和 分布对疲劳寿命影响最大． 因此，在钢铁冶炼过程中，控制钢中大颗粒夹杂 物的数量、避免夹杂物的聚集更加重要． 从上述分 析可以看出，在钢中镁含量相近时，随着稀土含量的 增加，夹杂物得以细化，特别是大颗粒的夹杂物含量 明显降低，这对改善轴承钢的疲劳寿命至关重要，即 使基体中存在大量的微小夹杂物． 同理，在稀土含 量相近的情况下，增加钢中的镁含量也有利于大颗 粒碳化物的改善． 从已进行的 8 组实验结果可以发 现，钢中镁质量分数为 3. 4 × 10 － 5、稀土为 0. 0908% 时，夹杂物改善效果最佳，然而夹杂物是否随着镁、 稀土含量的增加进一步细化则有待于更深入的 研究． 2. 2 稀土--镁处理后夹杂物成分的变化规律 在稀土--镁处理后，钢中的小尺寸夹杂物占比 明显增大，并且钢中夹杂物的类别也有明显改变，对 钢中不同种类的夹杂所占比进行统计，如表 3、表 4 所示． 图 4 为钢中稀土、镁含量不同时所形成的不同 种类的夹杂物变化． 从图 4 可以看出，当仅采用 Mg 处理时，夹杂物 主要 是 Al2O3、MnS、MnS--MgS 及 Al--Mg--Mn--S--O · 667 ·
常立忠等：稀土-镁复合处理对GCl5轴承钢中夹杂物的影响 ·767· 表3稀土一镁处理后钢中各类夹杂物所占比 Table 3 Percentage of various types of inclusions with rare earth and magnesium complex treatment % 试样编号 Al-Mg-S-Mn-0 MnS MnS-MgS Ce-La-S-Mg-0 Ce-La-S-Mn-0 Ce-La-5-0 1 23.97 55.81 0.54 2.33 12.34 0.89 2# 17.23 20.79 4.95 14.46 25.15 10.10 6 0.67 0 0 0.88 10.90 87.33 表4镁处理钢中各类夹杂物所占比 Table 4 Percentage of various types of inclusions using magnesium complex treatment % 试样编号 Al-0 Al-Mg-0 Al-Mn-S-0 Al-Mg-0-Mn-S MnS MnS-MgS 70 0.73 1.45 26.99 44.85 24.53 0.44 8* 0.60 0.48 2.64 54.98 16.69 20.76 ☑w(Mg-34x10b 0 ZZ☑Re=0 图(Mg=7x10 80 四mRe=0.0908% 70 30 40 20 0 20 10 10 Al-0 Al-Mg-0 Al-Mg-Al-Mg- Mn-S MnS-MgS 0 Al-O Al-Al-Mg-Al-Mg-Mn-S MnS-Ce-La-Ce-La-S-Ce-La- 0-S 0-Mn-S Mg-0 0-S 0-Mn-S MgS S-Mg-0 Mn-0 -0 夹杂物 夹杂物 图4钢中不同Re、Mg含量对夹杂物性质的影响.(a)o(Re)=0:(b)c(Mg)=34×10-6 Fig.4 Influence of Re and Mg contents on inclusion composition in steel:(a)(Re)=0:(b)w(Mg)=34 x10-6 等复合夹杂物.其中A山，03、镁铝尖晶石夹杂较少， 夹杂物为主 夹杂物主要以含硫、镁夹杂物为主；且随着Mg质量 为进一步验证钢中夹杂物的成分及具体形貌 分数的增加（从7×10-6增加至3.4×10-5），Mgs- 等，通过扫描电镜对钢中典型夹杂物进行观察，利用 MnS复合夹杂快速增加.当Mg为3.4×10-5并复 能谱确定钢中夹杂物元素分布，其典型夹杂物形貌 合稀土处理时，钢中的夹杂物主要以含Re-S-0夹 如图6~7所示. 杂物为主，Al,03、MnS、镁铝尖晶石类夹杂消失 从图6、图7中可以看出，Mg处理后夹杂物确 2.3稀土一镁处理钢中典型夹杂物形貌 实以MnS、Mg0-Al203、Mg0-Al203HMn及Mg0- 稀土一镁复合处理后钢中主要夹杂物的Aspex MnS-MgS为主，而经过ReMg复合处理后，主要以 扫描电镜图片如图5所示. 含稀土的夹杂物为主，且尺寸较小，外形呈球状 结合表2和图5可以看出，当采用镁处理后，尽 2.4分析与讨论 管夹杂物尺寸降低，但是仍然含有较多的大于 在未经镁处理的钢中，MnS主要以Al,O3为核 10μm的夹杂物（图5(a),当镁从7×10-6增加至 心析出，另一部分以单独的MnS存在，还有大量的 3.4×10-5时，大颗粒的夹杂物减少（图5(b)).采 单个AL,03夹杂存在，如图8所示.微量的镁加入 用镁处理的同时采用稀土复合处理时，夹杂物尺寸 到钢中后，会与钢中的溶解氧结合，形成Mg0,进而 进一步降低（图5（©）)；随着镁、稀土含量的同时增 与A山，0，生成Mg0·AL,0,夹杂，而镁铝尖晶石的尺 加，大颗粒夹杂物更加细小，且夹杂物以含稀土复合 寸较A山，O3相比要小很多，部分MnS会以此作为核
常立忠等: 稀土--镁复合处理对 GCr15 轴承钢中夹杂物的影响 表 3 稀土--镁处理后钢中各类夹杂物所占比 Table 3 Percentage of various types of inclusions with rare earth and magnesium complex treatment % 试样编号 Al--Mg--S--Mn--O MnS MnS--MgS Ce--La--S--Mg--O Ce--La--S--Mn--O Ce--La--S--O 1# 23. 97 55. 81 0. 54 2. 33 12. 34 0. 89 2# 17. 23 20. 79 4. 95 14. 46 25. 15 10. 10 6# 0. 67 0 0 0. 88 10. 90 87. 33 表 4 镁处理钢中各类夹杂物所占比 Table 4 Percentage of various types of inclusions using magnesium complex treatment % 试样编号 Al--O Al--Mg--O Al--Mn--S--O Al--Mg--O--Mn--S MnS MnS--MgS 7# 0. 73 1. 45 26. 99 44. 85 24. 53 0. 44 8# 0. 60 0. 48 2. 64 54. 98 16. 69 20. 76 图 4 钢中不同 Ｒe、Mg 含量对夹杂物性质的影响． ( a) w( Ｒe) = 0; ( b) w( Mg) = 34 × 10 － 6 Fig． 4 Influence of Ｒe and Mg contents on inclusion composition in steel: ( a) w( Ｒe) = 0; ( b) w( Mg) = 34 × 10 － 6 等复合夹杂物． 其中 Al2O3、镁铝尖晶石夹杂较少， 夹杂物主要以含硫、镁夹杂物为主; 且随着 Mg 质量 分数的增加( 从 7 × 10 － 6 增加至 3. 4 × 10 － 5 ) ，MgS-- MnS 复合夹杂快速增加． 当 Mg 为 3. 4 × 10 － 5 并复 合稀土处理时，钢中的夹杂物主要以含 Ｒe--S--O 夹 杂物为主，Al2O3、MnS、镁铝尖晶石类夹杂消失． 2. 3 稀土--镁处理钢中典型夹杂物形貌 稀土--镁复合处理后钢中主要夹杂物的 Aspex 扫描电镜图片如图 5 所示． 结合表 2 和图 5 可以看出，当采用镁处理后，尽 管夹杂物尺寸降低，但是仍然含有较多的大于 10 μm 的夹杂物( 图 5( a) ) ，当镁从 7 × 10 － 6增加至 3. 4 × 10 － 5时，大颗粒的夹杂物减少( 图 5( b) ) ． 采 用镁处理的同时采用稀土复合处理时，夹杂物尺寸 进一步降低( 图 5( c) ) ; 随着镁、稀土含量的同时增 加，大颗粒夹杂物更加细小，且夹杂物以含稀土复合 夹杂物为主． 为进一步验证钢中夹杂物的成分及具体形貌 等，通过扫描电镜对钢中典型夹杂物进行观察，利用 能谱确定钢中夹杂物元素分布，其典型夹杂物形貌 如图 6 ～ 7 所示． 从图 6、图 7 中可以看出，Mg 处理后夹杂物确 实 以 MnS、MgO--Al2O3、MgO--Al2O3--Mn 及 MgO-- MnS--MgS 为主，而经过 Ｒe--Mg 复合处理后，主要以 含稀土的夹杂物为主，且尺寸较小，外形呈球状． 2. 4 分析与讨论 在未经镁处理的钢中，MnS 主要以 Al2O3 为核 心析出，另一部分以单独的 MnS 存在，还有大量的 单个 Al2O3 夹杂存在，如图 8 所示． 微量的镁加入 到钢中后，会与钢中的溶解氧结合，形成 MgO，进而 与 Al2O3 生成 MgO·Al2O3 夹杂，而镁铝尖晶石的尺 寸较 Al2O3 相比要小很多，部分 MnS 会以此作为核 · 767 ·
·768 工程科学学报，第41卷，第6期 MnS AL.O,-MnS ALO.-MnS Al-Mg-0-Mn-S Al-Mg-0-Mn-S MnS-MgS 8 & a MnS ALO.-MnS Al-Mg-0-Mn-S Mns-Mgs MnS-MgS Mn 9 (b) Re-Al-Mg-S-0 Re-Mn-S-0 Re-Al-Mg-S-O Re-Mg-Al-Mn-S-O Re-Mg-Al-Mn-S-O Re-Mn-S-0 回 Re-Mg-S-0 Re-Mg-S-O Re-Vn-S-0 Re-S-0 Re-s-0 Re-Mg-Mn-S-0 团 图5稀土-镁复合处理后的夹杂物形貌.(a)0(Mg)=7×10-6:(b)e(Mg)=3.4×10-5:(c)(Re)=0.0237%,w(Mg)=1.0×10-5: (d)o(Re=0.04019%,e(Mg)=3.1x10-5 Fig.5 Morphology of typical inclusions in steel with rare earth and magnesium complex treatment:(a)(Mg)=710;(b)(Mg)=3.4x 10-5:(c)w(Re)=0.0237%,r(Mg)=1.0×10-5:(d)e(Re)=0.0401%,w(Mg=3.1x10-5 心形核.由于Mgs的稳定性很高，在形成MnS的同 △G9=765440-359.65T (4) 时S也会与Mg发生反应形成MgS夹杂，从而形成 A-Mg0-MnS复合夹杂，如图6所示.所以在含 lgK-39767+18.78=%Mg T f·[%Ce]2·ao 镁7×10-6的钢中，A山，03夹杂占比仅为0.73%，而 式中，K为平衡常数.假设T=1873K,取活度系数f Al-Mg-0-Mn-S夹杂物含量最多，为44.85% (表4).随着镁含量的进一步增加，A山，03夹杂继续 为1l,e9=l,a0=1,可得%M [%Ce=2.75× 降低，Al-MgO-MnS夹杂进一步增加.比如在镁 10-3 含量3.4×10-5的钢中，Al203夹杂占比为0.6%， 由上述计算结果可知，当Mg质量分数为3.0× Al-Mg0-MnS夹杂占比为54.98%. 10-5时，只需0.003%的Ce反应(4)就可以发生. 而当稀土（以Ce为例）加入到镁处理钢中时， 因此在钢中加入少量稀土后，钢中含镁氧化物夹杂 主要发生如下几个反应2,20： 数量变少，稀土加入量增大之后，钢中几乎不存在没 2[Ce]+3[o]=Ce203a 有稀土的含镁氧化物夹杂，如表3所示.当钢中的 △G9=--1428760+359.39T (1) 稀土为0.0908%，Mg为3.4×10-5时，Al-Mg-S- 2Ce]+2[o]+S]=Ce,02So Mn0夹杂物仅为0.67%，其余的均为稀土夹杂物. 如反应式(2)所示，稀土与S也极易形成化合 △G9=-1351400+331.05T (2) 物，因此当钢中加入稀土时，会形成大量的Re-S-0 [Mg][0]=Mg0 的复合夹杂物.如表3所示，稀土质量分数从 △G9=-731400+239.68T (3) 0.237%0.0424%0.0908%,CeHa50夹杂物 联合式(1)和(3)可得： 的比例为0.89%→10.10%→87.33%，且夹杂物的 2 [Ce]+3MgO =Ce203(+3 [Mg] 尺寸更加细小
工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 图 5 稀土--镁复合处理后的夹杂物形貌． ( a) w( Mg) = 7 × 10 － 6 ; ( b) w( Mg) = 3. 4 × 10 － 5 ; ( c) w( Ｒe) = 0. 0237% ，w( Mg) = 1. 0 × 10 － 5 ; ( d) w( Ｒe) = 0. 0401% ，w( Mg) = 3. 1 × 10 － 5 Fig． 5 Morphology of typical inclusions in steel with rare earth and magnesium complex treatment: ( a) w( Mg) = 7 × 10 － 6 ; ( b) w( Mg) = 3. 4 × 10 － 5 ; ( c) w( Ｒe) = 0. 0237% ，w( Mg) = 1. 0 × 10 － 5 ; ( d) w( Ｒe) = 0. 0401% ，w( Mg) = 3. 1 × 10 － 5 心形核． 由于 MgS 的稳定性很高，在形成 MnS 的同 时 S 也会与 Mg 发生反应形成 MgS 夹杂，从而形成 Al--Mg--O--Mn--S 复合夹杂，如图 6 所示． 所以在含 镁 7 × 10 － 6的钢中，Al2O3 夹杂占比仅为 0. 73% ，而 Al--Mg--O--Mn--S 夹 杂 物 含 量 最 多，为 44. 85% ( 表 4) ． 随着镁含量的进一步增加，Al2O3 夹杂继续 降低，Al--Mg--O--Mn--S 夹杂进一步增加． 比如在镁 含量 3. 4 × 10 － 5 的钢中，Al2O3 夹杂占比为 0. 6% ， Al--Mg--O--Mn--S 夹杂占比为 54. 98% ． 而当稀土( 以 Ce 为例) 加入到镁处理钢中时， 主要发生如下几个反应［12，21］: 2［Ce］+ 3［O］Ce2O3( s) ΔG = － 1428760 + 359. 39T ( 1) 2［Ce］+ 2［O］+［S］Ce2O2 S( s) ΔG = － 1351400 + 331. 05T ( 2) ［Mg］+［O］MgO( s) ΔG = － 731400 + 239. 68T ( 3) 联合式( 1) 和( 3) 可得: 2［Ce］+ 3MgO Ce 2O3( s) + 3［Mg］ ΔG = 765440 － 359. 65T ( 4) lgK = 39976. 7 T + 18. 78 = αCe2O3 ·f 3 Mg·［% Mg］3 f 2 Ce·［% Ce］2 ·α3 MgO 式中，K 为平衡常数． 假设 T = 1873 K，取活度系数 f 为 1，αCe2O3 = 1，αMgO = 1，可得［% Mg］3 ［% Ce］2 = 2. 75 × 10 － 3 ． 由上述计算结果可知，当 Mg 质量分数为3. 0 × 10 － 5时，只需 0. 003% 的 Ce 反应( 4) 就可以发生． 因此在钢中加入少量稀土后，钢中含镁氧化物夹杂 数量变少，稀土加入量增大之后，钢中几乎不存在没 有稀土的含镁氧化物夹杂，如表 3 所示． 当钢中的 稀土为 0. 0908% ，Mg 为 3. 4 × 10 － 5 时，Al--Mg--S-- Mn--O 夹杂物仅为 0. 67% ，其余的均为稀土夹杂物． 如反应式( 2) 所示，稀土与 S 也极易形成化合 物，因此当钢中加入稀土时，会形成大量的 Ｒe--S--O 的 复 合 夹 杂 物． 如 表 3 所 示，稀土质量分数从 0. 237% →0. 0424% →0. 0908% ，Ce--La--S--O 夹杂物 的比例为 0. 89% →10. 10% →87. 33% ，且夹杂物的 尺寸更加细小． · 867 ·
常立忠等：稀土-镁复合处理对GC15轴承钢中夹杂物的影响 ·769· MgS-MnS MnS MgO-ALO, 和0vWo1inms5g MgS-MnS e一es.ns MgS-MnS SEI 20V WDtmm ss43 40002 MgS-MnS 一A,0, 一Al0 MnS MnS MgS-MnS MnS MgS-MnS -Mg0-AL,O, MgO-ALO, Mgo-ALO, hw10=544o02n 图6镁处理钢中典型夹杂物形貌 Fig.6 Morphology of typical inclusions in magnesium treated steel MnS、MnS-Al,O3复合夹杂，且尺寸较大：采用镁处 3结论 理轴承钢时，夹杂物种类包括Al,O、MnS、MnS-MgS (1)稀土一镁复合处理轴承钢后，钢中的夹杂 及Al-Mg-Mn-50,其中A山，0，、镁铝尖晶石夹杂较 物明显得到细化.当钢中镁含量不变时，随着稀土 少，夹杂物主要以含硫、镁夹杂物为主 含量的增加，大颗粒夹杂物比例明显下降。而在稀 (3)稀土一镁进一步复合处理时，钢中的夹杂 土含量相近的情况下，增加钢中的镁含量也有利于 物主要以含ReS0夹杂物为主，Al,O,、MnS、镁铝 大颗粒夹杂物的去除. 尖晶石夹杂逐步消失，且夹杂物成球状分布，绝大多 (2)未采用镁处理时，钢中包括大量的A,03、 数夹杂物在5m以下
常立忠等: 稀土--镁复合处理对 GCr15 轴承钢中夹杂物的影响 图 6 镁处理钢中典型夹杂物形貌 Fig． 6 Morphology of typical inclusions in magnesium treated steel 3 结论 ( 1) 稀土--镁复合处理轴承钢后，钢中的夹杂 物明显得到细化． 当钢中镁含量不变时，随着稀土 含量的增加，大颗粒夹杂物比例明显下降． 而在稀 土含量相近的情况下，增加钢中的镁含量也有利于 大颗粒夹杂物的去除． ( 2) 未采用镁处理时，钢中包括大量的 Al2O3、 MnS、MnS--Al2O3 复合夹杂，且尺寸较大; 采用镁处 理轴承钢时，夹杂物种类包括 Al2O3、MnS、MnS--MgS 及 Al--Mg--Mn--S--O，其中 Al2O3、镁铝尖晶石夹杂较 少，夹杂物主要以含硫、镁夹杂物为主． ( 3) 稀土--镁进一步复合处理时，钢中的夹杂 物主要以含 Ｒe--S--O 夹杂物为主，Al2O3、MnS、镁铝 尖晶石夹杂逐步消失，且夹杂物成球状分布，绝大多 数夹杂物在 5 μm 以下． · 967 ·
·770· 工程科学学报，第41卷，第6期 Re-0-5 Re-Mn-S-O Re-Mn-S-0 Re-Mg-Al-Mn-S-O Re-Al-0-S MnS Re-0-S Re-0-S Re-Mg-S-0 Re-Mg-Mn-S Re-0-S Mg-Al-Mn-S-0 Mg-Al-S-0 Re-0-S Re-0-S Re-0-S Al-Mg-Mn-0-S 一Mg-Al-Mm-S0 BEC WD1 5555 5.000 5m WO11-m ssss sum 图7稀土-镁处理钢中典型夹杂物形貌 Fig.7 Morphology of typical inclusions in Re-Mg treated steel MnS -ALO A10 A10 ALO. E 图8未处理钢中夹杂物形貌 Fig.8 Morphology of inclusions in untreated steel 参考文献 2000,35(2):64 [1]Liu ZZ,Cai K K.Purity steel production technology.Iron Steel, (刘中柱，蔡开科.纯净钢生产技术.钢铁，2000,35(2)：
工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 图 7 稀土--镁处理钢中典型夹杂物形貌 Fig． 7 Morphology of typical inclusions in Ｒe--Mg treated steel 图 8 未处理钢中夹杂物形貌 Fig． 8 Morphology of inclusions in untreated steel 参 考 文 献 ［1］ Liu Z Z，Cai K K． Purity steel production technology． Iron Steel， 2000，35( 2) : 64 ( 刘中柱，蔡开科． 纯净钢生产技术． 钢铁，2000，35 ( 2) : · 077 ·
常立忠等：稀土一镁复合处理对GC15轴承钢中夹杂物的影响 ·771· 64) improved by Mg.J Iron Steel Res,2008,20(6):14 2]Li Y D,Yang Z G,Li S X,et al.Correlations between very high (陈斌，包萨日娜，姜敏，等.镁提高钢水纯净度的研究.钢 cycle fatigue properties and inclusions of GCrl5 bearing steel.Acta 铁研究学报，2008,20(6)：14) Metall Sin,2008,44(8):968 [11]Yang J,Xu L.Y,Zhu K,et al.Improvement of HAZ toughness (李永德，杨振国，李守新，等.GCl5轴承钢超高周疲劳性 of steel plate for high heat input welding by inclusion control with 能与夹杂物相关性.金属学报，2008,44(8)：968) Mg deoxidation.Steel Res Int,2015,86(6):619 B3]Zhang J M,Zhang J F,Yang ZG,et al.Estimation of maximum [12]Liu X,Yang J C,Yang L,et al.Effect of Ce oninclusions and inclusion size and fatigue strength in high strength steel.Acta Met- impact oroperty of 2Crl3 stainless steel.fron Steel Res Int, all Sin,2004,40(8):846 2010,17(12):59 (张继明，张建锋，杨振国，等.高强钢中最大夹杂物的尺寸 [13]Liu C,Revilla R I,Liu Z Y,et al.Effect of inclusions modified 估计与疲劳强度预测.金属学报，2004,40(8)：846) by rare earth elements (Ce,La)on localized marine corrosion in 4]Chang LZ,Shi X F,Wang J J,et al.Effect of ultrasonic power Q460NH weathering steel.Corros Sci,2017,129:82 on distribution of Al2O inclusions in ESR ingots.Chin J Process [14]Yang J C,Li H W,Zhou L,et al.Mechanism of trace cerium in Eng,2015,15(1):79 ultra-clean IF steel.Iron Steel,2015,50(11):81 (常立忠，施晓芳，王建军，等.超声波功率对电渣钢锭中氧 (杨吉春，栗宏伟，周莉，等.微量稀土铈在超洁净F钢中 化铝夹杂物分布的影响.过程工程学报，2015,15(1)：79) 的作用.钢铁，2015,50(11)：81) [5]Wang H.Li J,Wang L L.Inclusion modification of magnesium [15]Song MM,Song B,Yang Z B,et al.Microstructure and inclu- treatment in H13 die steel.China Sciencepaper,2014,9(2):175 sion evolution in rare earth treated C-Mn steel.Chin Eng (王吴，李晶，王亮亮.镁对H13模具钢中夹杂物变性的影 2015,37(12)：1564 响.中国科技论文，2014,9(2)：175) (宋明明，宋波，杨占兵，等.稀土处理C-Mn钢显微组织和 [6]Wand D Y,Xu Z,Qu T P.Effect of Mg addition on inclusions 夹杂物演化.工程科学学报，2015,37(12)：1564) and solidification structure in low carbon microalloy steels.Steel- [16]Xi X J,Lai C B,Li J S,et al.Effect of Y-base rare earth on the making,2017,33(5):12 microstructure and impact toughness of E36 steel plate.Chin (王德永，徐周，屈天鹏.镁处理对低碳微合金钢中夹杂物和 Eng,2017,39(2):244 凝固组织的影响.炼钢，2017,33(5)：12) (习小军，赖朝彬，李京社，等.钇基稀土对36钢板显微组 Zheng W,Liu L,Li G Q,et al.Refinement mechanisms of inclu- 织及冲击性能的影响.工程科学学报，2017,39(2)：244) sions in steel by Ti-Mg complex deoxidation.Chin J Eng,2015, [17]Sun H,Ji Y P,Chen L.Effect ofrare earth Ce on microstructure 37(7):873 and properties of X65 pipeline steels.Chin J Process Eng,2010, (郑万，刘磊，李光强，等.T-g复合脱氧钢中夹杂物细化 10(2):240 机制.工程科学学报，2015,37(7)：873) (孙吴，计云萍，陈林.稀土Ce对X65管线钢组织和性能的 [8]Zheng W,Wu Z H,Li G Q,et al.Effects of Ti-Mg complex de- 影响.过程工程学报，2010,10(2)：240) oxidation and sulfur content on the characteristics of inclusions and [18]Lu LT,Li W,Zhang J W,et al.Analysis of rotary bending giga- the precipitation behavior of MnS.Chin J Eng,2015,37 (3): cycle fatigue properties of bearing steel GCr15.Acta Metall Sin, 292 2009,45(1):73 (郑万，吴振华，李光强，等.T一Mg复合脱氧和硫含量对钢 (鲁连涛，李伟，张继旺，等.GC15钢旋转弯曲超长寿命疲 中夹杂物特征及MnS析出行为的影响.工程科学学报，2015， 劳性能分析.金属学报，2009,45(1)：73) 37(3):292) [19]Uesugi T.Recent development of bearing steel in Japan.Tetsu- Zhang TS,Wang D Y,Zhang Y Q,et al.Dynamic evolution of to-Hagane,1988,74(10):1889 inclusions in Al-Mg deoxidation melts.I Northeast Unir Nat Sci, 220]Akesson J.SKFrolling bearing steels-properties and processes. 2014,35(9):1270 Ball Bear J,1983,217:32 (张同生，王德永，张永启，等.铝、镁脱氧钢中夹杂物的动态演 D1]Ohta H,Suito H.Activities in Ca0-MgO-Al2O3 slags and deox- 变规律.东北大学学报（自然科学版），2014,35(9)：1270) idation equilibria of Al,Mg,and Ca.IS/J Int,1996,36(8): [10]Chen B,Bao S R N,Jiang M,et al.Cleanliness ofmolten steel 983
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