吴华杰等：高品质轴承钢LFVD过程非金属夹杂物演变规律 207 大波动，因为大颗粒非金属夹杂物逐渐成为制约高 150mm2为例，4mm2约占到观察面积的1/37，这种方 品质轴承钢寿命的主要因素.对此，在2005年瑞典 法只能反应夹杂物的整体规律，但并不利于随机性较 SKF(Svenska Kullager-Fabriken,斯凯孚)公司对高倍 强的DS类夹杂物的研究.本实验选用国内某钢厂现 夹杂物要求新增了DS类四，即单颗粒大型夹杂物的 场生产GCl5轴承钢生产过程样和成品样，采用能进 评级要求.在近几年，日本山阳特殊制钢株式会社 行大面积试样检测的ASPEX自动扫描电镜对试样进 (山阳特钢)针对大颗粒非金属夹杂物采用了超声波 行扫描，扫描面积达到100mm2以上，占到观察面的 探伤法的高可靠检测技术，开发出超纯净钢，并获得 80%以上.这种方法可以保证DS类夹杂物研究的准 轴承钢寿命下限提高约3倍的良好效果。不同作者 确性，将误差控制在较小的范围内，并能节省大量时 从不同角度对DS类夹杂物开展了一系列研究，研究 间，同时对轴承钢治炼过程中夹杂物全尺寸和成分有 其形成及消除机理回、钢中酸溶铝As对其的影响田 详细的数据统计，分析大颗粒非金属夹杂物演变规律， 以及不同工艺该类夹杂物的行为的.但在以往对 为治炼高品质轴承钢生产提供技术指导 DS类夹杂物研究中，大多采用随机视场法检测观察 面，总扫面面积只占到观察面的小部分.例如Zeiss 1生产工艺和研究方法 Ulra55扫描电镜在放大倍数500倍下，单个视场的 1.1生产工艺 面积约为0.04mm2,选择随机100个视场，扫描的总 该钢厂的GCl5轴承钢生产工艺流程为：EAF→ 面积为4mm2,以一个金相样的有效观察面积 LF→VD→CC,其化学成分见表1. 表1GC15主要化学成分（质量分数） Table 1 Composition of the GCr15 bearing steel % C Si Mn Cr Ni Cu T.0 0.95-1.050.13-0.35 0.25-0.45 ≤0.015 ≤0.01 1.40-1.650.01-0.02≤0.250.25≤0.001 1.2研究方法 物危害相对较小，一般认为3μm以下的夹杂物对钢的 1.2.1系统取样 性能没有危害。此外，参考国内外常用的非金属夹杂 对该厂两个炉次的GCrl5轴承钢精炼和浇注过程 物评定标准GB/T10561一2005和IS04967,D细、D粗 进行系统取样分析，取样情况见表2 和DS类夹杂物的最小宽度分别为3、8和13m.因 表2取样位置 此，扫描过程中设置忽略当量直径ECD<3um的夹杂 Table 2 Sampling position 物，按3~8、8~13和13um分类统计，分析夹杂物的 炉次 LF结束VD破空吊包 中包 铸坯 形貌、成分、尺寸和数量的演变规律 A V 2实验结果和讨论 2.1各工序夹杂物数量和尺寸变化 1.2.2 ASPEX电镜自动扫描分析 ASPEX扫描所得的各工序中不同类型夹杂物的 利用能进行大面积试样检测的ASPEX自动扫描 数量和尺寸分布情况汇总于表3和表4. 电镜对金相样进行分析，每个金相试样扫描面积均达 取100mm2为单位面积，统计两炉次各工序单位 到100mm以上，占到试样观察面的80%以上.因为轴 面积夹杂物数量和面积的变化，分别如图1和图2 承钢中夹杂物的尺寸越大，其危害越大，而小尺寸夹杂 所示. 表3A炉次各工序夹杂物尺寸与类型变化 Table 3 Inclusion size and composition changes of each process in Fumace A 扫描 夹杂物尺寸/um 工序 面积/mm2 3-8 8-13 3 LF结束 105 M-A-C(154),MnS(9) M-A-C(18) M-A-C (6) VD破空 113 M-AC(30) M-A-C(3) M-A-C(1) 吊包 109 M-A-C(142),Mns(9) M-A-C(15) M-A-C(4) 中包 105 M-A-C(108),MnS(49) M-A-C(25),MnS(4) M-A-C(11) 铸坯 131 M-A-C(155),MnS(1) M-AC(12) 注：括号内的数值为个数.M一AC=Mg0一Al203Ca0吴华杰等: 高品质轴承钢 LF #VD 过程非金属夹杂物演变规律 大波动，因为大颗粒非金属夹杂物逐渐成为制约高 品质轴承钢寿命的主要因素． 对此，在 2005 年瑞典 SKF ( Svenska Kullager-Fabriken，斯凯孚) 公司对高倍 夹杂物要求新增了 DS 类［1］，即单颗粒大型夹杂物的 评级要求． 在近几年，日 本 山 阳 特 殊 制 钢 株 式 会 社 ( 山阳特钢) 针对大颗粒非金属夹杂物采用了超声波 探伤法的高可靠检测技术，开发出超纯净钢，并获得 轴承钢寿命下限提高约 3 倍的良好效果． 不同作者 从不同角度对 DS 类夹杂物开展了一系列研究，研究 其形成及消除机理［2］、钢中酸溶铝 Als 对其的影响［3］ 以及不同工艺该类夹杂物的行为［4--5］． 但在 以 往 对 DS 类夹杂物研究中，大多采用随机视场法检测观察 面，总扫面面积只占到观察面的小部分． 例如 Zeiss Ultra 55 扫描电镜在放大倍数 500 倍下，单个视场的 面积约为 0. 04 mm2 ，选择随机 100 个视场，扫描的总 面积 为 4 mm2 ，以 一 个 金 相 样 的 有 效 观 察 面 积 150 mm2 为例，4 mm2 约占到观察面积的 1 /37，这种方 法只能反应夹杂物的整体规律，但并不利于随机性较 强的 DS 类夹杂物的研究． 本实验选用国内某钢厂现 场生产 GCr15 轴承钢生产过程样和成品样，采用能进 行大面积试样检测的 ASPEX 自动扫描电镜对试样进 行扫描，扫描面积达到 100 mm2 以上，占到观察面的 80% 以上． 这种方法可以保证 DS 类夹杂物研究的准 确性，将误差控制在较小的范围内，并能节省大量时 间，同时对轴承钢冶炼过程中夹杂物全尺寸和成分有 详细的数据统计，分析大颗粒非金属夹杂物演变规律， 为冶炼高品质轴承钢生产提供技术指导． 1 生产工艺和研究方法 1. 1 生产工艺 该钢厂的 GCr15 轴承钢生产工艺流程为: EAF→ LF→VD→CC，其化学成分见表 1． 表 1 GCr15 主要化学成分( 质量分数) Table 1 Composition of the GCr15 bearing steel % C Si Mn P S Cr Al Ni Cu T． O 0. 95 ～ 1. 05 0. 13 ～ 0. 35 0. 25 ～ 0. 45 ≤0. 015 ≤0. 01 1. 40 ～ 1. 65 0. 01 ～ 0. 02 ≤0. 25 0. 25 ≤0. 001 1. 2 研究方法 1. 2. 1 系统取样 对该厂两个炉次的 GCr15 轴承钢精炼和浇注过程 进行系统取样分析，取样情况见表 2． 表 2 取样位置 Table 2 Sampling position 炉次 LF 结束 VD 破空 吊包 中包 铸坯 A √ √ √ √ √ B √ √ √ √ √ 1. 2. 2 ASPEX 电镜自动扫描分析 利用能进行大面积试样检测的 ASPEX 自动扫描 电镜对金相样进行分析，每个金相试样扫描面积均达 到 100 mm2 以上，占到试样观察面的 80% 以上． 因为轴 承钢中夹杂物的尺寸越大，其危害越大，而小尺寸夹杂 物危害相对较小，一般认为 3 μm 以下的夹杂物对钢的 性能没有危害． 此外，参考国内外常用的非金属夹杂 物评定标准 GB / T10561—2005 和 ISO4967，D 细、D 粗 和 DS 类夹杂物的最小宽度分别为 3、8 和 13 μm． 因 此，扫描过程中设置忽略当量直径 ECD ＜ 3 μm 的夹杂 物，按 3 ～ 8、8 ～ 13 和$13 μm 分类统计，分析夹杂物的 形貌、成分、尺寸和数量的演变规律． 2 实验结果和讨论 2. 1 各工序夹杂物数量和尺寸变化 ASPEX 扫描所得的各工序中不同类型夹杂物的 数量和尺寸分布情况汇总于表 3 和表 4． 取 100 mm2 为单位面积，统计两炉次各工序单位 面积夹杂物数量和面积的变化，分别 如 图 1 和 图 2 所示． 表 3 A 炉次各工序夹杂物尺寸与类型变化 Table 3 Inclusion size and composition changes of each process in Furnace A 工序 扫描 面积/mm2 夹杂物尺寸/μm 3 ～ 8 8 ～ 13 $13 LF 结束 105 M--A--C ( 154) ，MnS ( 9) M--A--C ( 18) M--A--C ( 6) VD 破空 113 M--A--C ( 30) M--A--C ( 3) M--A--C ( 1) 吊包 109 M--A--C ( 142) ，MnS ( 9) M--A--C ( 15) M--A--C ( 4) 中包 105 M--A--C ( 108) ，MnS ( 49) M--A--C ( 25) ，MnS ( 4) M--A--C ( 11) 铸坯 131 M--A--C ( 155) ，MnS ( 1) M--A--C ( 12) " 注: 括号内的数值为个数． M--A--C = MgO--Al2O3 --CaO． · 702 ·