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 ·