Vol.22 No.1 周德光等：电渣重熔与连铸轴承钢中的夹杂物 .29· 可将电渣钢氧含量降到1.5×10-左右~.从大样 且其组织致密，因此它的疲劳寿命高. 电解夹杂的结果可以看出（见表1~3与图1），无 不同的冶炼方法，氧含量即使相同，其疲劳 论是从夹杂物形貌、尺寸及数量来看，电渣重熔 寿命也完全不一样，同一冶炼方法和大量试验 前后的夹杂物都是不一样的.连铸坯的氧含量 条件下，有可能确定氧含量和疲劳性能之间的 较低(1.02×10)，但其钢中大颗粒夹杂物多（共 关系，对电渣钢而言，影响其疲劳寿命的主要因 19个)，尺寸大于50um的夹杂物有7个，最大的 素是钢中夹杂物的性质、形态、尺寸和分布，氧 夹杂物为100μm;电渣钢的氧含量高(3.25× 含量的影响较小.例如，采用酸性渣重熔，可以 10),但大颗粒夹杂物少（共13个），大于50m 降低钢中脆性夹杂物的含量，增大塑性夹杂物 的只有3个，最大的为60m左右.虽然从大颗 的比例，虽然它不大可能降低钢中氧含量，甚至 粒夹杂物的成分来看，连铸坯与电渣钢没有本 氧含量还会升高，但是其重熔钢中的夹杂物具 质上的区别（见表3），重熔前后钢中的大颗粒夹 有塑性，并且细小分散，和金属在加工过程中一 杂物都是复合夹杂物，但是从夹杂物数量来看， 起变形，不会严重地导致局部应力集中，使其疲 无论原始夹杂物数量有多少，电渣重熔后钢中 劳裂纹萌生期大大延长，所以疲劳寿命高 夹杂物都稳定在0.003%~0.006%，并且电渣重熔 过程中大颗粒夹杂是最先被去除，由此也可 5结论 以证明，电渣重熔过程中，自耗电极中的原始夹 杂物可基本去除，重熔钢中的夹杂主要是金属 (1)电渣重熔过程中，自耗电极中原始夹杂 可基本去除或溶解，重熔钢中的夹杂主要是金 熔池冷却结晶过程中新生成的 属熔池冷却结晶过程中新生成的， 4钢的纯净度与疲劳寿命 (2)虽然电渣重熔钢的氧含量比连铸钢高， 但是其夹杂物主要是在金属熔池冷却结晶过程 瑞典SKF公司和日本山阳特殊钢公司对轴 中新生成的，聚集长大的可能性减小，因此，其 承钢氧含量与疲劳寿命的关系，做过大量的试 大颗粒夹杂物数量少，尺寸较小，分布均匀，其 验研究工作，得出了明确的结论，即随着氧含量 材质的疲劳寿命高. 的降低，轴承材质的疲劳寿命相应提高.但是 参考文献 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 1 Akesson J,Lund T.SKF Rolling Bearing Steels-Properties and Processes.Ball Bearing Journal,1983,217(10):32 是一个有用的但不完整的标志，钢中氧含量的 2 Toshikazu Uesugi.Recent Development of Bearing Steel 高低，实际上只能代表钢中氧化物夹杂的数量 in Japan.Transactions of the Iron and Steel Institute of Ja- 大小，在量上它不能代表疏化物和氨化物的高 pan,1988,28(11):893 低，更不用说夹杂物的性质、形态、尺寸和分布 3傅杰，朱觉.电渣重熔过程中氧化物夹杂的变化.金 了.通常，一个轴承件的破坏，往往是由许多夹 属学报，1964,7(3)：250 杂物中的一个大型夹杂物引起，这些夹杂物有 4王昌生，刘胜国，徐明德，等.降低电渣重熔GC15钢 的氧含量.特殊辆，1997,18(3)：31 硫化物(A类)、氧化物(B、C、D类)和氮化物.从 5周德光，王平，傅杰，等.轴承钢电渣重熔过程中氧的 这个意义上说，夹杂的尺寸和分布对疲劳寿命 控制及作用研究.钢铁，1998,33(3)：13 影响最大，本次试验也证实了这一结论：对连铸 6吴巍.连铸中间包钢液流动控制及治金效果研究：[学 钢而言，钢中氧含量降低，夹杂物的数量减少， 位论文].北京：北京科技大学，1999 类型改善.但是，这绝不意味着大颗粒夹杂物的 7周德光，傅杰，王平，等.轴承钢连铸坯碳偏析的形成 机理及影响因素.北京科技大学学报，1999,21(2)：131 完全消失.因为钢在凝固过程中，夹杂物存在着 8F奥特斯著，钢治金学.倪瑞明等译.北京：治金工业 聚集、长大的条件.而电渣钢有它独特的优越 出版社，1997 性.虽然有一定残氧量存在(1.5×105-3×10)，就 9徐增启.炉外精炼.北京：治金工业出版社，1994 其含量而言，比连铸钢高得多，但是它的夹杂物 10曲英.炼钢学原理.北京：治金工业出版社.1980 都是在金属熔池冷却结晶过程中新生成的，聚 山傅杰.电渣重熔过程中氧化物夹杂去除机理探讨.金 属学报，1979,15(4)：526 集、长大的可能性减小，其尺寸细小，分布均匀 不仅电渣钢中夹杂物尺寸比连铸钢小得多，而V 6 1 . 2 2 N o . l 周 德光 等 : 电渣重 熔 与连铸 轴承 钢 中的夹 杂物 可 将 电渣 钢 氧含 量降 到 l . s xl o 一 5左 右 `4] . 从 大样 电解夹 杂 的结果 可 以 看 出 (见表 1一 3 与 图 l) , 无 论是 从夹杂物形貌 、 尺 寸及 数量来看 , 电渣 重熔 前后 的夹 杂物都 是 不 一 样 的 . 连铸 坯 的氧含量 较 低 ( 1 . OxZ 1O 一 5 ) , 但其 钢 中大颗 粒夹杂物 多 (共 19 个 ) , 尺寸大于 50 林m 的 夹 杂物有 7 个 , 最大 的 夹 杂物 为 10 0 林m ; 电 渣 钢 的 氧 含 量 高 (3 . 2 x5 1-0 5 ) , 但大颗粒 夹杂物 少 (共 13 个 ) , 大 于 50 脚 的只 有 3 个 , 最 大的 为 60 娜 左右 . 虽 然 从大颗 粒 夹杂物 的成 分来看 , 连铸 坯与 电渣钢 没 有本 质 上 的 区 别 (见 表 3) , 重 熔前后 钢 中 的大颗粒 夹 杂物都是 复合夹杂物 , 但是从夹杂物数量来看 , 无 论原始夹 杂 物数 量有 多少 , 电渣重熔 后 钢 中 夹杂物都稳定 在 .0 0 03 % 一0 . 0 06 % , 并且 电渣重熔 过 程 中大颗粒 夹杂是 最 先 被去 除 『, ’ 〕 , 由此 也 可 以证 明 , 电渣重熔过 程 中 , 自耗 电极中 的原 始夹 杂物可 基本去 除 , 重熔钢 中的夹杂主 要 是 金属 熔池冷 却 结 晶过 程 中新 生成 的 . 月 其 组 织致密 , 因 此它 的疲 劳寿 命高 . 不 同 的冶炼方法 , 氧含量 即使相 同 , 其疲劳 寿命也 完 全不 一 样 . 同 一冶 炼方法 和 大量 试验 条件下 , 有可 能确 定氧含量 和 疲劳性 能之 间的 关系 . 对 电渣 钢而 言 , 影 响 其疲 劳寿命 的主 要 因 素 是 钢 中夹杂物 的性 质 、 形 态 、 尺寸 和 分布 , 氧 含量 的影 响 较小 . 例 如 , 采用酸 性渣重熔 , 可 以 降低钢 中脆 性夹杂物 的 含量 , 增 大塑 性 夹杂物 的比例 , 虽 然它不 大可 能降低钢 中氧含量 , 甚至 氧 含量还会 升高 , 但是 其重熔钢 中的夹杂物 具 有 塑性 , 并且细 小分散 , 和 金属 在 加工 过程 中一 起变形 , 不会严重地 导致局 部应力集 中 , 使其疲 劳裂 纹萌生 期大大延长 , 所 以疲劳寿命 高 . 4 钢 的纯 净度 与疲 劳寿 命 瑞典 S K F 公 司 和 日本 山阳 特殊钢 公 司对轴 承钢 氧含 量与疲 劳寿命 的关 系 , 做 过大量 的试 验研 究工 作 , 得出 了明确 的结 论 , 即 随着氧含量 的 降低 , 轴承材质 的疲劳寿命相应提 高 `, ,2] . 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 , 在 量上它 不 能 代表硫 化物和氮化 物 的高 低 , 更不用 说 夹 杂物 的性质 、 形态 、 尺 寸 和 分布 了 . 通常 , 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 , 这些 夹杂物有 硫 化 物休 类 ) 、 氧 化物 (B 、 e 、 D 类 )和 氮化物 . 从 这个意义上 说 , 夹 杂 的 尺 寸和 分 布 对疲 劳 寿命 影 响最大 . 本次试验也 证 实 了这一 结论 : 对 连铸 钢 而言 , 钢 中氧含量 降低 , 夹 杂物 的数 量 减少 , 类型 改善 . 但是 , 这绝不 意味着大颗粒夹杂物的 完全 消 失 . 因 为钢 在 凝 固过程 中 , 夹杂物存在着 聚 集 、 长 大的 条件 , 而 电渣钢 有 它 独特 的优越 性 . 虽 然有 一 定残氧量存在(1 . 5 x 10 一 5一3 又 1 0 一 今 , 就 其含量而言 , 比连铸钢 高得 多 , 但是 它的 夹杂物 都是 在金 属 熔池 冷却 结 晶 过 程 中新 生 成的 , 聚 集 、 长大 的 可能性减小 , 其尺 寸细 小 , 分布均匀 . 不仅 电渣 钢 中夹 杂物尺 寸比 连铸钢 小 得多 , 而 5 结论 ( l) 电渣重熔 过程 中 , 自耗 电极 中原始夹杂 可基本 去 除或 溶 解 , 重熔 钢 中的夹 杂 主 要是 金 属 熔池 冷却 结晶 过程 中新 生成 的 . (2) 虽 然 电渣 重熔钢 的氧 含量 比连铸钢 高 , 但是 其夹杂物主 要是 在金属 熔池冷却 结 晶过程 中新 生 成的 , 聚 集长 大 的可 能 性减小 , 因此 , 其 大颗粒 夹杂物数 量 少 , 尺寸较 小 , 分 布均匀 , 其 材质 的疲 劳寿命 高 . 参 考 文 献 1 A k e s s o n J , L u n d .T SK F R o lli n g B e ar i n g s t e e l s一 r o Pe rt i e s a l l d P r o e e s s e s . B a l l B e ar i ng j o u m a l , 19 8 3 , 2 1 7 ( 10 ) : 3 2 2 oT s h ik a z u U e s u g i . eR e e n t D e v e I o Pm e nt o f B e ar i n g S t e e l i n Jap an . 1丫a l l s a c ti o n s o f ht e I r o n a n d s t e e l ln s t itu t e o f j a - P a n , 19 8 8 , 2 8 ( 1 1 ) : 8 9 3 3 傅 杰 , 朱觉 . 电渣 重 熔过 程 中氧化 物夹 杂的变 化 . 金 属学 报 , 1 9 6 4 , 7 ( 3 ) : 2 5 0 4 王 昌生 , 刘胜 国 , 徐 明德 , 等 . 降低 电渣 重熔 G Cr 1 5 钢 的氧 含量 . 特殊 钢 , 1 9 9 7 , 18 ( 3 ) : 3 1 5 周德 光 , 王 平 , 傅杰 , 等 . 轴 承钢 电渣重熔 过程 中氧 的 控制 及作 用研 究 . 钢 铁 , 1 9 9 8 , 3 3 ( 3 ) : 1 3 6 吴巍 . 连 铸 中间包钢液 流动 控制及 冶金 效果研 究 : 〔学 位 论 文〕 . 北 京 : 北 京科 技大 学 , 1 9 9 9 7 周德 光 , 傅 杰 , 王平 , 等 . 轴 承钢连 铸坯 碳偏析 的形 成 机 理及影 响因 素 . 北京科技大学 学报 , 1 9 9 9 , 21 (2) : 1 31 S F 奥特 斯 著 . 钢 冶金 学 . 倪 瑞 明等 译 . 北京 : 冶 金工业 出版社 , 19 9 7 9 徐增 启 . 炉外 精炼 . 北京 : 冶金 工业 出版 社 , 19 94 10 曲英 . 炼钢 学 原理 . 北京 : 冶金 工业 出版社 , 19 80 1 傅 杰 . 电渣重 熔过程 中氧 化物夹 杂 去除机理探 讨 . 金 属 学报 , 19 7 9 , 1 5 ( 4 ) : 5 2 6