（钢铁冶金专业论文）连铸轴承钢氧含量和夹杂物控制研究.pdf

东北大学博士学位论文 摘要 连铸轴承钢氧含量和夹杂物控制研究 摘要 含c1 0 、c r1 5 的高碳铬轴承钢是轴承钢的代表品种，是代表着优质洁净钢 生产技术水平的重要特殊钢品种。因为氧化物夹杂是影响轴承钢疲劳寿命的重要原 因，所以钢中的氧含量是衡量轴承钢质量的一个重要指标。因此，如何降低轴承铜 中的氧含量，控制钢中的有害夹杂是生产优质轴承钢的关键问题之。 本论文首先应用冶金学基本原理，分析了几种典型的精炼渣的脱氧和脱硫能力 以及对点状夹杂物的控制效果，为选择合适的轴承钢精炼渣提供理论依据。同时计 算了轴承铡中几种主要夹杂物的生成热力学条件。计算结果表明：c a o a 1 ：0 3 系高 碱度精炼渣由于稳定了渣中的s i 0 2 组元，可以保持钢中较低的溶解氧含量；通过降 低钢水中的氮含量来控制t i n 的生成是很困难的，为了减少钢中t i n 夹杂物的数量， 就必须控制钢水中的钛含量。在计算条件下，轴承钢的酸溶铝含量在o 叭0 0 4 的 范围内时，只要有微量的镁存在，钢中就有可能生成m g o a 1 2 0 3 ，因此可以尝试用 镁来对轴承钢进行夹杂物变性处理，以消除铝酸钙夹杂对轴承钢质量的影响。 在热力学计算的基础上，在实验室条件下进行了不同精炼渣对轴承钢氧含量和 夹杂物性质的影响实验，同时考察了用镁铝合金处理轴承钢后，钢中夹杂物的变性 效果。实验中发现，c a o a l z 0 3 系高碱度精炼渣对降低轴承钢全氧含量有很好的效 果，生成的夹杂物以a 1 2 0 3 一m g o c a o 为主。用镁铝合金处理轴承钢生成的夹杂物类 型单一，基本上都是镁铝尖晶石，而且夹杂物颗粒细小，说明用镁铝合金对轴承钢 夹杂物变性效果明显。最后在现场1 2 0 tv d 精炼炉上，应用镁铝合金包芯线进行了 工业试验，试验结果表明，采用镁铝包芯线处理后，轴承钢中夹杂物以m g o a 1 2 0 3 为主，有的包裹了其它的复合相和硫化物，夹杂物尺寸细小，夹杂物细化和变性效 果很好。 论文中以现场应用的2 0 0 m m 2 0 0 m m 四流方坯连铸中间包为研究目标，通过优 化中间包内部结构的水模型实验研究，提出了中包结构改造方案。 以理论分析和实验室研究为基础，结合现场的生产实践，以降低钢中氧含量和 改进和优化钢厂原有的电炉、精炼和连铸工艺，将整套控制技术系统集成，实际生 产中应用有效地控制了连铸轴承钢中的氧含量和夹杂物，提高轴承钢的质量水平。 关键词：轴承钢；夹杂物；氧含量；精炼渣；镁铝合金 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t c o n t r o lo fo x y g e nc o n t e n ta n dn o n m e t a l l i ci n c l u s i o n s i nc o n t i n u o u sc a s t i n gb e a r i n gs t e e l s a bs t r a c t h i g hc a r b o nb e a r i n gs t e e lw i t h1 o c ，1 5 c ri sa ni m p o r t a n ts p e c i a ls t e e lg r a d e ， w h i c hr e p r e s e n t st e c h n o l o g yl e v e lo fh i g hq u a l i t yc l e a ns t e e l s o x y g e nc o n t e n ti nb e a r i n g s t e e li sam a j o ri n d e xt oj u d g ei t sq u a l i t yb e c a u s eo x i d ei n c l u s i o n sg r e a t l ya f f e c tt h e f a t i g u el i f e o fb e a r i n gs t e e l t h e r e f o r eo n eo ft h eb o t t l e n e c kp r o b l e m st o p r o d u c e h i g h q u a l i t yb e a r i n gs t e e li sh o wt or e d u c eo x y g e nc o n t e n ta n dg e tr i do ft h eh a r m f u l i n c l l l i s j o n s i nt h i ss u b j e c t ，t h ec a p a c i t i e so fv a r i o u st y p i c a lr e f i n i n gs l a g st h a ta r eu s e dt od e o x i d a t e ， d e s u l p h u r i z ea n dc o n t r o ls p o ti n c l u s i o n sa r ea n a l y z e d ，w h i c hi st h et h e o r e t i c a lb a s i st o c h o o s ep r o p e rr e f i n i n gs l a g m e a n w h i l et h et h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o n sa b o u tt h e f o r m a t i o no fs o m em a i nt y p ei n c l u s i o n sw e r ec a r r i e do u t t h er e s u l t so fc a l c u l a t i o na n d c o m p a r i s o ns h o w e dt h a ts l a gs y s t e mo fc a o a 1 2 0 3w i t hh i g hb a s i c i t yc o u l dr e d u c es i 0 2 c o n t e n ti ns l a g ，a n dt h e ni tw o u l dk e e pd i s s o l v e do x y g e nc o n t e n tl o w e ri nm o l t e ns t e e l a n di tw a sv e r yd i f f i c u l tt oc o n t r o lt h ef o r m a t i o no ft i ni n c l u s i o n sb yr e d u c i n gn i t r o g e n c o n t e n ti nb e a r i n gs t e e l s ot h et i t a n i u mc o n t e n th a st ob er e d u c e di no r d e rt or e d u c et i n i n c l u s i o n sj nm o l t e ns t e e l o nt h ec o n d i t i o n so fc a l c u l a t i o no ft h i ss u b i e c t ，i fd i s s o l v e d a l m n i n u mc o n t e n ti ns t e e lw a si nt h er a n g eo f0 01 - o 0 4 m i c r o c o n t e n to f m a g n e s i u m i nb e a r i n gs t e e lc o u l dl e a dt ot h ef o r m a t i o no fm g o a 1 2 0 3s p i n e l t h e r e f o r e ， i tw a sp o s s i b l et om a k ea t t e m p t st om o d i f yi n c l u s i o n sb yt r e a t i n gw i t hm a g n e s i u m ， a i m i n ga te l m i n a t i n gt h en e g a t i v ei n f l u e n c eo fc a l c i u ma l u m i n a t eo nb e a r i n gs t e e l b a s e do nt h et h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o n ，t h ee x p e r i m e n t sw i t hd i f f e r e n tr e f i n i n gs l a g s h a v eb e e nc a r r i e do u tt oc o m p a r ei t se f f e c to no x y g e nc o n t e n ta n dc h a r a c t e ro fi n c l u s i o n s i nb e a r i n gs t e e l ，a n dt oi n v e s t i g a t et h em o d i f i c a t i o nr e s u l t st oi n c l u s i o n sb yt r e a t i n gw i t h m a g n e s i u ma l u m i n u ma l l o y t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a ts l a gs y s t e mo f c a o - a 1 2 0 3w i t hh i g hb a s i c i t yh a sag o o de f f e c to nr e d u c i n go x y g e nc o n t e n ti nb e a r i n g s t e e l ，a n dt h ec o m p o s i t i o no fi n c l u s i o n si nm o l t e ns t e e lw a sm o s t l ya 1 2 0 s m g o - c a o a f t e rt r e a t i n gw i t hi t a n o t h e rc o n c l u s i o nw a st h a tt h et y p eo fi n c l u s i o n si ns t e e lw a s s i n g l ea f t e rt r e a t i n gw i t hm a g n e s i u ma l u m i n u ma l l o y ；a n dt h ei n c l u s i o n sw e r em o s t l y i i 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t m a g n e s i u ma l u m i n u ms p i n e lw i t hf i n es i z e ，w h i c hs h o w e dt h a tt h er e s u l to fm o d i f i c a t i o n w a sb e t t e r f i n a l l y , i n d u s t r i a lt r i a l sw e r e d o n ew i t hc o r e s p u ny a r no fm a g n e s i u m a l u m i n u ma l l o yi nt h e12 0 tv dr e f i n i n ge q u i p m e n t t h er e s u l t sw e r es h o w nt h a tt h e i n c l u s i o n st y p ei nb e a r i n gs t e e lw o u l db em o s t l ym g o a 1 2 0 3w h e nt r e a t e dw i t hc o r e - s p u n y a r no fm a g n e s i u ma l u m i n u ma l l o y s o m eo ft h em g o a 1 2 0 3w e r ep a c k a g e db ys u l f i d e i n c l u s i o n so ra n o t h e rc o m p o u n dp h a s e s ，a n dm o s to ft h ei n c l u s i o n sw e r ef i n es i z e ，w h i c h p r o v e db e t t e rm o d i f i c a t i o n 1 nt h i ss u b j e c t ，t a k i n gt h ef o u rs t r a n d sc o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n ew i t h2 0 0 2 0 0 r a m 2 b l o o mt u n d i s ha p p l i e da tas t e e lw o r k si n t oa c c o u n t ，t h ep r o j e c tf o rr e b u i l d i n gt h et u n d i s h s t r u c t u r ew a sp u tf o r w a r da f t e ro p t i m i z i n gt h ei n s i d es t r u c t u r eo ft u n d i s ht h r o u g hw a t e r m o d e 】r e s e a r c h b a s e do nt h et h e o r ya n a l y s i s ，e x p e r i m e n t si nl a ba n dp r a c t i c a lc o n d i t i o n s ，t h eo r i g i n a l e a f , r e f i n i n ga n dc o n t i n u o u sc a s t i n gp r o c e s sh a v eb e e ni m p r o v e d s y s t e mi n t e g r a t i o n w i t ha l lt h ep r o c e s sh a sc o m p l e t e l yf i n i s h e d o x y g e nc o n t e n ta n di n c l u s i o n si nb e a r i n g s t e e lc o u l db ee f f e c t i v e l yc o n t r o l l e d ，w h i c hc o u l dg r e a t l yi m p r o v et h eq u a l i t yo fb e a r i n g s t e e l s k e y w o r d s ：b e a r i n gs t e e l ，i n c l u s i o n ，o x y g e nc o n t e n t ，r e f i n i n gs l a g ，m a g n e s i u m a l u m i n u ma l l o y i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导卜- 完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：辫 口期：坳6 。互z 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部f j 或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字口期： 导师签名： 签字目期： 东北大学博士学位论文 第一章前言 1 1 课题的立题背景 第一章前言 国内某钢厂自九十年代末期开始陆续从国外引进先进的设各，打造了一条现代 化的生产线。但是自9 8 年1 0 月份投产以来一直不能达产达效，而且产品质量存在 严重问题。2 0 0 1 年这条生产线生产的轴承钢，由于产品质量不合格，用户退货高达 近4 0 0 0 吨，仅此一项给钢厂造成的直接经济损失达2 0 0 0 多万元。 钢厂生产线设备情况见表1 ，1 。 表1 1 钢厂的短流程主要设备 t a b l e1 1t h em a i ne q u i p m e n t si ns t e e l m a k i n gw o r k s 从表1 1 可以看出，钢厂从设备上完全具备了生产高品质轴承钢的能力。此生 产线的主要生产品种为轴承钢、齿轮钢、合金结构钢等。生产中的问题突出表现在 以下三个方面： ( 1 ) 全氧含量高，而且不稳定 在连铸机投产以来，连铸轴承钢的全氧含量较高，g c r l 5 牌号的轴承钢氧含量 波动在1 0 , - - 2 0 1 0 。4 之间，明显高于国内先进水平，与世界先进水平更是相距甚远。 ( 2 ) 夹杂物评级不合，氧化物超标严重 经统计分析发现。2 0 0 2 年1 - 6 月份，生产检验的高碳铬轴承钢夹杂物不合格几 乎均为氧化物严重超标，个别炉号夹杂物级别甚至高达4 0 级，因此造成的用户异 议给公司造成巨大损失。 f 3 ) 精炼时间长，与连铸配合不好，导致连浇炉数少 从投产以来，冶炼轴承钢过程中初炼炉一精炼炉一连铸之阃节奏不匹配，连浇 东北大学博士学位论文 第一章前言 一 一 一 一- 炉数较低，只能实现4 6 炉连浇，而且浇注工艺不稳定。在整个冶炼工艺中，l f 精 炼炉成为整个冶炼过程的“瓶颈”。 从以上的分析可以看到，虽然这条生产线是采用国际先进的四位一体短流程， 其装备在国内属一流，在国际上也处于比较先进的水平，即硬件条件很好，但软件 条件即生产工艺技术还需要自主开发，产品质量档次低，不仅与国外差距较大，在 国内也没有领先优势。 本课题旨在通过理论分析和实验室研究，结合现场生产实践。确定合理的连铸 轴承钢冶炼、精炼和连铸工艺，实现对轴承钢中夹杂物和氧含量的控制。 1 2 本课题的意义和主要研究内容 国际上索有轴承是“工业的心脏”，轴承工业是“国民经济的装备部”之称。轴 承渗透到国民经济各个部门，每个国家轴承的需求量与国民生产总值总保持一定的 关系。而且在合金钢领域内，轴承钢是检验项目最多、质量要求最严、生产难度最 大的钢种之一。 钢中的氧含量是衡量轴承钢质量的一个重要指标，因为与氧含量关系密切的氧 化物夹杂是降低轴承钢疲劳寿命的最重要原因之。我们从上面的分析可以看到困 扰钢厂连铸轴承钢质量的主要问题也是轴承钢的纯净度不过关。 含c1 o 、c r1 5 的高碳铬轴承钢是轴承钢的代表品种。自本世纪初问世以来， 已有近】0 0 年的历史，从它诞生至今，化学元素的古最几乎没有变化，但其疲劳寿 命却有成倍甚至成几十倍的提高，原因主要就在于近些年冶金工艺的现代化、炉外 精炼技术的普遍采用，使得轴承材料的纯净度不断提高。 因此，本课题以高碳铬轴承钢g c r l 5 为研究钢种，通过理论分析和实验室研究， 结合现场生产实践，改进和优化钢厂原有的电炉、精炼和连铸工艺，制订出套合 理的轴承钢冶炼工艺，目标是控制钢中的氧含量和夹杂物，能够生产满足用户需要 的优质轴承钢产品。具有十分重要的现实意义，也可以获得很好的经济效益和社会 效益。 课题的主要研究内容包括： ( 1 ) 应用分子离子共存理论建立c a o m g o s i 0 2 - a 1 2 0 3 四元渣系组元作用浓度计 算模型，计算轴承钢精炼渣中各组元的活度。为轴承钢中金属和熔渣反应热力学计 算提供必要的热力学数据。应用基本的冶金热力学原理，分析不同精炼渣系的脱氧、 脱硫和夹杂物控制效果，同时计算轴承钢中几种主要的夹杂物生成热力学，为轴承 钢冶炼工艺的制订和夹杂物控制提供理论依据。 ( 2 1 在实验室条件下，考察不同精炼渣系对轴承钢氧含量和夹杂物的影响，初 步确定适合于现场生产使用的轴承钢精炼渣渣系。 一2 一 东北大学博士学位论文 第一章前言 ( 3 ) 在实验室条件下，探讨利用镁铝合金对轴承钢钢水进行处理，实现对轴承 钢中夹杂物变性的可能性。并通过工业试验进步验证实验结果，为轴承钢夹杂物 变性处理进行一些有益的尝试。 ( 4 ) 以现场应用的连铸中间包为研究目标，设计并制作中包水模装置，制定切 实可行的实验方案，对原中间包结构和控流装置进行深入的水模实验研究，明确原 型中间包存在的优缺点，同时进行优化内部结构的水模实验研究，提出中间包结构 改造方案。 f 5 1 以理论分析和实验室研究为基础，结合现场生产实践。改进和优化钢厂原 有的电炉、精炼和连铸工艺，制订出套合理的轴承钢冶炼工艺，降低钢中的氧含 量。 3 东北大学博士学位论文 第二章文献综述 2 1 绪论 第二章文献综述 含c1 o 、c r1 ，5 的高碳铬轴承钢自本世纪初问世，至今已有近1 0 0 年的历史。 在本世纪里，科学技术迅猛发展，对轴承提出了非常苛刻的要求。例如，在提高转 动速度、提高工作温度的同时，还要求更高的可靠性和寿命；轴承尺寸的不断增大， 要求更高的淬透性：办公自动化机器的出现，要求对小型轴承噪声的抑制等等。在 此期间，轴承材料的研究得到了多方面的发展，如高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高 温轴承钢和特殊用途轴承材料等，其中高碳铬轴承钢产量约为轴承钢总产量的8 0 以上，在数量上仍占据着绝对优势。由于对轴承的要求越来越高，轴承材料必须具 有高纯净度、高可靠性和高疲劳寿命。以含c1 o 、c r1 5 为代表的高碳铬轴承钢， 从它诞生至今，化学元素的含量几乎没有变化，但其疲劳寿命却有成倍甚至成几十 倍的提高，原因就在于轴承材料的纯净度提高了。轴承钢纯净度的提高，主要依赖 于近些年冶金工艺的现代化、炉外精炼技术的普遍采用。 建国5 0 多年来，我国轴承钢生产也和整个钢铁工业一样得到了飞速发展，成为 世界轴承钢生产大国之一。改革开放的2 0 几年间，冶金工艺的现代化水平有了大幅 度提高，电弧炉单炉容量已从8 0 年代初期1 0 2 0 t 扩大到5 0 1 5 0 t ，偏心底留钢留渣 操作和l f ，v d 精炼工艺与连铸配合，轴承钢氧含量已由传统电弧炉大气下熔炼的 f 3 0 4 0 ) 1 0 4 降到1 0 1 0 。4 以下，加之各特殊钢厂连轧机组的投产、辊底式连续 退火炉的使用，轴承钢的纯净度、轧材的尺寸精度、球化退火组织都已逐渐达到或 接近国际先进实物水平。 2 2 轴承钢概述 2 2 1 轴承钢的分类 轴承用钢包括高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及特殊工 况条件下应用的特种轴承钢等。其中尤以高碳铬轴承钢生产量为最多。在合金钢领 域内，轴承钢是检验项目最多、质量要求最严、生产难度最大的钢种之一。 2 2 2 轴承的工作条件 轴承是由内、外套圈、滚动体( 滚珠、滚柱或滚针) 和保持器四部分组成，除 保持器外，其余都是由轴承钢制成。当轴承工作时，轴承内外套圈、滚动体间承受 高频率、变应力作用。由于滚动体与套圈间接触面积小( 呈点线接触) ，有人计算 4 东北大学博士学位论文第= 章文献综述 过 1 。“，接触应力高达5 0 0 0 m n m 2 ，循环应力次数高达数万次；在轴承旋转时，还 承受离心力的作用，并随转速的增加而增大；滚动体与套圈间不仅存在滚动，而且 还有滑动，所虬在滚动体与套圈之间还存在摩擦。在几种力的综合作用下，在套圈 或滚动体的表面卜抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹，最后形成疲劳剥落，使 轴承破损失效。轴承钢正常破损的形式是接触疲劳损坏，其次是摩擦磨损使精度丧 失。 当轴承出现剥落凹坑时，引起噪音增大，震动增强和温度升高，最后导致轴承 不能j 下常运转而失效。研究表明，轴承的接触疲劳破坏包括疲劳裂纹的产牛和裂纹 的扩展两个过程。根据赫兹的最大切应力计算结果，正应力在接触表面最大，它是 影响疲劳裂纹形成的主要因素；而在没有滑动的情况下，切应力在深度为0 7 8 6 b ( b 为接触带宽度) 处达到最大。由切应力引起金属的塑性变形，当塑性变形剧烈时， 可导致组织的变化，即由回火马氏体转变为| 旦j 火屈氏体，从而使钢的强度降低；同 时还由于比容的减小，在组织变化区之间的过度区引起附加应力，最初的疲劳裂纹 很可能发生在该处。如果在表层恰好存在非金属夹杂物或粗大碳化物等缺陷，可促 使疲劳裂纹的产生。在反复应力的作用下，裂纹沿一定角度扩展，到一定深度后裂 纹转向平行表面扩展，形成疲劳剥落。因此，切应力及由此产生的塑性变形是引起 疲劳裂纹的外部条件，而材料内部组织的变化和组织缺陷则是导致疲劳裂纹产生的 内因。 2 3 轴承钢的冶金质量 衡量轴承钢的冶金质量，一般从三个方面着眼， 是纯净度，即钢中夹杂物的 含量；二是碳化物不均匀性；三是钢材的尺寸精度、表向裂纹和脱碳。用轴承行业 当前的话来说，最重要、最基本的，也是第一位的是能否用来加工成轴承。 2 3 1 轴承钢的纯净度 滚动轴承的疲劳寿命与钢中夹杂物的含量，夹杂物的化学成分( 即夹杂物的性 质和形态) 以及残留合金元素等冶金因素有关。显微夹杂包括氧化物、硫化物和含 钛的碳氮化物，其含量是氧、硫和钛的函数。毋庸置疑，a 1 2 0 3 夹杂、点状不变形夹 杂及含钛的碳氮化物夹杂对轴承的疲劳失效影响最为严重，因此，世界各国的冶金 工作者长期以来，从纯净度出发，主要从事两方面的工作，一+ 是减少钢中夹杂物的 含量，二是控制夹杂物的化学成分，即改善夹杂物的性质和形态。减少夹杂物的数 量，主要是降低钢中的氧含量，其手段是炉外精炼：改善夹杂物的性质和形态则主 要依赖于精炼渣的化学成分。 2 31l 夹杂物对轴承钢质量的影响 2 31 1 夹杂物对轴承钢质量的影响 一5 - 东北大学博士学位论文第二章文献综述 钢中非金属夹杂物，有相当一部分是由氧引起的，因此常将钢中的氧含量作为 衡量钢质量的重要指标。越来越多的轴承钢生产厂和轴承制造厂的标准中已经列入 氧含量的允许值。图2 1 显示了氧含量与相对寿命之间的关系口】。 j 3 3 5 2 5 雏 罂o ： 05l o1 5 2 0 2 5 3 03 5 钢中氧含量，o 0 0 0 1 图2 1 相对寿命与氧含量的关系 f i g 2 1r e l a t i o nb e t w e e nr e l a t i v el i f ea n do x y g e nc o n t e n ti ns t e e l 从图2 1 中可以看出，随着氧含量的增加，疲劳寿命急剧降低。但不同的冶炼 方法，氧含量相同，疲劳寿命也不一样。图2 2 表示各种不同冶炼方法生产的钢材 弯曲疲劳极限与氧含量的关系4 1 。 叟 嗟 肇 ：c f r 碟 氧含量，1 0 4 图2 2 不同炼钢工艺的g c r l 5 钢中总氧含量与弯曲疲劳极限关系 f i g 2 2r e l a t i o nb e t w e e nb e n d i n gl i m i ta n do x y g e n c o n t e n ti ng c r l 5 i nv a r i o u ss t e e l m a k i n gp r o c e s s 可以看出，氧含量大约2 0 x1 0 4 的钢材( l d + r h ) 疲劳极限相当好，而采用 硅钙处理的钢材尽管氧含量很低，但由于形成了危害严重的钙系夹杂，疲劳极限并 6 东北大学博士学位论文第二章文献综述 不高。 因此，只能将氧含量看作是特定工艺范围内疲劳极限的一个相关参数。同一冶 炼方法和大量试验条件下，有可能确定氧含量与疲劳性能之间的相互关系。 钢中的非金属夹杂物，破坏了金属的连续性。在交变应力的作用下，易于引起 应力集中，成为疲劳裂纹源，降低钢的疲劳寿命。但是不同的夹杂物类型、不同的 夹杂物形态、数量、尺寸和分布，对疲劳寿命的影响是很不相同的。 2 3 1 2 夹杂物类型对轴承钢疲劳寿命的影响 我国的轴承钢标准，按热变形能力，将夹杂物分为：( 1 ) 脆性夹杂物，即不具 有塑性的氧化物和氮化物；( 2 ) 塑性夹杂物；( 3 ) 点状( 或球状) 不变形夹杂物。 不同类型的夹杂物在轧制时表现为不同的形状。脆性夹杂物一般沿轧制方向排列成 串或点链状分布；塑性夹杂呈连续性分布；点状夹杂在热加工时不变形。 而不同类型的夹杂物，具有不同的热应力变形能力。硬脆夹杂物不具有塑性， 在热变形时，这些夹杂物将钢的基体“划伤”。显微观察表明，在点状不变形夹杂的 周围，常常发现有喇叭形的空洞或裂纹。这种空洞引起“划伤”往往就是疲劳破坏 的“胚芽”，因此点状夹杂危害极大。而塑性夹杂在热变形时，能够与基体协调一致 地变形，因此对疲劳寿命的影响远远小于硬脆性夹杂i 习。 日9 0 0 莹 毒 毯8 0 0 盆 墨 羹7 0 0 垛 ；i 平均8u m 平均2 5p i l l 1 5 r a i n ； 钢中铝含量控制在o 0 1 6 0 0 2 4 。这样，可使得氧含量为6 3 1 0 4 ，硫含量达到 o 0 0 2 的水平。 爱知钢厂的轴承钢生产工艺为： 8 0 t e f v s c l f r h c c 在l f 中，炉渣碱度( c a o + m g o ) s i 0 2 2 8 5 ，搅拌功率1 0 0 2 0 0 w t ，要求 ( t f e + m n o ) 4 时，顶渣碱度对钢的洁净度将不再有影响， 凼为此时渣中s i 0 2 稳定，不会成为供氧的来源。c a o a 1 2 0 3 控制在1 7 - 1 8 之间。这 时渣中的a 1 2 0 3 含量大概在2 5 左右，a 1 2 0 3 的主要作用从动力学角度考虑是降低渣 系的熔点，改善其吸收夹杂物的能力。下面从热力学角度我们也可以给出一个合理 的解释。 所谓s i 0 2 是精炼渣中的一个供氧源，可咀认为是存在如式( 3 4 6 ) 的反应。 4 a i + 3 ( s i 0 2 ) = 2 ( a 1 2 0 3 ) + 3 s i 】ag 。2 6 6 8 5 9 0 + 11 3 4 6 9 t ，j t o o l ( 3 4 6 ) a i ( i ) = a 1 ag o = 一6 3 1 8 0 2 7 9 1 t ，j m o l ( 3 4 7 ) s i ( 1 ) = s i l ag o = 一1 3 1 5 0 0 - 1 7 2 4 t ，j m o l ( 3 4 8 ) 2 a i ( 1 ) + 3 2 0 2 ( g ) = a 1 2 0 3 ( 0 a g o = 一1 6 8 2 9 2 7 1 7 2 4 t ，j t o o l ( 3 4 9 ) s i ( 1 ) + 0 2 ( g ) = s i 0 2 ( s ) a g o 一9 4 6 3 4 8 + 1 9 7 6 4 3 t ，j m o l ( 3 5 0 ) 反应( 3 4 6 ) 的反应标准吉布斯自由能可以通过式( 3 4 7 ) 式( 3 5 0 ) 联立得 到的。对 二反应( 3 4 6 ) ： g ；a g 。+ 月r l n 竺竿z 蜱( 3 5 1 ) a i s , 0 2 ) q 4 q 应用式( 3 5 1 ) ，在18 2 3 k 条件下，分别将大冶，上五，山阳以及实验的炉渣组 元作用浓度带入可得： 1 1 大冶的结果 g = 。s s s s 。+ s 4 。，s z s + s s ，4 - s