【摘要】本课题主要是以韶钢炼钢厂设备及生产条件为基础进行研究的。研究开发转炉轴承钢产品质量提升技术，不仅会对韶钢带来良好的经济效益，而且将为韶钢尽快转变为现代的转炉特殊钢厂，打下坚实的技术基础。
【关键词】轴承钢；氧含量；夹杂物
引言
轴承作为机械产品和工程结构中的关键标准件，直接决定着装备的精度、性能、使用寿命和可靠性，对国民经济的发展有着极其重要的作用[1]。随着科学技术的发展，轴承服役环境日趋广阔，对轴承工作寿命提出了更高、更严的使用要求[2, 3]。
轴承用钢主要包括高碳铬轴承钢、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[4, 5]。其中，主要以高碳铬轴承钢生产量为最多，约占总产量的93%。目前，GCr15是高碳铬轴承钢的代表性钢种，是世界各国广范应用的钢种之一，也是高碳铬轴承钢中产量最大的钢种牌号。
一、轴承钢性能要求
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。由于轴承工作过程中，轴承内外套圈、滚动体间承受高频率、变应力作用。其中，滚动体与套圈间接触面积小，可认为为点/线接触，当地接触应力极大[1]，可达5000 MN/m2。这表明，轴承必须满足高速、重载、精密、长寿的服役质量要求。有鉴于此，轴承钢性能应同时具备高强韧性、表面高硬度耐腐蚀，淬透性好、尺寸精度高、尺寸稳定性好等技术指标。
二、国内轴承钢生产情况
目前，国内各大特殊钢厂基本形成了冶炼→炉外精炼→连铸的生产工艺流程。以我国轴承钢生产水平先进的代表性生产厂家—江阴兴澄钢厂和上钢五厂为例，对国内轴承钢生产情况进行介绍。
对于兴澄特钢钢厂，其生产工艺流程为：精炼钢包座位→Al块沉淀脱氧和扩散脱氧相结合技术，以形成白渣精炼过程→VD/RH炉真空处理（67 Pa，处理时间≥20分钟）→软吹氩→连铸保护浇注。基于上述工艺流程，兴澄特钢轴承钢产品当前氧含量能够稳定达到4.8 ppm左右。
对于上钢五厂，其生产工艺流程为：精炼钢桶座位→取样测温→真空精炼15分钟→破真空→取样测温→控制终脱氧时间和吹氩强度→成分微调→浇注。基于上述工艺流程，上钢五厂轴承钢产品当前氧含量能够稳定在6-8 ppm范围内。
三、主要研究内容
本课题主要是以韶钢炼钢厂设备及生产条件为基础进行研究的。研究开发转炉轴承钢产品质量提升技术，不仅会对韶钢带来良好的经济效益，而且将为韶钢尽快转变为现代的转炉特殊钢厂，打下坚实的技术基础。
为了得到较高寿命的轴承钢，应保证轴承钢中全氧含量低，钢中夹杂物少，洁净度高。因此，本课题实施的主要内容如下：
（1）超低氧含量轴承钢渣系控制技术
利用热力学计算结果对转炉轴承钢脱氧工艺进行研究。轴承钢中氧含量具体控制具体内容包括：
①脱氧合金的选用、精炼渣系的选择，采用铝脱氧工艺，选用高碱度高铝低硅渣系，目的是尽量降低轴承钢中的氧含量，尽可能的减少钢中夹杂物数量和尺寸；
②研究每个环节钢水氧含量的变化规律，将整个冶炼过程分为转炉出钢结束，LF初样，LF出站样、RH复压、RH出站5个阶段，取样分析每个阶段氧含量变化规律有针对性对渣系进行调整。
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（2）轴承钢夹杂物控制与渣系控制的相关性研究
①研究不同渣系情况下夹杂物的控制情况，分析炉渣二元碱度由4-10之间控制情况下轴承钢夹杂物控制情况。
②研究每个环节钢水夹杂物的变化规律，将整个冶炼过程分为转炉出钢结束，LF初样，LF出站样、RH复压、RH出站5个阶段，取样分析每个阶段夹杂物变化规律有针对性对渣系进行调整。
（3）韶钢轴承钢精炼渣系的最优选择
①结合精炼渣系对夹杂物、氧含量的分析选择最优渣系，并跟踪此渣系控制情况下实际结果。
②研究最优渣系的稳定性控制，确保每炉钢精炼渣系可以稳定控制在合理范围。
四、轴承钢氧含量控制影响分析
（一）、成品Al含量对轴承钢氧含量控制有较大影响，随着成品Al含量增加，轴承钢氧含量有下降的趋势，但当成品Al含量增加到一定程度后氧含量有增加的趋势，结合图中数据，成品Al含量控制在0.014%至0.020%为宜。主要原因为成品Al含量低钢中自由氧含量高，致使轴承钢中氧含量相对偏高，当成品Al含量过高时钢水容易二次氧化，容易产生夹杂物不容易去除从而导致氧含量增加，且Al控制过高对钢水可浇性影响很大。
（二）、随着终点碳含量增加，轴承钢氧含量有明显降低的趋势，因此，转炉终点控制是轴承钢氧含量控制的关键之一。
（三）、冶炼过程用铝量对轴承钢氧含量控制有明显影响，随着用铝量的增加，轴承钢氧含量控制有下降的趋势，用铝量越大，轴承钢氧含量总体控制效果越好。
（四）、软吹时间对轴承钢氧含量控制影响不明显。
（五）、炉渣碱度对轴承钢氧含量控制油明显影响，炉渣碱度过低、过高均会影响轴承钢氧含量控制，结合图中数据，炉渣碱度需控制在5.0至6.5之间为适。
五、轴承钢B、D类夹杂物控制影响分析
（一）成品Al含量对轴承钢B粗系夹杂物控制有一定影响，成品Al含量越高，轴承钢B粗系夹杂物评级结果增大的风险增加。成品Al含量对轴承钢B细系夹杂物影响不明显。
（二）终点碳含量对轴承钢B系夹杂物控制影响不明显。
（三）冶炼过程Al损失对轴承钢B系夹杂物控制有一定影响，冶炼过程Al损失偏小的炉次及Al损失过大的炉次轴承钢B系夹杂物评级较高，主要原因为，冶炼过程Al损失偏小的炉次说明底吹搅拌效果或炉渣流动性相对较差，不利于夹杂物上浮去除，冶炼过程Al损失过大是由于钢水质量差及底吹搅拌过强钢水易二次氧化。
（四）炉渣碱度对轴承钢B类夹杂物控制有明显影响，炉渣碱度增加B粗系夹杂物评级结果明显降低。B细系夹杂物评级结果明显降低，但碱度过高，B细系夹杂物评级结果有增高的趋势。
三、结论
1、随着终点碳含量增加，轴承钢氧含量有明显降低的趋势。故今后生产有条件需提高转炉终点碳。
2、结合成品Al含量对氧含量、夹杂物、可浇性方面综合分析，成品Al含量控制在0.014%至0.020%为宜。
3、炉渣碱度需控制在5.5至6.5之间为适。
参考文献：
[1]钟顺思, 王昌生. 轴承钢[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2000.
[2]钱刚, 阮小江, 蔡燮鳌. 连铸轴承钢大方坯中心偏析的成因及对策[J]. 钢铁, 2002, 37(5): 16-18.
[3]V. V. Fadin, M. I. Aleutdinova. Wear resistance of composites for sliding electrical contact from reprocessed bearing steel[J]. Journal of Friction and Wear, 2007, 28(4): 364-369.
[4]王硕明, 吕庆, 王洪利, 梁玫. 转炉流程轴承钢连铸坯非金属夹杂物的行为[J]. 东北大学学报, 2006, 27(2): 192-195.
[5]王杰君, 叶健熠. 轴承钢材质和接触疲劳寿命的研究[C]. 轴承钢第六届学术报告会. 1993: 92-96.
论文作者:张波 余衍丰 谭奇峰 盛丽珍
论文发表刊物:《科技中国》2016年6期
论文发表时间:2016/10/17
标签：轴承钢论文; 含量论文; 碱度论文; 转炉论文; 炉渣论文; 成品论文; 钢水论文; 《科技中国》2016年6期论文;