GCr15轴承钢文献综述
纯净度 T.O≤12×10-6 Ti≤0.0020% S、P≤0.010% 消除液析碳化物 控制带状碳化物 控制网状碳化物 控制碳化物尺寸≤1μm 轴承钢质量全氧和夹杂物是轴承钢冶炼中的主要难题之一。轴承钢的全氧含量一般稳定在10ppm以下，目前世界最高水平可稳定在5ppm以下。根据GB/T18254-2002要求，该钢种应采用真空脱气处理。高档的钢种必须走LF+RH组合工艺，RH定位首先是脱气，脱气前要求O、S低，必须经过LF。
2 轴承钢生产技术调研
2.1 冶炼工艺
2.1.1 轴承钢传统生产工艺
轴承钢最传统的生产是采用电炉工艺。目前，国际上电炉生产轴承钢，按是否采用连铸技术，可分为两类：其一是以瑞典SKF公司为代表的“UHEAF-LF-IC”工艺；其二是以日本山阳公司为代表的“UHEAF-LF-RH-CC”工艺流程。图2-1给出两种工艺流程的比较。
组织均匀性 - 4 -
图1-1 轴承钢质量控制示意图
（a）瑞典SKF公司轴承钢生产工艺流程
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（b）日本山阳公司轴承钢生产工艺流程
图2-1 两种工艺流程的比较
近几年，SKF流程的技术进步在于其取消了轴承钢真空精炼工艺，采用钢包内铝沉淀脱氧和SKF精炼炉内吹Ar加电磁搅拌工艺，生产出高质量轴承钢。山阳厂轴承钢生产工艺的最大特点是采用高碱度渣精炼，生产超纯净轴承钢，钢中硫含量控制[S]≤0.002%。表2-1为两种工艺生产轴承钢纯净度的对比。
表2-1 SKF和山阳公司轴承钢生产工艺质量对比
厂名 平均值 SKF 波动范围 平均值 山阳厂 波动范围 0.002~0.013 0.006~0.014 0.011~0.022 14~15 5.4~8.3 0.013~0.024 0.01 0.006~0.013 0.008 0.027~0.045 0.015 10~16 14.5 5~12 5.8 S 0.02 P 0.008 Al 0.036 Ti×106 13 T.O×106 8.1
2.1.2 轴承钢转炉生产工艺
采用转炉工艺生产轴承钢，出现于20世纪末期。采用转炉生产特殊钢具有明显的技术优势：
（1）原料条件好，铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢；
（2）采用铁水预处理工艺，进一步提高铁水的纯净度，适宜低成本生产高纯净度的优质特殊钢；
（3）转炉终点控制水平高，钢渣反应比电炉更趋近平衡； （4）转炉钢的气体含量低；
（5）连铸和炉外精炼装备和工艺水平与电炉基本相当。
采用转炉生产轴承钢，日本和德国采用完全不同的生产工艺。二者主要的技术差别在于对炼钢终点碳的控制。日本采用全量铁水“三脱”预处理工艺，转炉采用少渣冶炼高碳出钢技术，生产低磷低氧钢。德国采用转炉低拉碳工艺，保证转
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炉后期磷效果，依靠出钢时增碳生产轴承钢。 2.1.2.1 日本住友公司轴承钢冶炼工艺
日本住友公司在世界上首先开发利用杂质少的铁水经转炉吹炼生产轴承钢的生产工艺。生产工艺流程如图2-2所示。
高炉 铁水”三脱” 转炉 RH IC VAD 图2-2 日本住友公司轴承钢生产工艺流程
CC
主要工艺特点：
（1）铁水脱硫预处理[S]≤0.003%；
（2）转炉进行钢水”三脱”预处理，[P]≤0.010%； （3）转炉少渣冶炼，Cr矿熔融还原，吹氧脱Ti； （4）转炉高碳出钢，[C]≥0.6%； （5）挡渣出钢，加Al深脱氧； （6）RH轻处理脱气； （7）吹Ar弱搅拌上浮夹杂。
产品质量达到[T.O]≤9.0×10-6，[Ti]≤15×10-6。 2.1.2.2 德国·蒂森轴承钢生产工艺
德国·蒂森轴承钢生产工艺流程如图2-3所示。
高炉 140tTBM转炉 RH 喂线 IC CC 图2-3 德国蒂森轴承钢生产工艺流程
工艺特点：
（1）140t转炉低碳出钢，吹炼后期脱[P]，终点碳控制在：[C]=0.03~0.04%； （2）转炉无渣出钢至白云石衬钢包内； （3）出钢过程合金化，加少量Al脱[O]； （4）RH脱气处理。
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产品质量达到[T.O]≤（7~12）×10-6，[H]≤2×10-6。 2.1.3 轴承钢炉外精炼技术
轴承钢的炉外精炼工艺，根据对硫的不同控制要求，分为“高碱度渣”和“低碱度渣”两种精炼工艺。
高碱度渣精炼工艺：控制渣中碱度（CaO+MgO）/（SiO2+ Al2O3）≥3.0，渣中T.Fe<1.0%。其特点是具有很高的脱硫能力，可生产[S]≤20×10-6的超低硫轴承钢。同时，高碱度渣的脱氧能力强，可大量吸附Al2O3夹杂，使钢中基本找不到B类夹杂。
但由于渣中CaO含量高，容易被钢中[Al]还原生成D类球形夹杂，对轴承钢的质量危害甚大。因此，对钢中铝含量要严格控制，尽可能避免D类夹杂的生成。
低碱度渣精炼工艺：控制炉渣碱度（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）=1.2，渣中T.Fe<1.0%。该渣系由于碱度低，消除含CaO的D类夹杂，对Al2O3夹杂也有较强的吸附能力和一定的脱硫能力，并有利于改变钢中夹杂物的形态，大幅度提高塑性夹杂的比例，有利于提高钢材质量。
轴承钢炉外精炼的处理工艺，可细分为以下三种类型：
（1）LF+VD精炼工艺。该工艺是最传统的精炼工艺，适用于电炉生产。其优点是在于进行充分的渣-钢精炼，可以有效地降低钢中氧含量并改变夹杂物形态，实现高效脱硫。
（2）RH精炼工艺。多用于转炉轴承钢精炼，其特点是在真空下强化钢中碳氧反应，利用碳脱氧和铝深脱氧。吹Ar弱搅拌上浮夹杂物，并具备一定的脱硫能力。该工艺的优点是铝的利用率提高，Al2O3夹杂可以充分上浮，钢中不存在含Ca的D类夹杂物。
（3）SKF精炼炉电磁+吹Ar搅拌工艺。该工艺是非真空冶炼，是SKF近几年开发成功的新工艺，采用出钢时大量加Al深脱氧和强搅拌促进夹杂物上浮的精炼工艺，代替真空冶炼生产轴承钢。其优点是操作成本低，适宜生产超低硫、氧含量的轴承钢。 2.1.4 冶炼工艺质量控制 2.1.4.1 微量元素控制
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钢中残余元素Ni，Cu和有害元素P、As、Sn、Sb、Bi、Pb可导致轴承材料加工中的热脆裂纹，同时，也能加强晶界偏聚。P、As、Sn、Sb等在低夹杂物含量的钢中，在晶界的偏析与富集更为明显。
钢中P不仅能加剧液析碳化物的生成，而且能加剧奥氏体化时的二次碳化物的析出。
对含0.018%和0.004%S的轴承钢连铸坯的偏析程度比较表明：低S含量的柱状和轴向区域中的偏析程度明显较低。凝固过程中随S含量的增加而硫化物、碳化物分布的平均尺寸增加，故纵向偏析增加。为了改善连铸轴承钢的碳化物，必须尽可能降低硫含量。
氧化物夹杂是轴承钢中最具危害性的，对疲劳破坏有显著的影响。氧化物夹杂尺寸越大，引起的应力集中也越强。
在氧化物夹杂中，球状不变形D类夹杂物比B类夹杂物对接触疲劳寿命更为有害。
无论D类夹杂物还是B类夹杂物在钢中生成均离不开钢中的氧。氧含量越高，不仅造成氧化物夹杂数量增多，而且氧化物夹杂尺寸增大，偏析较严重，夹杂级别增高，因而对疲劳寿命的危害也就加剧。因此，要努力降低钢中的[O]。
Ti（C，N）夹杂物具有很高的刚性，并在几何形状上呈棱角状，因而在基体中具有极易造成应力集中诱导疲劳裂纹。随Ti含量增高Ti（C，N）颗粒不仅大大增高，而且Ti（C，N）的级别也明显增高，疲劳寿命降低。因此，要努力降低钢中的Ti。
表2-2为国外不同工艺条件下轴承钢微量元素控制情况。从表2.2可见，国外许多厂均能将轴承钢中O、P、S和Ti等元素分别稳定地控制在0.001%、0.010%、0.020%、0.0015%以下，Al含量稳定控制在0.050%以下，通过控制这些元素，轴承钢的使用寿命得到提高。国外轴承钢生产厂一般将P控制在0.010%以下，国内目前对P的控制仍不稳定，多数控制在0.020%以下。 2.1.4.2 夹杂物控制
轴承钢冶炼中主要通过降低全氧（T[O]）来控制夹杂物含量，包括我国在内的许多国家轴承钢标准中规定T[O]≤15×10-6，实际生产中多数控制在10×10-6以下。日本山阳特殊钢公司RH脱气工艺的真空度可达13 Pa，高碳铬轴承钢T[O]
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