隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)軸承鋼性能提出了更高的要求。超純凈軸

承鋼被廣泛地應(yīng)用于高速鐵路、風(fēng)電裝備、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高檔轎車變速箱、高速

精密機(jī)床和長(zhǎng)壽命冶金軋機(jī)等對(duì)使用壽命、可靠性、承載能力嚴(yán)格要求的領(lǐng)域。

超純凈軸承鋼煉鋼冶煉難度極高，主要是由于其鋼中非金屬夾雜物控制存在以下

兩個(gè)難題：（1）超高潔凈度，總氧含量低于 5 ppm；（2）大顆粒夾雜物數(shù)量要求

少，尺寸小于 15 μm。近 30 年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收，實(shí)現(xiàn)了大部分高端

裝備的國(guó)產(chǎn)化，但對(duì)高端裝備用高可靠長(zhǎng)壽命軸承的國(guó)產(chǎn)化一直沒(méi)有解決。因此，

開(kāi)發(fā)超純凈軸承鋼中非金屬夾雜物控制關(guān)鍵技術(shù)，為打破此領(lǐng)域國(guó)外產(chǎn)品及技術(shù)

壟斷、實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)有重要意義。

（1）超純凈軸承鋼精煉渣成分設(shè)計(jì)技術(shù). 鋁脫氧軸承鋼都是通過(guò)高堿度精

煉渣提升鋼材的潔凈度，減少鋼中夾雜物數(shù)量。高堿度精煉渣具有很高的脫氧脫

硫能力，效率高，可生產(chǎn)超低硫軸承鋼。由于高堿度精煉渣中 CaO 含量高，易被

鋼中[Al]還原而進(jìn)入鋼液，從而生成 Ds 類夾雜，對(duì)軸承鋼性能產(chǎn)生不利影響。

另外，高堿度使精煉渣熔點(diǎn)變高，成渣慢，爐渣流動(dòng)性變差，會(huì)影響脫氧脫硫效

果，有可能引起卷渣。低堿度精煉渣由于堿度低，降低了 CaO-Al 2 O 3 類夾雜的影

響，但脫氧能力下降使得氧化物夾雜上升。本項(xiàng)目研究應(yīng)用 FactSage 熱力學(xué)計(jì)

算軟件，研究了不同精煉渣成分對(duì)鋼液成分、夾雜物成分的影響，通過(guò)對(duì)不同精

煉渣系進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，確定精煉渣成分；同時(shí)，本項(xiàng)目在堿度 7-12 范圍內(nèi)進(jìn)行

工業(yè)試驗(yàn)，考慮了不同堿度精煉渣對(duì)軸承鋼潔凈度和夾雜物成分的影響，從而更

系統(tǒng)準(zhǔn)確地確定了有利于超純凈軸承鋼夾雜物控制的最優(yōu)精煉渣成分。

圖 1 精煉渣堿度對(duì)渣中 Al 2 O 3 和 CaO 活度的影響

（2）超純凈軸承鋼 VD 精煉控制技術(shù).在真空狀態(tài)下吹氬攪拌鋼液，促使夾

雜物從鋼液內(nèi)排除，使鋼的潔凈度提高。VD 精煉過(guò)程渣鋼劇烈反應(yīng)，渣中 CaO、

MgO 被還原為[Ca]和[Mg]進(jìn)入鋼液，與鋼中 Al 2 O 3 夾雜物反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石和

鈣鋁酸鹽，導(dǎo)致鋼中 Ds 類夾雜數(shù)量增加，可能導(dǎo)致水口結(jié)瘤和最終軋材中出現(xiàn)

Ds 類夾雜缺陷，影響軸承鋼的質(zhì)量水平，VD 精煉真空度的控制對(duì)于夾雜物的上

浮去除和夾雜物成分非常重要。本項(xiàng)目對(duì) VD 真空度進(jìn)行了優(yōu)化，使得最終產(chǎn)品

夾雜物中的 CaO 含量由 30%左右降低至 5%以下，顯著減少了 CaO-Al 2 O 3 和

CaO-Al 2 O 3 -MgO 復(fù)合夾雜物的生成，使鋼中夾雜物由 CaO-Al 2 O 3 類轉(zhuǎn)變?yōu)殒V鋁尖晶

石類，減輕了 Ds 類夾雜的危害。

圖 2 不同 VD 真空度條件下軸承鋼軋材中夾雜物成分

（3）熱處理過(guò)程夾雜物成分控制技術(shù)。對(duì)于軸承鋼鋼液中的夾雜物已經(jīng)形

成了一系列脫氧、精煉渣改性、真空精煉等成熟的夾雜物控制方法，可以較好實(shí)

現(xiàn)冶煉過(guò)程從精煉到連鑄過(guò)程夾雜物的有效控制。軸承鋼軋制熱處理過(guò)程不僅能

夠改變鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能，也會(huì)使得氧化物夾雜與鋼基體發(fā)生高溫反應(yīng)，造成

鋼基體成分偏析、原有氧化物夾雜的改變和新氧化物夾雜的析出。同時(shí)，熱處理

過(guò)程鋼基體中氧化物夾雜的種類、性質(zhì)、尺寸及形貌特征變化直接影響著最終軸

承鋼產(chǎn)品的組織和性能。本項(xiàng)目研究了在不同熱處理溫度（1225

o C、1300 o C 和1375

o ）和熱處理時(shí)間條件下，GCr15 軸承鋼中非金屬夾雜物的演變規(guī)律，并且

發(fā)現(xiàn)熱處理過(guò)程軸承鋼中的 MgO-Al 2 O 3 -CaO 會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?MgO-Al 2 O 3 -CaS 夾雜物，

小尺寸夾雜物完成轉(zhuǎn)變所需時(shí)間較短，而大尺寸夾雜物完成轉(zhuǎn)變所需時(shí)間較長(zhǎng)。

在不同熱處理溫度下，鋼中夾雜物尺寸基本不變，但夾雜物轉(zhuǎn)變速率不同。通過(guò)

熱力學(xué)計(jì)算和動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)軸承鋼熱處理過(guò)程中夾雜物的轉(zhuǎn)變機(jī)理進(jìn)行揭示。