稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物,在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性,并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析,研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明,对轴承钢中加入微量镁处理,可将未进行镁处理钢中的MnS-Al_2O_3、MnS、Al_2O_3夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主,同时包含少量Al_2O_3、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后,钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主,Al_2O_3、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失,且夹杂物成球状分布,绝大多数夹杂物在5μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后,10μm以上的大颗粒夹杂物大大降低,钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时,随着稀土含量的增加,大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下,增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.     

稀土及热处理对GCr15轴承钢中夹杂物特征的影响

为降低夹杂物对轴承钢疲劳性能的危害,比较研究了稀土Ce及热处理对GCr15轴承钢中夹杂物的改性行为。研究发现：稀土处理使钢中夹杂物球化、平均尺寸降低,有助于降低铝脱氧轴承钢中夹杂物的危害;热处理(1 250℃)同样可以球化、细化钢中的夹杂物,夹杂物的平均尺寸、长宽比、面积分数随热处理时间(0～330 min)的增加均呈下降的趋势,继续延长热处理时间(330～510 min),铝脱氧轴承钢中大尺寸夹杂物比例增加,稀土轴承钢中球状Ce-Al-O-S均质夹杂转变为富Al相和富Ce相的非均质夹杂,对轴承钢疲劳性能危害大。在该研究条件下,铝脱氧轴承钢及稀土轴承钢热处理330 min时夹杂物特征最优。     

镁对GCr15轴承钢中氧化铝夹杂的变质行为

计算了Mg对GCr15轴承钢中Al2O3夹杂物进行变质的热力学条件,得出当[Als]为0.03%时,钢中存在2.0×10-6%Mg即能对Al2O3夹杂起变质作用,生成MgO·Al2O3.通过MoSi2电阻炉对1kg轴承钢水插入1g含16.55%Mg的镁铝合金粉,试验Mg对Al2O3夹杂的变质效果.实验结果表明,加Mg后,钢中≥10μm Al2O3夹杂转变成细小、球形镁铝尖晶石夹杂,其中≤5μm夹杂占99.46%,其余为5～10 μm夹杂.     

GCr15轴承钢夹杂物缺陷分析及改进

研究了转炉生产GCr15轴承钢铸坯的夹杂物、T[O]变化,铸坯中的夹杂物主要来自VD炉脱气和浇铸过程,钢材缺陷处的夹杂物主要是由Ca-Al-Mg等组成的复合夹杂物。通过控制精炼过程渣,优化精炼后期配电、氩气搅拌和碳化硅加入制度等措施,GCr15钢材的平均T[O]下降了8.45%,钢材缺陷率降低了0.26%,效果非常显著。     

GCr15轴承钢宏观夹杂物改善工艺实践

介绍了塞棒吹氩工艺在某钢厂320 mm×425 mm连铸机GCr15轴承钢的应用。比对了塞棒吹氩工艺与不吹氩工艺GCr15轴承钢宏观夹杂物的差异。结果表明,实施塞棒吹氩工艺的轴承钢宏观夹杂物,比未实施吹氩工艺的好。     

稀土对GCr15轴承钢夹杂物和疲劳性能的影响

为深入探究稀土(La/Ce)对GCr15轴承钢中夹杂物和疲劳性能的影响,采取聚焦离子束技术(FIB)、X射线能谱分析(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、夹杂物无损提取、纳米压痕试验等多种不同的分析测试手段对不同稀土含量的GCr15轴承钢中夹杂物进行了剖析和表征,并通过超高周疲劳试验,对比分析了加入稀土(La/Ce)前后GCr15轴承钢疲劳性能的变化。结果表明,稀土优先与钢中的O、S元素反应,形成稀土氧硫化物,其可以单独存在或与其他夹杂物共生,呈细小颗粒弥散分布在钢中,尺寸在10μm以下;稀土氧硫化物还可将其他硬质夹杂物如镁铝尖晶石等包裹,改变了夹杂物形貌的不规则性。此外,稀土夹杂物与基体的等效弹性模量和硬度值更为接近,在载荷下变形差异缩小,与基体的协调性增强。稀土变质改性夹杂物改善了轴承钢的抗疲劳性能,在10⁷周次、50%的失效概率条件下,加稀土的GCr15-RE轴承钢疲劳极限比未加稀土的GCr15轴承钢高125 MPa,具有更高的抗疲劳可靠性。以上结论为稀土对轴承钢夹杂物的改性研究及GCr15轴承钢性能优化提供了理论基础。     

钢包软吹氩时间对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

针对石钢60tLD-LF-VD-CC生产工艺,对4炉采用不同钢包软吹氩时间的GCr15轴承钢进行取样分析.采用金相显微镜和扫描电镜结合能谱分析,研究了4炉轴承钢中间包样品中夹杂物的尺寸分布及种类特征.结果表明,随着精炼后软吹氩时间的延长,GCr15轴承钢中全氧质量分数降低,中间包中的夹杂物平均直径减小,大于15μm的夹杂物比例也明显降低,但对夹杂物的种类没有明显影响.钢中夹杂物主要为Al_2O_3、MgO·Al_2O_3和MgO-Al_2O_3-SiO_2-CaO(CaS)夹杂物等,这与冶金热力学计算结果一致.     

GCr15轴承钢凝固过程组分变化对夹杂物析出的热力学研究

基于Fact Sage热力学软件的最小吉布斯自由能原理,研究了不同[Ca]、[Mg]、[Al]、[O]含量条件下GCr15轴承钢凝固过程中夹杂物的析出行为。结果表明:随着[Ca]含量由0.000 5%增加至0.004 5%,轴承钢中析出的夹杂物类型由Ca O·2Mg O·8Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3向2Ca O·Si O_2、Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.004 5%增加到约0.009 4%。随着[Mg]含量从0.000 1%增加到0.000 9%,钢中析出的夹杂物由Ca O·Al_2O_3、2Ca O·Si O_2向Mg O·Al_2O_3和Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.003 2%增加到约0.004 1%;[Al]含量由0.005%增加至0.05%时,钢中析出的夹杂物类型由2Ca O·Si O_2向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物总量由0.002 8%增加至0.003 3%,变化相对不明显;随着[O]含量由0.000 3%增加至0.002 1%,钢中析出的夹杂物类型由Ca S向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物析出量由0.002 4%增加到约0.005 1%。     

轴承钢中夹杂物分析

对轴承钢热轧板中的夹杂物以及浇铸过程结晶器浸入式水口上的结瘤物进行了电镜检测.发现轧板试样中夹杂物类型主要是TiN、MgO·Al₂O₃和MnS以及少量的CaS,尺寸大多在20μm以内,除此之外,还观察到一些大尺寸MgO·Al₂O₃和Al₂O₃夹杂物及其伴生的裂纹.通过对水口结瘤物的检验分析,发现结瘤物主要以MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物为主,还有少量的MgO-Al₂O₃-CaO系夹杂物,此外还含有部分凝钢.结瘤物成分与钢水中氧化物夹杂一致,因此推测水口结瘤产生原因为钢液中的固态氧化物夹杂在浇注过程中在水口上的聚集沉淀,轧板中大尺寸夹杂可能是由水口结瘤物剥落造成.     

PMO对GCr15轴承钢连铸坯中MnS夹杂物的影响

为了研究PMO对GCr15轴承钢连铸坯中MnS夹杂物的影响,首先采用自动扫描电镜(Aspex Explorer)分析脉冲磁致振荡(Pulse Magneto-Oscillation,PMO)技术对钢中MnS类夹杂物组成和形貌的影响,然后利用电子探针测量固液界面前沿的元素含量,并在此基础上,计算了PMO处理后MnS析出温度变化。结果表明,PMO处理促进了内弧1/4、中心和外弧1/4处的大于8 μm的MnS夹杂物数量百分比的降低;PMO处理后固液界面前沿S元素质量分数在试样凝固50%和70%处分别降低60%和36%,而Mn元素含量变化不大;同时,PMO处理可降低MnS夹杂物的析出温度。     

电渣轴承钢GCr15低倍组织及夹杂物来源探索

通过调整二次电流和电压,研究了双极串联抽锭式电渣炉在不同熔炼速率下电渣轴承钢GCr15的低倍组织,结果表明,降低熔速能够有效改善成品线材低倍质量;利用带有EDS的SEM,检测同一转炉炉号下经电渣工序与否的成品线材中的D类夹杂物,检测结果表明,两者所产生的D类夹杂物成分有明显差异,即后者中的多数D类夹杂物含有Mg元素,且w(Al)/w(Ca)比值均低于前者,此外通过比对同一电渣炉号下电渣锭与剩余电极端头部位中以Al、Ca、O为主的夹杂物,其成分也有相似的规律,从而为电渣轴承钢GCr15中D类夹杂物的来源提供了依据.     

GCr15轴承钢EAF-LF-VD-CC流程非金属夹杂物的演变

 为研究GCr15轴承钢中非金属夹杂物的演变,对某钢厂EAF-LF-VD-CC流程生产的GCr15轴承钢进行全流程取样,利用可进行大面积自动检测分析的ASPEX扫描电镜结合普通扫描电镜(SEM-EDS),系统分析了各工序中夹杂物的演变行为。结果表明,GCr15轴承钢精炼过程中夹杂物主要类型为MgO-Al₂O₃-CaO类复合夹杂物与MnS,少量SiO₂-Al₂O₃,90%以上夹杂物尺寸为1～8 μm。随着精炼的进行,夹杂物数量逐渐减少,在VD软吹阶段后期夹杂物数量及总面积降到最低。精炼期间,夹杂物成分在最初的高Al₂O₃(w([Al₂O₃])>80%)的区域逐渐向MgO、CaO含量升高的区域转移,VD破真空后MgO(w([MgO])>20%)、CaO(w([CaO])>30%)达到最高,之后向Al₂O₃含量升高的区域移动,最终在中间包浇注时停留在高Al₂O₃(w([Al₂O₃])>65%)的区域。钢中Ds类夹杂物主要为MgO-Al₂O₃-CaO类复合夹杂物,Ds类夹杂物的生成及去除随机性强,VD对Ds类夹杂物有较强去除作用。     

GCr15轴承钢探伤缺陷与夹杂物的关系

 为了系统分析某厂高碳轴承钢(GCr15)高频探伤缺陷的形成原因,采用ASPEX自动扫描电镜跟踪了冶炼各环节与缺陷相关类型夹杂物的来源和演变。结果表明,造成高频探伤不合格的主要原因存在于基体中的大颗粒MgO-Al2O3夹杂物;冶炼过程中LF工序和中间包是MgO-Al2O3夹杂物产生的主要场所,此类夹杂经VD处理后降低了93.1%;通过提高中间包耐火材料的体积密度和耐压强度,合理降低耐火材料中SiO2和MgO的质量分数,使得中间包耐火材料的侵蚀程度大幅度降低,GCr15轴承钢高频探伤合格率从79%提高到98%。     

GCr15轴承钢夹杂物及全氧含量控制工艺分析

夹杂物的去除应从初炼炉到连铸工序的每一个工艺步骤都进行严格控制,才可能达到令人满意的效果.通过控制电炉终点碳以降低初始氧含量,采用LF全程脱氧、改变精炼渣系和扩散脱氧方式,VD吹氩及弱搅拌技术和优化中间包结构、强化中间包冶金功能等措施对轴承钢的生产工艺进行了优化,实现了低氧轴承钢的冶炼.因此,控制轴承钢中夹杂物 (主要是氧化物)是一个系统的工程,不能仅依赖某一局部工艺采取措施来达到目的.     

GCr15轴承钢LF精炼过程中夹杂物的演变机理研究

为了探索国内某钢厂GCr15轴承钢LF精炼过程中夹杂物的存在形式及形成机理,针对LF精炼过程进行了系统取样,利用ASPEX自动扫描电镜并结合FE-SEM,研究分析了L F精炼过程中夹杂物的演变过程.研究发现,GCr15轴承钢LF精炼开始稳定时,非金属夹杂物主要为Al2 O3类夹杂物,到LF精炼终点逐渐演变成近似球形的D...     

GCr15轴承钢BOF-LF-RH-CC流程夹杂物的生成及演变

 为研究GCr15轴承钢中夹杂物的演变规律,对某钢厂BOF-LF-RH-CC工艺流程生产的GCr15轴承钢进行了全流程取样,并利用ASPEX扫描电镜和热力学计算对各工序钢中夹杂物的演变进行了系统的分析。研究表明,在LF精炼初期,钢中夹杂物主要为高Al₂O₃(w(Al₂O₃)=84%)的MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物;LF精炼结束时,MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的数量所占比例分别为74%和26%,此时钢液中夹杂物尺寸主要为1～6 μm,数量所占比例为87%。LF-RH精炼期间,夹杂物总数量由LF精炼结束时的198 个/(20 mm2)降低至RH破空后的103 个/(20 mm2),降幅为48%,其中MgO-Al₂O₃夹杂物主要在LF精炼期间生成,然后在RH精炼时基本被去除,具体表现为,其数量由LF进站时的88 个/(20 mm2)增加至LF出站时的139 个/(20 mm2),在RH软吹结束时降低为4 个/(20 mm2);CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物主要在RH精炼期间生成,其数量由LF出站时的49个/(20 mm2)增加至RH软吹结束时的108 个/(20 mm2),这表明RH真空精炼对夹杂物去除效果较好。热力学计算结果表明,二次精炼过程中钢中Al_s、Mg含量处于MgO-Al₂O₃夹杂物优势区内,这表明MgO-Al₂O₃夹杂物更易生成;当钢中w([Mg])为0.000 3%时,w([Ca])大于0.000 25%,满足MgO-Al₂O₃夹杂物转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的热力学条件,而且当w([Al_s])为0.022%时,w([Ca])控制为0.000 25%～0.007 00%时更有利于生成液态化的钙铝酸盐。试验过程钢中w([Ca])约为0.000 1%～0.000 4%,因此夹杂物更多地转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物。     

采用ASPEX和旋弯疲劳法表征GCr15轴承钢夹杂物

 为了探索ASPEX检测法与旋弯疲劳试验法的最佳适用条件,全面了解轴承钢中夹杂物的信息,对真空脱气冶金工艺制备的GCr15轴承钢分别应用上述两种方法对试验钢中夹杂物进行了类型、形状、尺寸、分布方面的表征。结果表明,在夹杂物类型检测方面,两种检测方法结果基本一致。该轴承钢中富含钙、铝、硫等元素的球型复合夹杂物,同时也存在少部分边缘锋利的TiN型夹杂物;利用ASPEX进行多面多次扫描,发现检测出的最大球型B类氧化铝夹杂物大小分布结果基本与旋弯疲劳法符合。根据试验结果以及两种检测方法的原理得出,ASPEX法对钢中夹杂物的尺寸、形状、类型、分布等信息的整体分析更为有效,而应用疲劳法对大尺寸刚性夹杂物的检测更为有利。