轴承钢夹杂物与全氧含量控制实验研究

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轴承钢中夹杂物(主要是氧化物)是降低轴承钢疲劳寿命的一个最主要的冶金因素。因此,最大限度地去除轴承钢中夹杂物或者通过夹杂物变性以降低其危害是提高轴承钢疲劳寿命的有效途径。为此,本课题结合抚顺钢厂轴承钢生产工艺优化项目,对控制轴承钢中夹杂物和全氧含量展开实验研究。 本课题首先对轴承钢中典型夹杂物的生成条件进行了热力学计算。结果表明:以铝沉淀脱氧的轴承钢可以获得足够高的酸溶铝含量,从而将钢中溶解氧降至极低;高碱度渣中氧化钙会被钢中酸溶铝还原为钙溶入钢液,成为夹杂物中钙的来源;镁铝合金处理轴承钢液过程中,钢中溶解镁含量为2.288×10-6<[%Mg]<2.868×10-4时,钢中生成Al2O3·MgO夹杂物,当溶解镁含量符合[%Mg]>2.868×10-4时,钢中有MgO生成。 继而,在综合前人的研究成果和热力学计算结果等因素的基础之上设计了两组实验。第一组实验是精炼渣实验,考察不同碱度精炼渣对轴承钢夹杂物和全氧含量影响;第二组实验是镁铝合金夹杂物变性实验,考察了镁铝合金对轴承钢中夹杂物的性质及形态的作用效果,且一并考察了溶解在钢中的镁元素对轴承钢碳化物的球化作用。 实验结果分析表明,在精炼渣实验中,炉渣碱度对钢中全氧含量以及夹杂物的成分、尺寸产生了重要影响。高碱度渣在控制钢液全氧含量方面要优于低碱度渣。高碱度渣精炼的钢液中夹杂物成分以Al2O3、CaO、MgO为主,不含有SiO2;而低碱度渣精炼钢液中夹杂物成分以Al2O3、SiO2、MgO为主,不含有CaO。高碱度渣实验夹杂物直径分布多集中在细小尺寸的范围内,没有大于20μm的大颗粒夹杂物;而低碱度渣实验的夹杂物直径分布则相对集中在较大尺寸范围,并且存在大于20μm的大颗粒夹杂物。 在镁铝合金夹杂物变性实验中,镁铝合金处理钢液后夹杂物成分以镁铝尖晶石为主,与热力学计算结果相符合,说明镁铝合金的夹杂物变性效果明显。对比无镁铝合金处理的精炼渣实验,镁铝合金实验的终点夹杂物分布结果比较理想,小于3μm的夹杂物的百分数远高于精炼渣实验的结果,达到了细化夹杂物尺寸的目的,终点样的夹杂物平均直径均小于无镁铝合金处理实验终点样的夹杂物平均直径。镁铝合金处理实验中,3#合金处理钢液后的全氧结果、夹杂物尺寸及分布为最好,3#合金处理的钢液中夹杂物的平均直径也为实验中最小。观察镁铝合金处理实验终点的铸态样,溶解在轴承钢中的镁元素起到了球化碳化物的作用,并且随着镁铝合金中镁含量的增加,这种效果越明显。
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