顺利完成人

刘　宇、包燕平、黄长生、顾　超、赵　阳、王　敏、孙光涛、肖　微、陈廷军、周　苑、莫秉干、王昆鹏、崔宏艳、徐旋旋、沈　艳

顺利完成单位

三立钢铁公司有限公司、上海交通大学

背景与意义

中国锻造2025一流锻造基础零配件铣刀发展重点：突破一流武器装备用高效率能轴承、曲轴、合叶、车轮、紧固件等用废钢料、设计、锻造及应用赞扬系列关键性控制技术，高效率节能电气、高端发动机、高铁、高端精密紧固件、中高档汽车等一流武器装备用关键性零配件用关键性金属材料亚洲地区制造量2020年达至80%，2025年力求全面自给自足，关键性零配件使用寿命提高1倍以内。因而高产品质量轴承钢烦躁使用寿命提高、制造与赞扬是一流武器装备用关键性零配件金属材料制造量提高的国家重大控制技术需求。

近年来，亚洲地区轴承钢的产品质量有了很大提高，部分轴承钢产品质量达至了国际一流水平。但是整体看，提高轴承钢产品质量仍然是提高轴承产品质量的关键性环节。目前亚洲地区外轴承钢的制造主要选用铝核苷工艺控制技术。从核苷分子结构和整体而言来看，轴承钢制造中在有效率除去钢液中纯水[O]的同时，造成了以下难题：

针对以内难题，三立钢铁公司公司和上海交通大学合作开发了：非铝核苷轴承钢的工艺控制技术，其主要掌控思路为：

关键性控制技术

1.只以铝组合核苷（硅锰预核苷+蔓延核苷+电浆核苷）为特色的轴承钢惰性掌控控制技术高温VA轴承厂家

（1）工艺控制技术路线

三立非铝核苷轴承钢工艺控制技术流程，如图1所示。

图1三立非铝核苷轴承钢制造工艺控制技术流程

（2）基于硅锰预核苷与蔓延核苷的轴承钢前期控氧控制技术

基于硅锰预核苷与蔓延核苷的轴承钢前期控氧控制技术，实现LF研磨出站时，钢中纯水约15-20 ppm，全氧浓度降至20 ppm左右；LF研磨过程中N浓度保持在30 ppm以下。LF过程中使用低碱度渣研磨渣，Al2O3浓度仅为3-5%，碱度为0.9-1.5。

（3）基于电浆碳氧平衡的轴承钢深核苷控制技术

RH过程中的氧、氮浓度变化如图2所示。经过RH研磨处理后，钢中的全氧浓度明显下降，钢中全氧掌控在5-9ppm；RH研磨过程中N浓度保持在30 ppm以下。

图2非铝核苷工艺控制技术RH研磨过程中氧、氮浓度变化

通过热力学计算及实验研究，在不同电浆度下的钢液碳氧平衡如图3所示。在电浆度67Pa时，碳成为比铝更强的核苷剂。电浆炉内轴承钢核苷实验中氧、氮浓度变化如图4所示，全氧浓度可脱至10 ppm以下。在工业制造中，RH出站钢中全氧浓度已稳定掌控在5-9 ppm。此外，为了掌控电浆核苷过程中的喷溅现象，基于数模和水模研究结果提出了步进式压降模式，有效率降低喷溅。高温VA轴承厂家

图3不同电浆度下的钢液碳氧平衡

图4电浆炉内轴承钢核苷实验中氧、氮浓度变化

2.非铝核苷轴承钢的参杂物掌控及资金面改善关键性控制技术

（1）低碱度CaO-Al2O3-SiO2-MgO四元渣系掌控

非铝核苷工艺控制技术研磨渣成分分别如表1所示，LF研磨渣碱度掌控在1左右，SiO2浓度为30%左右，此外Al2O3远低于铝核苷工艺控制技术。

表1非铝核苷工艺控制技术造渣工艺控制技术下研磨渣成分 / wt%

如图5所示，非铝核苷工艺控制技术钢中铝浓度为1-8 ppm、钛浓度为3-8 ppm、硫浓度为44-76 ppm。（2）低碱度CaO-Al2O3-SiO2-MgO四元渣系对钢液关键性成分的掌控。

图5钢中（a）[Al]，（b）[Ti]和（c）[S]浓度的比较

（3）轴承钢参杂物的体系调整

图6中显示了两种核苷工艺控制技术轴承钢中的主要参杂物特征，非铝核苷轴承钢中，钢中最多的氧化物为硅酸盐，大部分参杂物体积均分布在小于10 μm的范围内，非晶体和钙铝酸盐参杂物的数目密度均小于0.85 个/mm2。在铝核苷轴承钢中，钙铝酸盐、非晶体和硅酸盐类参杂物的数目密度依次为1.92 个/mm2，1.68 个/mm2和1.14 个/mm2，体积大于15 μm氧化物数目明显比非铝核苷轴承钢更多。高温VA轴承厂家

图6铝核苷和非铝核苷轴承钢中不同类型氧化物体积分布

（4）非铝核苷轴承钢资金面的改善及分子结构研究

非铝核苷工艺控制技术对钢液浇注性有明显改善，如图7所示，非铝核苷工艺控制技术中间包连浇14炉后，液面曲线平稳。表2为不同工艺控制技术下小方坯（160 mm×160 mm）连铸时中间包的连浇炉数。

图7连浇14炉后塞棒及液面曲线

表2不同工艺控制技术下连浇炉数对比

（1）建立轴承钢超声烦躁赞扬方法及滚动烦躁验证3.非铝核苷轴承钢参杂物诱发烦躁断裂分子结构及断裂行为预测方法

本文中选用超声烦躁试验系统进行超高周烦躁试验，试验频率达至20 kHz，大大缩短试验时间。选用该系统顺利完成了大量超高周烦躁试验，烦躁使用寿命结果与滚动烦躁实验结果相符。

（2）不同参杂物诱发烦躁断裂的行为及分子结构

非铝核苷轴承钢的烦躁性能优于三立铝核苷轴承钢，非铝核苷轴承钢的断口裂纹源由参杂物诱发的较少；铝核苷轴承钢的断口裂纹源均为钙铝酸盐。此外，滚动接触烦躁试验（洛轴所出具）结果：非铝核苷最好，其次为铝核苷。

（3）微观结构烦躁使用寿命预测模型的建立

为了深入研究不同参杂物对烦躁使用寿命的影响，本研究从微观结构出发，以微观结构的力学响应行为为基础，建立微观模型，通过统计学原理与宏观性能关联，形成多尺度服役性能预测模型，实现裂纹源及烦躁使用寿命的量化预测，并将相同体积的球型钙铝酸盐类参杂物和硅酸盐类参杂物引入模型，预测结果显示在相同的烦躁应力下的硅酸盐引起烦躁裂纹源萌生所需周次更长。高温VA轴承厂家

项目特色和主要创新

硅锰预核苷+蔓延核苷+电浆终核苷非铝组合核苷：通过电浆碳终核苷将钢中全氧浓度掌控在5-9ppm的同时，有效率掌控了钢中Ti等原素，同时可以有效率掌控参杂物类型；

非铝核苷轴承钢的参杂物掌控及资金面改善控制技术：选用低碱度CaO-Al2O3-SiO2-MgO四元渣系研磨渣，将参杂物成分掌控于低熔点区，钢中Ds参杂物得到有效率掌控，解决了小方坯轴承钢水口可浇性差的控制技术难题；

非铝核苷轴承钢参杂物诱发烦躁断裂分子结构及断裂行为预测方法：借助超声烦躁的测试方法与滚动烦躁检测相结合，对轴承钢的拉压烦躁使用寿命和断裂分子结构进行了研究，建立不同参杂物对烦躁性能影响的微观结构量化模型，基于该模型分析了轴承钢中主要参杂物对烦躁性能的影响。

实现了以电浆终核苷为特色的高产品质量钢制造的控制技术集成与工艺控制技术创新：一方面可以根据产品的最终用途，掌控钢中参杂物的种类；另一方面通过电浆终核苷，从源头上消除了参杂物的主要来源-核苷产物，从工艺控制技术上非常有利于洁净钢的制造，为高产品质量钢的制造提供了一条新的途径，在众多高产品质量钢制造中具有很好的推广应用前景！高温VA轴承厂家

主要控制技术指标

本项目主要控制技术指标如表3所示。

表3主要控制技术指标

查新报告与知识产权

教育部科技发展中心针对本项目的四个控制技术创新点的查新报告结果如下：在亚洲地区外已公开发表的文献和专利中，除本查新项目委托单位公开的专利和本查新项目组负责人及成员发表的文献外，未见有基于上述四个创新控制技术。创新点如下：

本项目相关成果发表文章22篇，其中英文13篇，全部是SCI，中文9篇；授权专利13项，其中发明专利13项。

经济效益

三立非铝核苷轴承钢（GCr15）工艺控制技术于2016年底开始研发，并于2017年正式应用制造，2017年～2022年总计制造钢产量约29万吨，新增产值142481.03万元，新增利税44509.71万元，增收（节支）总额1460.55万元。制造的轴承钢球、轴承套圈、滚子、水泵轴等滚动体轴承，广泛应用于福特、吉利、哈弗、大通、东风等品牌。

来源| 中国钢铁工业协会