鋼中夾雜物一般分為A類(硫化物類)、B類(氧化鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)和DS類（單顆粒球狀類），其中A類夾雜物(硫化物類)：具有高的延展性，有較寬范圍形態比（長度/寬度）的單個灰色夾雜物，一般端部呈圓角；B類(氧化鋁類)：大多數沒有變形，帶角的，形態比小（一般＜3），黑色或帶藍色的顆粒，沿軋制方向排成一行（至少有3個顆粒）；C類(硅酸鹽類)：具有高的延展性，有較寬范圍形態比（一般≥3）的單個呈黑色或深灰色夾雜物，一般端部呈銳角；D類(球狀氧化物類)：不變形，帶角或圓形的，形態比小（一般＜3），黑色或帶藍色的，無規則分布的顆粒，其中Dsulf表示球狀S化物，Dcas表示球狀CaS，DRES表示球狀稀土S化物，Ddup表示球狀復相夾雜物，如CaS包裹著Al2O3；DS類（單顆粒球狀類）：圓形或近似圓形，直徑≥13μm的單顆粒夾雜物。對于TiN夾雜物，軸承鋼標準GB/T18254-2016規定G8Cr15、GCr15按形貌并入B類、D類、DS類評級，其他牌號供需雙方協商。

1、軸承鋼中大尺寸夾雜物的形成及控制

各類夾雜物對軸承壽命的危害性按大小可以排成D＞DS＞B＞C＞A的次序，D類和DS類夾雜大致可分為以下幾種：獨立鈣鋁酸鹽夾雜物；獨立MgO·Al2O3夾雜物；(Ca，Mg，Al)×Oy復合態夾雜物；外面包有硫化物的復合夾雜物。

夾雜物的尺寸對軸承疲勞極限的影響極為明顯，尺寸愈大，疲勞壽命愈短。在夾雜物中，大尺寸的鈣鋁酸鹽夾雜物夾雜有害指數最高。

鈣鋁酸鹽夾雜物的生成自由焓變化(ΔG)在煉鋼溫度下都是負值，在高堿度精煉渣生產的軸承鋼中，總能找到鈣鋁酸鹽和鎂鋁尖晶石夾雜，所以控制鋼中的[Ca]、[O]含量，對控制鈣鋁酸鹽夾雜物的形成和成分轉變有重要意義。

Al的加入量對夾雜物有很大的影響，控制著夾雜物性質的變化：當鋼中Al比較低時(質量分數為0.01%左右)，能找到許多Al2O3夾雜;當Al比較高時(0.02%～ 0.08%)，Al能夠和MgO爐襯反應，置換出其中的Mg進入鋼液，鋼液凝固后就形成MgO·Al2O3和MgO夾雜;同時鋼中過高的Mg含量可抑制xCaO·yAl2O3的生成。

在渣中各成分中，CaF2對夾雜物的形成作用也比較大。無論在鋁含量高或者低的時候，加入CaF2都生成了許多MgO·Al2O3夾雜。這有可能是CaF2能侵蝕爐襯，使MgO入鋼液中，利于MgO·Al2O3夾雜的生成。CaF2煉鋼過程會產生有毒物質，所以現在很多良心企業在渣中已不再加入CaF2，但中間包連澆爐數過多，爐襯同樣會被侵蝕，使MgO入鋼液中，同樣有利于MgO·Al2O3夾雜的生成。

但渣中MgO成分對鋼中MgO·Al2O3夾雜的生成影響比較小。在渣系中MgO含量高的鋼中，酸溶Al不高，沒有發現MgO·Al2O3和MgO夾雜;但在渣中MgO含量并不高的鋼中，由于酸溶Al比較高，能發現很多的MgO·Al2O3和MgO夾雜生成，這是由于Al能夠和MgO爐襯反應，置換出其中的Mg進入鋼液，鋼液凝固后就形成MgO·Al2O3和MgO夾雜。

在未經鈣處理的鋼中，Al的質量分數為0.01%左右，Mg的質量分數在0.0005%左右，Ca的質量分數為0.0005%以下，鋼中發現了許多Al2O3夾雜物單獨存在；進行微量鈣處理后，鋼樣Al的質量分數在0.02%～0.08%左右，Mg的質量分數在0.0005%以下，Ca的質量分數在0.0018%～0.0037%，鋼中只存在大量規則的球形xCaO·yAl2O3夾雜。

鈣對夾雜物變性作用非常明顯。高Ca含量的軸承鋼，其夾雜物都變性為球形鈣鋁酸鹽夾雜，沒有生成MgO·Al2O3，這說明Mg、Ca有一定的牽制作用;當Mg占優勢的時候，能大量生成MgO·Al2O3，反之則大量生成鈣鋁酸鹽夾雜。

綜上所述，鋼中Al、Ca和Mg含量對D類和DS類夾雜物的影響比較重要，因此控制D類和DS類夾雜，要從控制鋼中Al、Ca和Mg含量入手。隨著鋼中Al含量的增加，Mg含量也增加，并且在高堿度渣(CaO/SiO2≥3)條件下，鋼中Mg含量增加的趨勢更加明顯，從而導致軸承鋼中MgO·Al2O3形成的可能性提高。同樣，隨著鋼中酸溶Al的增加，Ca含量也增加，尤其是在高堿度條件下影響更加顯著，在鋼中低Mg的情況下，就會生成球狀的xCaO·yAl2O3夾雜物。

在高堿度條件下，鈣鋁酸鹽與MgO·Al2O3很容易相互轉換。當Ca較高時，就會生成鈣鋁酸鹽，當Mg較高時就會生成MgO·Al2O3，因此，在實際生產中要充分優化控制鋼中Ca、Mg和Al含量，達到D類和DS類夾雜物的最低化。

研究表明，當軸承鋼氧含量為10×10-6，疲勞壽命是氧含量為40×10-6的軸承鋼的10倍，氧含量降到5×10-6，其疲勞壽命是氧含量為40×10-6的軸承鋼的30倍，與真空電弧重熔和電渣重熔相當。

因此軸承鋼氧含量一定要低，GB/T18254-2016標準中優質鋼要求O≤0.0012%，高級優質鋼要求O≤0.0009%，特級優質鋼要求O≤0.0006%，鋼中氧含量低不但意味著Al2O3夾雜少，也意味著鈣鋁酸鹽夾雜物少。降低氧含量主要通過電爐或轉爐加Al粒沉淀脫氧和LF精煉過程加入SiC擴散脫氧以及RH過程真空脫氣來完成。

軸承鋼中Al含量要求≤0.05%，如果鋼水中Al含量過高的話，不加Ca，結晶器水口容易結瘤，影響澆鑄和鋼水質量，加Ca的話則容易形成鈣鋁酸鹽夾雜物，對軸承鋼疲勞壽命有害。軸承鋼高級和特級優質鋼Ca含量要求控制在≤0.0010%，如果高Al的話，只有控制鋼中較低的總O含量，才可少生成Al2O3夾雜物來減輕或避免結晶器水口結瘤，同時高Al的話，鋼中的酸溶Al一方面會與MgO爐襯及渣中CaO置換反應，致使鋼中鈣鎂鋁酸鹽和MgO夾雜數量增加，另一方面，澆鑄過程中又可能增加鋼液的二次氧化，產生滯留在鋼液中的A1203夾雜，兩方面綜合反而導致鋼中全氧含量增加。

因此為了避免以上問題，軸承鋼中應少Al，Al含量一般控制在0.010-0.020%范圍之內，這時鋼中一般形成Al2O3夾雜物。盡管優質鋼對Ca含量則沒有要求，但一般Al含量還是要控制在0.010-0.020%范圍之內，因為如果Ca含量控制在≤0.0010%，同高級和特級優質鋼，但如果Ca的質量分數在0.0018%～0.0037%，鋼中會存在大量規則的球形xCaO·yAl2O3夾雜，同樣對軸承鋼疲勞壽命有害。

對有些鋼種而言，為了提高鋼材的機械加工性能，并改善非金屬夾雜物的形態與分布，在冶煉過程中有意向鋼中加鈣。但對軸承鋼而言，殘留鈣不是有意添加的，而是來源于鋼渣和與鋼水接觸的爐襯，軸承鋼如果采用Ca或Ca-Si脫氧，鋼中勢必將產生危害性極大的D類和DS類球狀夾雜物，使其疲勞壽命大幅度降低。因此，在很多國家的軸承鋼標準中都規定(如瑞典SKF、美國ASTM標準等)不能用Ca或Ca-Si脫氧，或為改善鋼水的可澆性向鋼水中喂Ca線。

另外值得一提的是，煉鋼過程爐渣成分要少CaF2或無CaF2，中間包連澆爐數也不能太多，防止MgO爐襯侵蝕，生成MgO·Al2O3和MgO夾雜物。

2、氮與鈦夾雜物的形成及控制措施

鋼中的氮化物以氮化鈦（TiN）為主，是一種硬度很高的不變形夾雜物，在交變應力的作用下會造成應力集中損壞軸承，進而對軸承設備造成損壞。

鋼中鈦、氮含量與氮化鈦夾雜有一定的關系，即隨著鈦、氮含量的提高，鋼中氮化鈦夾雜增加。氮化鈦是一種硬而脆的夾雜物，它對鋼的疲勞壽命特別有害。

相同尺寸條件下，氮化物比氧化物更有害。尺寸小的TiN與尺寸較大的Al2O3具有相同的有害指數。

所以要想提高軸承鋼的疲勞壽命就應當盡量減少鋼中鈦和氮的含量，減少其形成氮化鈦的可能性。

用LD+RH生產的軸承鋼中總氧量為20×10-6左右，其疲勞極限與用EAF+RH生產的軸承鋼總氧量＜10×10-6時的疲勞極限相當。用轉爐流程生產軸承鋼疲勞性能較高可以用轉爐鋼中氮含量較低來解釋。通常情況下轉爐鋼氮含量低于30×10-6，而電爐鋼氮含量高于60×10-6。

研究表明Ti超過30×10-6時疲勞壽命即開始下降，當Ti含量從40×10-6降到10×10-6以下，能使壽命提高約2倍。當鋼中O≤0.0010%時，這時影響軸承疲勞壽命的就是氮化鈦夾雜。

采用電爐生產軸承鋼，由于電弧易吸氮，鋼中氮含量較高，一般在60×10-6-120×10-6之間。這種情況，只有通過降低鈦含量，才能達到減少氮化鈦夾雜的目的，但是要將鋼中鈦含量降到較低水平，付出的代價太大，因為在目前的操作情況下，在電爐內，只能選用昂貴的低鈦鉻鐵加人(因為含鉻軸承鋼鈦的主要來源是鉻鐵合金)，而降低鋼中氮含量則比降低鈦含量容易些，經濟一些。

用轉爐生產軸承鋼氮含量比電爐生產軸承鋼N含量低，因此對于轉爐煉鋼來說，減少氮化鈦夾雜，比電爐煉鋼相對容易一些。

國外已將鈦列入[O]+[Ti]對軸承性能的影響進行了研究，研究表明當[O]+[Ti]≤18×10-6，壽命比普通軸承鋼材提高約2倍，說明低O和低Ti有利于軸承壽命的提高，國外將鈦列入[O]+[Ti]對性能的影響進行研究也足以表明降鈦含量的重要性。

有關文獻認為鋼中氮含量為 60ppm，則應控制鈦含量≤ 27ppm；當鋼中氮含量增加到 80ppm，則應控制鈦含量≤ 20ppm。

軸承鋼GB/T18254-2016標準要求優質鋼Ti含量控制在≤0.0050%，高級優質鋼Ti含量控制在≤0.0030%，特級優質鋼Ti含量控制在≤0.0015%。

減少軸承鋼中TiN夾雜，有三種途徑：1、減少鋼中N含量；2、減少鋼中Ti含量；3、同時減少鋼中N和Ti含量。顯然第3種途徑最佳。第1種途徑最經濟，第2種途徑經濟性位于第1種和第3種之間。

軸承鋼冶煉中的鈦含量60%來自鐵合金，優選的鈦鉻鐵是當前各鋼廠降低軸承鋼鈦含量的主要方法。

鈦是一種較強的脫氧劑，根據鋼中氧含量的不同程度可以氧化成 TiO、 TiO2、Ti2O3、Ti3O5。因此可以通過控制電爐或轉爐鋼中氧含量，來降低鋼中的鈦含量。

研究表明隨著鋼中酸溶鋁含量的增加，鋼中的鈦含量明顯增加，同時資料也表明隨著爐渣中SiO2含量增加，鋼液中與其平衡的鈦含量是下降的。

采用電爐或轉爐氧位≥500ppm 以上控制，減少精煉過程含鋁脫氧劑使用量，提高精煉爐渣中SiO2含量，即降低精煉爐渣堿度，有利于對鋼液中鈦含量控制。

但是從軸承鋼脫氧角度認為，電爐或轉爐高氧含量出鋼、降低鋼液中酸溶鋁含量、降低精煉爐渣堿度均不利于控制鋼液中氧含量。

為了滿足以上要求，可采取優選鈦鉻鐵，電爐或轉爐高氧位控制，精煉過程減少脫氧劑 Al使用量，保持成品鋼中低Al含量（Al含量：0.010～0.020%），降低鋼中Ti含量；為了降低鋼中的O含量，精煉前期使用高堿度（CaO/SiO2≥5）精煉渣，SiC脫氧，精煉后期加入石英砂或硅灰石，降低精煉渣堿度（堿度=1～3），進一步降低鋼水中的Ti含量，同時RH真空脫氣和中間包、澆鑄過程做到保護澆注，防止吸氣，從而降低鋼中N含量，減少鋼中的TiN夾雜物。

3、結語

   1）控制鋼中大顆粒夾雜物，在電爐或轉爐加Al粒沉淀脫氧和LF精煉過程加入SiC擴散脫氧以及RH過程真空脫氣來降低O含量，軸承鋼中少Al控制，Al含量控制在0.010-0.020%范圍之內，Ca含量控制在≤0.0010%，煉鋼過程爐渣成分要少CaF2或無CaF2，同時中間包連澆爐數也不能太多，從而減少鋼中的大顆粒夾雜物。

   2）控制鋼中TiN夾雜物，可采取優選鈦鉻鐵，電爐或轉爐高氧位控制，精煉過程減少脫氧劑 Al使用量，成品鋼中低Al控制（Al含量：0.010～0.020%），精煉前期使用高堿度（CaO/SiO2≥5）精煉渣，SiC脫氧，精煉后期加入石英砂或硅灰石，降低精煉渣堿度（堿度=1～3），RH真空脫氣和中間包、澆鑄過程保護澆注，降低鋼中的Ti含量和N含量，從而減少鋼中的TiN夾雜物。