Effect of Refining Slag Basicity on the Molten Steel Cleanliness of GCr15SiMn Bearing Steel

Zhang Guolei; Guo Yunfei; Qiu Mian; Chen Gang; Cheng Guoguang; Zhang Tao

doi:10.20057/j.1003-8620.2024-00286

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Effect of Refining Slag Basicity on the Molten Steel Cleanliness of GCr15SiMn Bearing Steel

Smelting and Solidification | 更新时间：2025-09-11

- Effect of Refining Slag Basicity on the Molten Steel Cleanliness of GCr15SiMn Bearing Steel
- Special Steel Vol. 46, Issue 5, Pages: 32-38(2025)
- 作者机构：
  
  1.智能采矿装备技术全国重点实验室，太原 030032
  2.山西太重智能采矿装备技术有限公司，太原 030032
  3.北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2024-00286
  CLC： TF135
- Received：29 December 2024，
  
  Revised：2025-02-06，
  
  Accepted：06 February 2025，
  
  Published：30 September 2025
- 稿件说明：
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张国磊,郭云飞,邱免等.精炼渣碱度对GCr15SiMn轴承钢钢液洁净度的影响[J].特殊钢,2025,46(05):32-38.

Zhang Guolei,Guo Yunfei,Qiu Mian,et al.Effect of Refining Slag Basicity on the Molten Steel Cleanliness of GCr15SiMn Bearing Steel[J].Special Steel,2025,46(05):32-38.
张国磊,郭云飞,邱免等.精炼渣碱度对GCr15SiMn轴承钢钢液洁净度的影响[J].特殊钢,2025,46(05):32-38. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00286.

Zhang Guolei,Guo Yunfei,Qiu Mian,et al.Effect of Refining Slag Basicity on the Molten Steel Cleanliness of GCr15SiMn Bearing Steel[J].Special Steel,2025,46(05):32-38. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00286.

摘要

通过实验室渣-钢平衡实验和热力学模型计算，研究不同精炼渣碱度对GCr15SiMn轴承钢洁净度的影响。采用三种不同精炼渣碱度（分别为6.32、5.28和4.27）与相同成分的钢试样分别进行了渣-钢平衡实验。实验结果显示，精炼渣碱度为4.27的实验组钢中

［O］和

［Mg］均为最低（分别为0.000 6%、0.000 9%），且夹杂物数量密度最小（0.31个/mm

），在钢液洁净度控制方面展现出优异效果。同时，还发现该实验组对应的炉渣中SiO

和FeO的变化量也为最小，表明降低初始精炼渣碱度有助于快速达到渣-钢冶金反应平衡，减少钢中夹杂物的生成。热力学模型计算进一步证实，降低精炼渣碱度可提高SiO

与Al

的活度对数比，抑制Al与炉渣中SiO

反应，降低SiO

向钢液传氧。最后，将实验结果应用于工厂实践。结果表明，适当降低精炼渣碱度能够显著提升GCr15SiMn轴承钢的钢液洁净度。这项研究为冶炼高洁净度轴承钢的工业实践提供了较为有力的理论支持和指导。

Abstract

This article studies the effect of different refining slag basicity on the cleanliness of GCr15SiMn bearing steel by combining laboratory slag-steel equilibrium experiments and theoretical calculations. Slag-steel equilibrium experiments were conducted with three different refining slag basicity ratios （6.32，5.28 and 4.27 respectively） and steel samples with the identical chemical composition.The experimental results show that the experimental steel group with a basicity of 4.27 had the lowest oxygen and magnesium contents （0.000 6% and 0.000 9%， respectively）， and the smallest number density of inclusions （0.31 per mm²）， demonstrating excellent performance in controlling molten steel cleanliness. Additionally， the changes in SiO

and FeO in the corresponding slag for this experimental group were also the smallest， indicating that reducing the initial refining slag basicity helps to quickly achieve equilibrium in the slag-steel metallurgical reaction and reduce the formation of inclusions in the steel. Further calculations using the slag-steel equilibrium thermodynamic model confirmed that reducing the refining slag basicity can increase the logarithmic ratio of SiO

to Al

， inhibit the reaction between Al and SiO

in the slag， and reduce the transfer of oxygen from SiO

to the molten steel. Finally， the experim

ental results were applied to factory practice. The results showed that appropriately reducing the refining slag basicity can significantly improve the cleanliness of the GCr15SiMn molten steel. This research provides strong theoretical support and guidance for the industrial practice of smelting high-cleanliness bearing steel.

关键词

Keywords

references

Uesugi T . Recent development of bearing steel in Japan ［J］. Tetsu-to-Hagane ， 1988 ， 74 （ 10 ）： 1889 - 1894 .

Lund T ， Åkesson J . Oxygen content， oxidic microinclusions， and fatigue properties of rolling bearing steels ［M］. Effect of Steel Manufacturing Processes on the Quality of Bearing Steels［ J］. ASTM International100 Barr Harbor Drive， PO Box C700， West Conshohocken， PA 19428- 2959 ， 1988 ： 308 - 330 .

Wakoh M ， Sawai T ， Mizoguchi S . Effect of S content on the MnS precipitation in steel with oxide nuclei ［J］. ISIJ International ， 1996 ， 36 （ 8 ）： 1014 - 1021 .

Suito H ， Inoue R . Thermodynamics on control of inclusions composition in ultra-clean steels ［J］. ISIJ International ， 1996 ， 36 （ 5 ）： 528 - 536 .

Iwamasa P K ， Fruehan R J . Effect of FeO in the slag and silicon in the metal on the desulfurization of hot metal ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 1997 ， 28 （ 1 ）： 47 - 57 .

Sridhar S ， Cramb A W . Kinetics of Al 2 O 3 dissolution in CaO-MgO-SiO 2 -Al 2 O 3 slags： in situ observations and analysis ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2000 ， 31 （ 2 ）： 406 - 410 .

Liu C Y ， Gao X ， Ueda S ， et al . Composition changes of inclusions by reaction with slag and refractory： A review ［J］. ISIJ International ， 2020 ， 60 （ 9 ）： 1835 - 1848 .

Yoon B H ， Heo K H ， Kim J S ， et al . Improvement of steel cleanliness by controlling slag composition ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2002 ， 29 （ 3 ）： 214 - 217 .

Ma W J ， Bao Y P ， Wang M ， et al . Influence of slag composition on bearing steel cleanness ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2014 ， 41 （ 1 ）： 26 - 30 .

徐匡迪，肖丽俊 . 特殊钢精炼中的脱氧及夹杂物控制［J］. 钢铁， 2012 ， 47 （ 10 ）： 1 - 13 .

周德光，傅　杰，王　平，等 . 高质量轴承钢的生产技术［J］ . 中国冶金， 2000 ， 10 （ 6 ）： 14 - 17 .

吴翔宇，董丙成，王梓菲，等 . La-Ce对GCr15轴承钢中夹杂物的改质效果及机理［J］. 特殊钢， 2024 ， 45 （ 2 ）： 39 - 45 .

Eguchi J ， Fukunaga M ， Sugimoto T ， et al . Manufacture of high quality case-hardening low alloy steel for automobile use ［C］// Proceedings of the Sixth International Iron and Steel Congress . Nagoy ： ISIJ international ， 1990 ： 644 - 650 .

葛金朋，李　晶，史成斌，等 . 高碱度精炼渣对GCr15轴承钢洁净度的影响［J］. 钢铁， 2016 ， 51 （ 11 ）： 30 - 35 .

成田貴一，牧野武久，松本洋，等 . 溶銑中シリコンの酸化反応機構［J］. 鉄と鋼， 1983 ， 69 （ 15 ）： 1722 - 1729 .

赵沛 . 高品质钢冶炼工艺及关键技术［M］. 北京：冶金工业出版社， 2024 .

张国磊 . 模铸GCr15SiMn轴承钢高洁净化冶金机理及关键工艺［D］. 北京：北京科技大学， 2024 .

Zhang G L ， Cheng G G ， Zhang T ， et al . Evolution of oxide inclusions and cleanliness control in Al-killed GCr15SiMn bearing steel during secondary refining process ［J］. Ironmaking & Steelmaking： Processes ， Products and Applications， 2024 ， 51 （ 2 ）： 152 - 162 .

Deng Z Y ， Zhu M Y . Deoxidation mechanism of Al-killed steel during industrial refining process ［J］. ISIJ International ， 2014 ， 54 （ 7 ）： 1498 - 1506 .

Ohta H ， Suito H . Activities in CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 slags and deoxidation equilibria of Si and Al ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 1996 ， 27 （ 6 ）： 943 - 953 .

Chen S H ， Jiang M ， He X F ， et al . Top slag refining for inclusion composition transform control in tire cord steel ［J］. International Journal of Minerals， Metallurgy and Materials ， 2012 ， 19 ： 490 - 496 .

He X F ， Wang X H ， Chen S H ， et al . Inclusion composition control in tyre cord steel by top slag refining ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2014 ， 41 （ 9 ）： 676 - 684 .

Liu Z H ， Song G D ， Deng Z Y ， et al . Effect of slag adjustment on inclusions in Si–Mn-killed steel during ladle furnace （LF） refining process ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2021 ， 48 （ 8 ）： 893 - 900 .

张鉴，成国光，王力军，等 . 冶金熔体和溶液的计算热力学：金属熔体·炉渣熔体·熔盐·熔锍·水溶液·有机溶液·总结、计算方法和程序［M］. 北京：冶金工业出版社， 2007 .

Zhang G L ， Cheng G G ， Wang Y P ， et. al . A thermodynamic model of the Ti distribution behavior between slag and molten steel during LF refining process ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2022 ， 49 （ 7 ）： 679 - 69 .

朱苗勇，邓志银 . 钢精炼过程非金属夹杂物演变与控制［J］. 金属学报， 2022 ， 58 （ 1 ）： 28 - 44 .

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