摘要：Cr5支撑辊用钢属于高铬、高碳、高淬透性过共析钢，其服役工况极为苛刻。通过优化电炉精准配料工艺，并建立保温炉反应动力学模型，可为后续精炼工序提供成分精准可控的高品质钢液。针对精炼过程中夹杂物的演变规律，开发了配套的调控技术；在LF白渣形成、VD破空等关键节点取样，借助扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析手段，系统表征了夹杂物的三维形貌特征及物相组成。文章研究结果表明，白渣形成阶段，夹杂物转变为Al2O3-SiO2-MnO三元复合相；VD破空阶段，夹杂物则演化形成球形Al2O3-CaO复合相。基于上述系列技术措施，成功冶炼出满足性能要求的Cr5支撑辊用钢锭。

　　关键词：Cr5；支撑辊；模铸锭

　　支撑辊主要承担工作辊和中间辊的支撑作用[1]，其服役工况极为严苛，长期处于高温环境并承受高交变载荷作用，因此对支撑辊的表面耐磨和整体耐疲劳性能均提出了严苛要求[2]。失效分析结果表明，支撑辊在服役过程中的失效形式多由钢中存在的大尺寸夹杂物诱发[3-4]，因此在冶炼过程中对夹杂物的控制至关重要。目前5%Cr含量服役占比较高，化学成分如表1所示，8%Cr和10%Cr也有相应发展[5]。

　　以某公司Cr5支撑辊为例，其用71t钢锭锻制。采用2MHz探头检测，辊身表面波检测不允许有开口裂纹和非金属夹杂等缺陷。夹杂物按照《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》GB/T 10561—2023标准评定。71t模铸锭研制难度较大，国内大型企业均采用真空浇注技术制备钢锭[6]，行业内利用下注锭生产71t辊类锻件用钢锭的情况不多。

　　1电炉冶炼

　　电炉根据Cr5化学成分配料，废钢优先选用自产返回料头和自产废钢。对选用废钢进行分类管理，利用便携光谱仪进行成分检测。出钢控制碳含量，避免钢水过氧化。利用该公司电炉成分控制模型[7]，计算出电炉出钢成分，C 0.10%~0.14%，Si 0.01%，Mn 0.12%~0.15%，Cr 0.25%~0.28%。实际电炉出钢的成分如表2所示，然后根据计算出的电炉出钢成分为保温炉配料，废钢选用原则与电炉相同。

　　2保温炉冶炼

　　构建保温炉气渣钢三相耦合反应模型，计算各元素氧化烧损规律，传质系数经验公式[8]（1）~（4）：

　　从表3可看出，C、Si、Mn、Cr烧损率分别为8.5%、51%、20%、14.6%。氧化物绝大部分形成渣系组分，少量留在钢中形成氧化物夹杂，典型MnO-SiO2类型夹杂物就是在这个阶段产生的。出钢前取渣样，利用X荧光仪测渣组成。渣系中的组元配比与元素的烧损规律基本一致，其中配入的碳含量多，渣中FeO含量低，Si、Mn、Cr的烧损规律与模型计算的基本一致。

　　3精炼炉冶炼

　　电炉炼钢过程配入经过模型计算好的合金和渣料，然后钢包进站精炼岗位。到站后测温，然后送电升温化渣，渣白且温度高于1600℃后，一次取样；之后加合金调成分，精炼过程成分的变化，如表4所示。

　　从表4可看出精炼过程钢水中硅、铝的变化趋势，Si从0.18%上升至0.35%，Al从0.081%下降至0.027%，Si的来源是脱氧用碳化硅，其被Al还原，精炼过程取渣样，用X射线荧光仪检测，渣成分如表5所示。　

　　由表5可知，渣系碱度CaO/SiO2从渣白的6~7升至LF终的9~10。从表4可知钢水中的铝LF进站后最高0.081%，随着铝氧化为氧化铝进入渣中，渣中的二氧化硅还原成硅进入钢中，钢中铝呈下降趋势，钢中的硅从LF进站0.18%上升至0.35%。

　　4精炼过程夹杂物演变

　　为了研究夹杂物在冶炼过程的变化规律，在冶炼白渣、VD破空两个阶段取样，利用扫描电镜和能谱观察分析夹杂物的形态和成分。

　　LF白渣夹杂物的形貌如图1所示。缺陷尺寸为5~15μm。存在形态不规则，无明显球形特征的夹杂物。

　　LF白渣时，夹杂物的主要成分表如表6所示，其中（a，c）夹杂物为Al-Mn-Si类氧化物夹杂物，是钢中常见的非金属夹杂物，其形成与脱氧工艺密切相关。这类夹杂物主要由钢液中的氧与铝、硅、锰反应生成，并在后续冶炼过程中进一步演变；其中（b，d，e）含有一定量的MgO，来源于钢包耐火材料碳镁砖炉衬，形成镁铝尖晶石类夹杂物。

　　图2和表7显示，VD破空阶段，夹杂物成分变化明显。夹杂物均呈球状，尺寸为5~10μm，（a）所示夹杂物主要成分为SiO2-MnO2-Al2O3，并含有Ti、Cr元素，此为脱氧产物形成的复合夹杂物；图（b）~（e）中夹杂物以Al2O3-CaO为主，同时观察到MgO、SiO2夹杂的存在，此为精炼后期夹杂物反应与上浮的结果。夹杂物的形状由不规则的球形演变为球形。

　　从LF白渣到VD破空夹杂物的演变可以看出，Al、Si、Mn脱氧生成的Al2O3-SiO2-MnO夹杂物，在LF精炼过程Al2O3上浮至渣中，成为渣系的组员，SiO2和MnO逐渐被钢中的Al还原至钢中，变为以Al2O3-CaO为主球状夹杂物。

　　5结论

　　综上所述，文章通过电炉-精炼全流程工艺优化，系统解决了钢水纯净度控制难题，重点突破夹杂物形态调控关键技术。

　　（1）电炉冶炼精准控制超低磷，采用高碱度（R≥4.0）氧化泡沫渣工艺，实现脱磷效率提升40%，磷含量稳定控制在≤0.005%。基于开发的电炉成分控制模型，通过终点碳-氧双联控技术，将出钢碳含量波动范围控制在±0.02%，避免钢水过氧化。

　　（2）精炼过程夹杂物演变调控多阶段表征技术，在LF精炼白渣、VD破空取样，采用扫描电镜和能谱分析，揭示夹杂物三维形貌特征。渣白形成Al2O3-SiO2-MnO三元复合相；VD破空生成球形Al2O3-CaO复合物球状夹杂物。

参考文献

　　［1］何川，张延玲，王冠博，等.Cr3和Cr5系支承辊大型锻件脱氧工艺研究［J］.江西冶金，2024，44（1）：25-33.

　　［2］俞誓达，陈菡.我国轧辊业现状及发展中应重视的问题［J］.钢铁，2007（7）：1-6.

　　［3］张少华.Cr5支承辊锻件无底波缺陷分析［J］.大型铸锻件，2019（3）：52-54.

　　［4］张冀，贾宝瑞.在轧辊检测中应用涡流和表面波复合探伤［J］.冶金管理，2020（5）：30+32.

　　［5］贾蓉，李旭东，李俊琛，等.我国Cr5系钢支承辊工艺研究进展［J］.热加工工艺，2013，42（9）：62-65.

　　［6］葛春钰.Cr5大型钢锭冶炼工艺优化研究［D］.沈阳：东北大学，2015.

　　［7］温培建,程林,江昆,等.电弧炉冶炼风电主轴用钢终点碳精准控制模型研究［J］.山西冶金，2025，48（4）：125-126.

　　［8］张威风.Cr5轧辊锻件夹杂物探伤缺陷特征及关键冶金工艺研究［D］.北京：北京科技大学，2024.