生成规律分析：CaO·nAl2O3夹杂物

CaO在炼钢过程中是一种普通的相，但在钢中并不能发现单独的CaO相的存在。CaO相与渣中的其他成分、耐火材料或与钢本身反应形成富CaO相，这也就是为什么石灰作为一种单独的相加入钢中，而在钢中没有直接发现这种相的原因，即熔渣很容易与其他成分反应，形成含CaO相的化合物，如硅酸钙、铝酸钙等。钢液中CaO含量过高，在炼钢温度下，当氧含量也较高时，存在着如下反应：

即CaO将被钢中C、Si、Al还原为Ca进入钢液，在钢液凝固过程中，与钢中的Al、O结合生成钙铝酸盐mCaO·nAl₂O₃，即发生如下反应：

且随着钢中Ca含量的不同，mCaO·nAl₂O₃组成也不同。当Ca含量较高时，将由CaO·6Al₂O₃转变为12CaO·7Al₂O₃，而12CaO·7Al₂O₃型夹杂物的热膨胀系数比基体钢低得多，这种夹杂物在热压力加工时既不变形，也不会破碎，降低了轴承的疲劳性能。在mCaO·nAl₂O₃系中，随着二者比例的不同，可以形成不同的化合物：3CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃、CaO·Al₂O₃、CaO·2Al₂O₃、CaO·6Al₂O₃，它们有较规则的形状，通常呈球形。在很多情况下，mCaO·nAl₂O₃钙铝酸盐的外表面有CaS沉淀下来，形成CaS壳。实际上观察到的钙铝酸盐夹杂物的成分可在相当宽的范围内变化，而且各种铝酸钙中的CaO可被MnO、FeO、MgO等部分替代，Al₂O₃可被Fe₂O₃、Cr₂O₃部分替代。钙铝酸盐夹杂物多见于用钙处理的铝脱氧钢中，合成渣渣洗的轴承钢中也出现过钙铝酸盐夹杂物。大多数钙铝酸盐夹杂物为球形，经压力加工后不变形，如图3-43所示。(www.xing528.com)

图3-43 疲劳断口裂纹源上的CaO·Al₂O₃铝酸钙夹杂物形貌

外面包裹一层CaS壳，尺寸为40μm。

在碱度不大于3.0的情况下，钢中C、Si、Al就不具备还原CaO的条件，钢液中钙含量（质量分数）低于20×10^-6时，在结晶凝固过程中，不足以补充钙含量低的CaO·6Al₂O₃型夹杂物向钙含量高的12CaO·7Al₂O₃型夹杂物的转变。因此，冶炼轴承钢时不能采用Ca或Ca-Si作脱氧剂，否则钢中必将产生危害性极大的DS类球状夹杂物，使其疲劳寿命大幅下降。但碱度过低，虽然夹杂物的性质和形态能得到明显改善，相应地，SiO₂含量就高，而SiO₂不稳定，将导致钢中氧含量增加，且碱度过低的炉渣脱硫能力差，从而造成夹杂物的增加。因此，精炼渣的碱度一般控制在2.0～3.0较合适。