高铁轴承用钢应具有优良的质量及性能,电渣重熔作为一种二次精炼的方法,可以有效地提高轴承钢的凝固组织性能。在电渣重熔过程中,轴承钢的原始组织特征很可能会一直遗传到最终的产品上,从而造成高铁轴承的质量性能变化以及服役安全性问题。本文以高铁用GCr15轴承钢为研究对象,模拟了电渣重熔的凝固传热特点、熔池形状变化以及凝固组织特征,并分析了不同工艺参数的影响规律。利用低倍组织观察试验验证了模拟结果的准确性,深入研究了GCr15轴承钢质量性能与凝固组织之间的关系。本文主要的研究内容和结论如下:通过Pro CAST软件建立了GCr15轴承钢电渣重熔的凝固传热模型,得到了电渣锭温度场和熔池液相率的分布特征,讨论了工艺参数的影响。模拟结果显示:冷却强度越大,电渣锭温度降低,熔池液相率减小。渣池温度越高,电渣锭温度越高,液相率越大。随着重熔速度的增大,钢锭温度下降的速度减慢,同一电渣锭高度下的金属熔池液相率增大。利用软件的CAFE模块在凝固传热模型的基础上建立微观组织模型,得到了不同钢锭高度下的凝固组织特点、晶区分布情况以及熔池深度与钢锭半径之比h/R的变化规律,并且深入探究了工艺参数的影响。结果表明:随着冷却强度的增大,h/R逐渐减小,晶粒尺寸变大且等轴晶率减小。渣池温度升高,h/R增大,凝固组织尺寸增大,等轴晶率减小。重熔速度越大,h/R越大,晶粒尺寸变大。为了改善轴承钢电渣锭的凝固组织性能,提升高铁轴承的服役寿命,应在保证熔池深度的前提下,尽量降低冷却强度和渣池温度,采用低熔速铸造。开展GCr15轴承钢电渣重熔生产试验并对钢锭进行低倍组织观察,试验结果与模拟结果基本一致。为了进一步探究凝固组织与质量性能之间的关系,对电渣钢锭进行化学成分偏析检测、高倍组织观察和硬度检测等试验。结果表明:柱状晶向中心等轴晶转变的区域内C、Cr元素含量较多,表层细晶区和柱状晶区的共同区域内C、Cr元素含量较少。中心等轴区内珠光体分布均匀,柱状晶区内出现针状铁素体,表层细晶区内组织为尺寸细小的珠光体。电渣锭底部平均硬度要稍大于顶部平均硬度,且底部硬度分布更加均匀。中心等轴晶区内的硬度较高,柱状晶区内的硬度明显变小,表层细晶区的硬度又逐渐增大。论文研究丰富了GCr15轴承钢电渣重熔控制技术的基础理论,并对改善轴承钢的凝固组织性能和提高我国高铁轴承质量与服役可靠性具有工程指导意义。