中高硫钢中硫化锰夹杂物控制技术

 近年来,随着制造业的不断升级发展,对节能环保的要求越来越高,对于一些用于复杂零部件制造的钢种,为了降低在制造加工过程中的能耗,通常向钢中加入易切削元素(硫、碲、铅)来改善其切削加工性能。添加一定的硫是目前最常用的改善手段。硫在钢中主要以MnS形式存在,其形貌及分布控制水平对钢材力学性能有重要影响。对于中高硫钢,硫化锰属于塑性夹杂,在析出过程中易发生聚集长大,并且容易在轧制过程中沿拉轧方向变形,成为大尺寸长条状,这类大尺寸MnS会严重破坏材料的横向性能。为保证中高硫钢的钢材性能,需要对钢中MnS夹杂的形貌及分布进行控制,目标是避免大尺寸MnS的产生,尽可能得到细小、均匀分布的纺锤状MnS夹杂。MnS夹杂控制是一个系统的问题,必须联系整个工艺流程进行。总结了部分合金元素、工艺参数对MnS夹杂析出的影响规律,并综述了近年来在整个生产流程中的MnS夹杂控制实践,包括精炼过程的改性处理、复合析出控制,凝固过程控制和控轧控冷控制,并指出,对于如非调质易切削钢等中高硫钢中的MnS形貌及分布控制,如何将实验室研究成果落实于工业生产是广大研究者未来共同努力的方向。     

稀土在低硫16Mn钢中的作用

长条状的MnS夹杂对钢的横向韧塑性极为不利。喷吹Si—Ca或加入RE,通过脱硫和变质硫化物的作用,都可显著地消除其危害。喷吹Si—Ca变质硫化物的程度与钢中Ca/S有关。喷吹Si—Ca后加入少量RE,有利于控制MnS完全变质,此时钢中所需的RE/S可明显低于3。在大幅度脱硫的基础上加入少量RE,是使钢材韧塑性获得稳定大幅度提高的一条有效途径。     

Ce-La合金化处理对取向硅钢夹杂物特征的影响

 为了研究稀土处理对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助FE-SEM/EDS和图像分析软件分析了稀土处理前后热轧取向硅钢夹杂物的成分、形貌、尺寸和数量并解明了影响机理。研究结果表明,未添加稀土的试验钢中,典型的夹杂物为形貌不规则的MnS-AlN复合夹杂物以及片状或条状的AlN夹杂物;添加稀土后,夹杂物则以球状或椭球状的CeS-LaS、CeS-LaS-AlN、Ce₂O₂S-La₂O₂S复合夹杂物和AlN夹杂物为主。稀土处理有效改善了夹杂物形貌,特别是大尺寸氮硫化物的形貌特征,未检测到MnS类夹杂物。尽管加入较多的稀土后夹杂物数量增加,大于5 μm夹杂物的平均尺寸增大量明显(增大0.89 μm),但整体夹杂物的平均尺寸仅增大了0.40 μm。由于稀土的脱硫作用,且稀土硫化物与AlN晶格常数差异大,钢中氮硫化物的数量密度和面积分数降低。稀土降低了AlN在钢中的平衡溶度积,使AlN夹杂物提前析出,导致AlN夹杂物数量增多,且先析出的AlN出现一定程度的长大。稀土对MnS在凝固前沿的析出有抑制作用,有利于热轧和常化过程析出更多用作抑制剂的MnS和AlN。在充分脱氧的取向硅钢中适当降低钢中酸溶铝含量,调整稀土在钢中的用量,在不增加钢中大尺寸夹杂物含量的前提下,发挥MnS、AlN抑制剂作用和Ce-La合金化作用。此外,通过稀土处理控制钢中夹杂物形貌特征,将有望达到改善钢的热轧组织和轧制加工性能的目的。     

S含量对高速车轮钢性能和夹杂物的影响

 研究了S含量对高速车轮钢性能和夹杂物的影响。借助扫描电镜（SEM）对车轮钢中MnS,Al2O3等夹杂物进行了观察和统计分析,结果表明：随着S质量分数的增加（0.002%~0.014%）,车轮钢的强度基本保持同一水平但冲击韧性先增加后降低,在S质量分数为0.011%时韧性最优。其原因在于S含量的增加可以有效地促进塑性较好的MnS对硬性的Al2O3相的包裹,从而改善钢的韧性;但S含量过度增加则导致MnS量过多,反而对韧性不利。     

钢液钙处理过程有效钙硫比对303 t超大钢锭中硫化物形貌的影响

通过工业实验研究了钙处理对303 t的16Mn重型管板铸锭中硫化物形貌的控制.未钙处理的锻件缺陷主要分布在轴向上靠近顶部、径向上在距中心1/2以内位置,缺陷主要为大尺寸Ⅱ类MnS夹杂物.采用Micro-CT检测了铸锭顶部中心位置MnS夹杂物三维分布,夹杂物为长条状和片状,数密度为0.77 mm^-3,最大直径为1370μm.在真空脱气后对钢液进行钙处理,钙处理不仅将钢液中原生Al₂O₃夹杂物改性为液态钙铝酸盐,并且钙会在钢液凝固和冷却过程中优于锰先与硫结合生成CaS.通过FactSage热力学计算得到,钙处理将MnS夹杂物的析出温度由1244.7℃降低至1227.9℃,同时减少了MnS夹杂物析出量.钙在改性硫化物之前先改性了钢中氧化物,因此提出了有效钙硫比Ca/Seff.用来表征钙处理对硫化物形貌的影响,Ca/Seff.的含义为改性硫化物的有效钙和钢中硫的原子浓度比,可以直接根据钢液的总氧T.O含量、总硫T.S含量和总钙T.Ca含量计算得到,此公式适用于硫质量分数小于30×10^-6的低硫钢.随着钢中C...     

含Ca汽车控制臂用钢中复合硫化物控制机理

 汽车控制臂由于形状复杂,切削量大,部分汽车控制臂用钢在加入质量分数0.03%硫元素的基础上,又进一步添加了少量钙元素,希望将钢中常见的细长条状MnS转变为纺锤状(Ca, Mn)S以增加零件的切削性能。然而,硫质量分数为0.03%时,钙元素在钢液中的溶解度很低,冷却和凝固过程单一的纯(Ca, Mn)S生成量极少。因此,提出了利用钢液中生成的含CaO类的氧化物来诱导(Ca, Mn)S在其外围形核长大,形成大量双层结构复合硫化物的形貌控制机理。为了研究最佳双层结构复合硫化物形成机理,选取了3炉不同冶炼工艺的汽车控制臂用钢,利用带能谱分析的电子扫描显微镜观察了铸坯和轧材中典型复合硫化物形貌、成分特征,并手动测量了其尺寸,最后利用热力学软件FactSage计算了钢中夹杂物的生成行为。研究结果表明,当钢中不进行钙处理时,复合硫化物内部氧化物主要为Al₂O₃或低MgO比例的镁铝尖晶石,外围硫化物为纯MnS,轧制后成细长条状。当钢中进行钙处理后,可以得到两种不同类型的复合硫化物。一种内部氧化物中CaO组元含量较高,外围硫化物主要是高CaS比例的(Ca, Mn)S,基本不变形,成典型的D类或Ds类形貌;另一种核心氧化物中CaO组元低,外围硫化物主要是低CaS比例的(Ca, Mn)S,轧制后成纺锤状。控制钙处理后钢液氧化物中合适的CaO比例使得氧化物既具有高效的硫化物形核能力,又能促进合适CaS比例的(Ca, Mn)S在其外围生成,这是钢中得到大量纺锤状双层结构复合硫化物的关键。当钢中Ca/S比约为0.07时,外围硫化物中的钙元素质量分数为2%~5%最为理想。     

重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析

 采用无水有机溶液电解法分离提取重轨钢中的MnS夹杂物,采用扫描电镜观察铸坯内和钢轨中MnS夹杂物的三维形貌,并结合能谱仪分析其成分。铸坯被轧制成钢轨后,相应的MnS夹杂物都沿着轧制方向被轧制成长条状。基于热力学和动力学模型,分析重轨钢中MnS夹杂物析出行为以及在钢液凝固过程中锰元素和硫元素偏析的程度。热力学分析表明,MnS夹杂物在凝固末期凝固分数为0.94时开始析出,其析出量由初始[w([Mn])]和初始[w([S])]决定,且在凝固过程受到冷却速率的影响,对比发现,热力学的计算析出结果与Thermo-Calc和FactSage6.4的计算结果有较好的一致性;动力学分析表明,在钢液凝固过程增加冷却速率,凝固析出的MnS颗粒尺寸将减小。通过调整钢中[w([Mn])]和[w([S])]以及改变冷却速率,可以控制MnS的析出时机和形态,减小其对钢性能的有害影响。     

微量碲对38MnVS6钢中MnS夹杂物塑性变形的影响

摘要：为探究微量碲改质对钢中硫化物塑性变形的影响机制,对38MnVS6非调质钢中MnS夹杂物进行了微量碲改质工业试验,并探讨了碲对钢中MnS夹杂物的改质机制和塑性变形行为的影响。结果表明,微量碲改质能明显降低试验钢铸坯中硫化物的长宽比,碲改质后不同变形量的轧材中硫化物评级亦有所改善;钢中碲主要固溶于MnS,形成Mn(S,Te)固溶夹杂物,当碲浓度达到析出过饱和度时,以MnTe形式析出于MnS表面并形成MnS MnTe夹杂物;碲良好的硫化物形态调控效果是由于形成显微硬度更高、相对塑性更低的Mn(S,Te)夹杂物;而夹杂物在大变形量轧制条件下的真应变增幅减小导致碲改质后试样中夹杂物的相对塑性反而有所增加;长条状硫化物夹杂在轧制时可能发生先碎化再经历Ostwald熟化的过程。     

硫系、碲系、铅系易切削钢组织及硫化物对比分析

易切削钢中的夹杂物和组织是影响其切削性能的重要因素,为开发环保型无铅易切削钢,并探究其与含铅易切削钢中组织及硫化物的差异,采用光学显微镜和电子显微镜对1215MS(硫系)、1215Te(碲系)及12L14(铅系)易切削钢中基体组织和硫化物夹杂进行了对比观察与统计分析,结合非水溶液电解法分析了Pb、Te两种元素对钢中夹杂物形貌的影响。结果表明:3种易切削钢基体中组织均为铁素体、珠光体;碲能降低MnS夹杂物长宽比,其长宽比在1～3之间的比例为57%,高于硫系易切削钢1215MS的40%以及铅系易切削钢12L14的33%;碲在易切削钢中生成MnTe,使轧制后的MnS的形貌趋于球状、椭球状、纺锤状,改质作用显著,而铅在易切削钢中以铅单质存在,对硫化物的改质效果有限。     

稀土对连铸板坯质量的影响

一、前言近年来随着国内大型连铸板坯的生产,高效率连轧带钢由于连续单向轧制和严格的低终轧温度的控制,使钢中夹杂物,特别是硫化物(MnS)在热加工过程中沿轧制长度方     

国内外钙处理含硫钢中硫化物的特征和分布

为了对比国内外硫化物的控制水平，利用扫描电镜观察和分析了国内外含硫钢中硫化物的特征和分布。结果表明，国外含硫钢硫化物变形程度小、分布均匀，国内含硫钢中硫化物的变形程度大，存在聚集现象；硫化物类型主要有单一MnS和复合硫化物，复合硫化物主要可分为外围高CaS含量的(Ca, Mn)S和低CaS含量的(Ca, Mn)S 2种类型，核心氧化物都为CaO-MgO-Al₂O₃。与国内相比，国外含硫钢中单一MnS数量更少，纵横比更低，低CaS含量的复合(Ca, Mn)S数量更多，核心中w(CaO)/w(Al₂O₃)更低。增大钢中低CaS含量的(Ca, Mn)S比例，将有利于降低单一MnS的数量和尺寸，实现这一目标的关键在于氧化物核心的控制。     

真空感应熔炼的脱硫方法

一般来说,硫是钢中有害杂质,硫化物夹杂会严重影响钢的性能,如增加热加工脆性倾向、降低钢的各向同性、增加钢板层状撕裂倾向、降低抗硫化氢侵蚀等等。以往真空感应熔炼难以有效地去除硫,常采用低硫原料来控制钢中硫含量。     

碲处理控制Y15易切削钢中MnS夹杂物形貌

 为了研究碲对钢中MnS夹杂物形貌的影响,针对Y15高硫易切削钢,利用SEM-EDS扫面电镜,结合FactSage热力学计算,分析了不同碲质量分数对钢中MnS夹杂物形貌、尺寸、长宽比的影响,同时探讨了稀散金属碲对MnS夹杂物形貌控制的机理。研究结果表明,钢液中加碲后,在MnS夹杂物的外环形成了碲、锰、铁的复合相。钢中加碲后MnS夹杂物的形貌和分布大幅度改变,当碲硫比为0.05时,链状MnS夹杂物大幅度减少,球状MnS夹杂物数量增加;当碲硫比增加到0.2时,链状MnS夹杂物基本消失;当碲硫比增加到0.5时,MnS夹杂物形貌的变化不再明显。钢中加碲显著降低了MnS夹杂物的长宽比,控制MnS夹杂物长宽比最合适的碲硫比为0.2。FactSage计算结果表明,MnTe的生成温度为1 900 ℃,在MnS的析出温度下,MnTe是作为液态夹杂物存在的。在凝固过程中,MnTe和MnS发生固溶现象,由于MnTe为液态,两者形成的固溶体会趋于球形生长。     

钛合金改善X80管线钢中硫化物析出的研究

管线钢中的 MnS 对管线钢的韧性、焊接性能、应力腐蚀断裂等性能都有着不可忽视的影响.以不同 S 含量的 X80 管线钢为研究对象,通过加入不同的 Ti 含量控制 MnS 的生成,使其生成 Ti4 C2 S2 .运用 Factsage 软件模拟计算,探讨了 Ti 含量对 MnS 析出的影响,计算得到了不同 S 含量下 Ti4 C2 S2 析出时的临界 Ti 含量.在实验室条件下,制作了不同 Ti、S 含量下的试样,采用 SEM、EDS 观察不同条件下试样中夹杂物的形貌、尺寸和成分变化.研究表明,管线钢中加入 Ti 合金可以使 MnS 转化生成 Ti4 C2 S2 ,且 随 钢 中 S 含 量 的 提 高 其 要 求 转 化 生 成Ti4 C2 S2 的 Ti 含量也需提高.     

钢中硫化锰夹杂控制的机理分析与工业实践

钢中MnS夹杂的控制是一个涉及到包括冶炼、凝固、加热和轧制过程等多工序，需要多变量协同控制的系统工程。详细论述了国内外MnS夹杂的研究现状，阐述了不同元素、热处理和轧制工艺对MnS夹杂的影响机理；整理总结了当前MnS夹杂的工艺控制措施，通过采用合适的脱氧工艺提高凝固前沿氧含量、降低精炼渣碱度、采用合适的钙处理工艺、采用低碱度中间包覆盖剂、提高二冷水量加强冷却、降低电磁搅拌强度等方式能够有效地控制MnS夹杂形貌、尺寸和数量。近年来，针对MnS夹杂的变性处理和弥散化分布等控制难点，提出了一些新思路，即向钢液中添加Mg、Ca-Mg、Zr、Ce、Te等元素能够有效控制钢中MnS夹杂形貌、尺寸和数量。     

中碳高硫易切削钢中Zr添加对MnS夹杂物形貌特征的影响

摘要：为改善中碳高硫易切削钢中MnS夹杂物形貌特征,在2kg真空感应炉开展了钢中添加Zr金属的试验。利用SEM-EDS研究了不同Zr含量下钢中氧化物和硫化物的形貌特征,并利用Thermo-Calc软件分析了中碳高硫易切削钢中不同种类MnS的形成过程和机制。结果表明：不添加Zr元素的试验钢中,硫化物主要为簇状形貌的II类,以及少量大尺寸的I类,尺寸和空间分布都很不均匀。加了质量分数为0.0015%的Zr元素后,钢中硫化物基本上是以沿晶界分布的簇状形貌存在,复合硫化物占比只有0.1%。随着Zr质量分数进一步增加至0.0051%,钢中主要生成细小的、纯ZrO2氧化物粒子,为硫化物提供了大量形核核心,减弱了硫化物在晶界聚集的分布行为,提高了硫化物的分布均匀性。试验结果表明,高硫氧比条件下,同样可以利用钢中氧化物粒子改善MnS形貌,关键是得到细小尺寸、高效形核效果的第二相粒子。     

电工钢中钛的行为研究

为了提高电工钢的磁性能,需要促进晶粒长大和防止存在小晶粒。一般是注重氧化物、氮化物和硫化锰的存在。但是,通过采用具有夹杂物分析功能的扫描电镜的研究发现,钢中添加元素Ti后,在钢中形成大量Ti的硫化物、Ti与MnS复合物、TiAl等。含Ti的复合硫化物主要是TiS-MnS。为了提高电工钢中Mn和Al的利用率,降低夹杂物量,提高磁性能,降低电工钢中S和Ti含量是比较恰当的方法。     

原位观察MnS对非调质钢拉伸性能各向异性的影响

利用激光共聚焦扫描显微镜原位观察S质量分数为0.065%的非调质钢纵向与横向拉伸过程中MnS的行为,研究MnS形貌与分布对非调质钢各向异性的影响.原位观察表明锻后钢中存在大量长条形MnS,横向与纵向拉伸过程中MnS长度方向与拉力方向取向不同.横向拉伸过程中MnS更易与基体分离产生裂纹,裂纹随MnS长度方向扩展长大,最终导致基体的断裂.MnS在纵向拉伸时不易与基体分离,因此对纵向拉伸性能影响较小.钢中群聚分布的MnS有利于裂纹的聚合长大,会促进基体的断裂.     

加热过程钢中夹杂物演变的研究进展

 夹杂物的控制一直是洁净钢领域研究的重要课题,对保证钢材质量和产品性能至关重要。近年来,对夹杂物的研究已由传统的精炼、连铸等工序中的调控扩展到再加热、热轧等热加工过程。为了充分认识再加热过程钢中夹杂物的演变行为,得到加热过程夹杂物的控制策略,综述了国内外关于加热过程钢中MnS、TiN和氧化物等夹杂物演变的研究现状,分别从加热过程夹杂物形貌、尺寸、成分变化以及夹杂物演变机理等几个方面进行了总结介绍,展望了加热过程夹杂物演变在氧化物冶金技术中的利用,以期为夹杂物在铸坯热加工过程的控制研究和热加工工艺的合理调控提供参考。     

稀土铈对55SiCr高应力弹簧钢夹杂物的改性作用

 55SiCr高应力弹簧钢主要用于制造交通工具的气门、悬架和制动弹簧,钢中的大颗粒复合夹杂物所引起的疲劳破坏和长条形MnS所造成的各向异性与氢致裂纹敏感性等是降低弹簧服役寿命的重要原因。从冶炼环节对此类夹杂物进行改质改性并使其细小、无害化是提高弹簧服役性能的重要途径。基于高温管式炉冶炼试验并结合SEM、EDS检测和热力学计算等方法探究了稀土铈对55SiCr钢中夹杂物的改性机制以及铈含量对夹杂物的影响规律。结果表明,钢水中加入铈后,首先生成大量小尺寸稀土夹杂物;随着反应进行,夹杂物数量逐渐减少,大多数夹杂物得以上浮去除。适量铈可以起到净化钢液作用。此外,铈的添加量对夹杂物特性影响很大。当铈添加量为0.02%时,钢中的夹杂物主要为被铈不同程度改性的MnS夹杂以及Ce-O-S、Ce-S类夹杂,尺寸大多为1~3 μm,呈球形或椭球型;当铈添加量增加至0.26%时,MnS夹杂消失,形成大量有棱角、不规则的Ce-O和Ce-O-S类夹杂,对钢的疲劳性能将产生不利影响。铈通过3种方式改性MnS夹杂, 从MnS四周向内扩散进行、从MnS夹杂物一侧改性以及从MnS中部开始改性。从控制夹杂物无害化角度,建议适宜的稀土添加量为0.01%~0.02%,此时钢中铈质量分数为0.009%~0.014%。