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。     

低碳钢和中碳钢连铸方坯初始凝固的对比研究

以低碳钢和中碳钢为研究对象,围绕不同连铸工艺参数对方坯初始凝固行为的影响,利用CA-FE耦合模型模拟实际连铸过程结晶器内方坯的初始凝固行为,考察拉速和过热度对方坯出结晶器坯壳厚度的影响,对比二者出结晶器横截面枝晶微观形貌.研究表明:过热度和拉速增加均能使出结晶器坯壳厚度下降,而拉速的影响更为显著.不同钢种在相同条件下出结晶器坯壳厚度下降梯度不同.过热度越低柱状晶越致密细小,利于提高连铸坯质量,拉速对柱状晶的影响相对较小.由于出结晶器坯壳安全厚度限制,过热度取15℃,低碳钢拉速不能超过2.2 m·min^-1,中碳钢拉速不能超过2.5 m·min^-1,据此针对不同钢种设计不同拉速可提高连铸效率.同时,模型结果显示低碳钢出结晶器时刻柱状晶更为发达.     

二冷强度对连铸小方坯凝固过程影响规律的数模研究

针对连铸小方坯的中心疏松等质量缺陷,建立了凝固传热数学模型,以研究二冷强度对连铸小方坯凝固过程的影响规律,优化二冷制度,改善铸坯质量.本文基于射钉和测温实验所建立的小方坯凝固传热模型精细度较高,用此模型深入研究二冷喷嘴的数量和喷射范围对小方坯凝固传热的影响;经验证,模拟结果与实测结果误差在1.7%以内.利用该模型定量分析了二冷强度对铸坯温度,凝固坯壳厚度和凝固终点的影响规律.结果表明,随着二冷强度的增大,二冷区内的铸坯表面中心温度降低,而进入空冷区后则逐渐趋于一致.二冷强度每增加10%,足辊段出口处温度平均降低8℃,二冷一段出口处温度平均降低10.75℃,二冷二段出口处温度平均降低10.75℃,二冷三段出口处温度平均降低9.75℃,铸坯凝固终点缩短约0.168 m.     

微量铋合金对易切削钢中MnS形貌的影响

 利用Q500图像分析仪和JSM6480LV型扫描电镜研究了微量元素Bi对S-Bi易切削钢中的MnS长宽比的影响规律。结果表明,Bi在易切削钢中以3种形态存在：单独存在于钢基体中、被硫化物包裹和介于钢基体与硫化物之间。S-Bi易切削钢铸锭中w（TO）分别为0.032%,0.022%和0.024%,Bi质量分数分别为0.0002%、0.0010%和0.0020%时,MnS的长宽比均在1.0~1.6,低于硫系易切削钢的1.2~3.2（w（TO）为0.030%）。在锻造比为2.25时,钢中MnS的长宽比增长率低于1.0,且MnS夹杂物的变形率随Bi含量增加而降低。钢中Bi金属在钢锭锻造过程中可起到抑制硫化物变形的作用。     

MnS形态和轧制参数对高硫易切削不锈钢430F成材率的影响

采用了扫描电镜、超高温激光共聚焦显微镜、Gleeble-3500等试验设备结合专业图像处理软件分析了430F钢轧材的开裂原因,各元素的改质效果及机理以及高温力学性能.结果表明,430F钢中MnS形态控制较差,长条状MnS所引起的细小裂纹是造成轧材开裂的主要原因;镁改质形成的细小MnS·Al2O3·MgO以及碲改质形成的...     

方坯连铸过程中拉速波动对结晶器液面波动影响的研究

通过从现场S20C中碳钢小方坯24 h连铸生产的结晶器液面波动和拉速波动数据,绘制了结晶器液面即时位置、液面波动曲线和拉速波动曲线,并用薄铁片测量了结晶器液渣层的厚度和形状。讨论了拉速波动对结晶器液面波动的影响。结果表明,结晶器液面波动随拉速的增加或降低而变剧烈,拉速变化在一定程度上影响了结晶器液面波动,但不是惟一的影响因素。     

结晶器振动参数对连铸坯表面质量的影响

针对电炉钢连铸 130mm× 130mm、15 0mm× 15 0mm、15 0mm× 2 10mm方坯表面出现的振疤、振沟对轧材表面质量的影响 ,在现有正弦振动模式下结合工业性试验对影响铸坯表面质量的负滑脱率、负滑脱时间、振动频率、结晶器导前等结晶器振动参数进行优化。实验表明 ,随负滑脱率 (负滑脱时间与振动周期之比 )降低 ,铸坯表面趋于平整 ,消除了沟形振痕。 15 0mm× 15 0mm方坯在拉速 2 0～ 2 8m min ,负滑脱率 33% ,振频 130～ 180 min ,负滑脱时间 0 13～ 0 16s ,振程设置 9 6～ 10 2mm时 ,明显改善了铸坯表面质量     

IF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究

IF钢连铸开浇过程头坯洁净度水平较低,目前各企业一般将开浇坯作判废或降级处理,这导致了产品质量不稳定,成材率低等问题.为研究IF钢非稳态开浇阶段连铸坯的洁净度水平及优化措施,采用现场取样、检测分析及数值模拟计算相结合的方法,分析了IF钢开浇阶段不同拉速变化曲线条件下连铸坯沿拉坯方向的洁净度变化规律.通过实验检测发现沿拉坯方向头坯T[O]、[N]及显微夹杂物含量呈现明显下降趋势,距离头坯头部6 m处T[O]含量为13×10^-6,接近正常坯水平,距离头坯头部7 m处[N]含量约为19×10^-6,接近正常坯水平,开浇工艺对于连铸坯T[O]、[N]及显微夹杂物含量影响不大.匀速、前快后慢和前慢后快三种拉速工艺条件下,大型夹杂物在距离头坯头部2 m处的质量分数约为0.2 mg·kg^-1,但之后均存在不同程度的大型夹杂物数量波动现象,而前快后慢工艺影响范围最小,在5.5 m后均达到正常水平.通过数值计算同样发现,前快后慢的提拉速工艺条件下产生的头坯洁净度更快地接近正常坯洁净度水平(约开浇430 s后,对应拉坯5 m).基于本文研究,...     

连铸工艺参数对45#、70#钢铸坯冶金效果影响的探讨

通过对45#、70#钢铸坯低倍组织情况的分析以及连铸工艺参数的总结，探讨出钢水过热度、拉速、塞棒自动控制、二冷配水及电磁搅拌等连铸工艺参数对铸坯低倍组织的影响。通过对45#、70#钢中心碳偏析分析，表明随着钢中碳含量升高，连铸拉速、钢水过热度的增加，铸坯中心碳偏析有增大趋势。     

Effect of Zr addition on morphology characteristics of MnS inclusions in medium carbon high sulfur free cutting steel

In order to improve the morphology characteristics of MnS inclusions in medium carbon high sulfur free-cutting steel, Zr alloy with different contents were added into the 2kg vacuum induction furnace in laboratory, and the characteristics of oxides and sulfides in steel with different Zr additions were investigated with scanning electron microscope and energy dispersive spectrometer (SEM-EDS). The formation mechanism and process of different MnS inclusions were analyzed with thermodynamic software Thermo-Calc. The results show that sulfides in the experimental steel without Zr element are mainly type II MnS with cluster morphology and a small number of type I MnS with large size, and the size and spatial distribution of the sulfides are extremely uneven. After adding 0.0015 mass% of Zr element, the sulfides in the steel are mainly distributed along the grain boundary with cluster morphology. Complex sulfides account for only 01%. As the Zr content further increases to 0.0051 mass%, fine and pure ZrO2 particles are generated in the steel, which provides a sufficient oxide nucleus for MnS formation, weakens the distribution behavior of sulfides in grain boundary polymers, and improves the distribution uniformity of sulfides. Thus, oxides in steel can be used to improve the morphology of sulfides even under the condition of high S/O ratio. The key is to obtain second phase particles with fine size and efficient nucleation ability.     

中高碳铝镇静钢形成MnS塑性夹杂的工艺开发与实践

 为提高中高碳钢产品的抗疲劳性能,利用中高碳钢的成分特点,研究开发了中高碳铝镇静钢中MnS以Al₂O₃为形核质点的非均质形核工艺,将钢中Al₂O₃脆性夹杂用塑性MnS包裹,解决了疲劳应力钢因脆性非金属夹杂引起的疲劳断裂问题。通过对微细、弥散Al₂O₃夹杂生成条件、MnS非均质形核析出热力学条件的研究,开展了钢中关键元素的成分设计、精炼及连铸集成工艺的设计与开发。工业实践表明,低活度氧条件下进行铝终脱氧可以形成3～5 μm微细弥散的Al₂O₃夹杂,并作为非均质形核的核心在二次枝晶晶间的凝固末端析出弥散、细小的粒状MnS;通过梯度脱氧、真空碳脱氧以及保护浇铸等操作可以有效稳定控制钢中全氧含量,提高钢水洁净度,成品T[O]质量分数平均为0.000 618%,较原工艺的0.000 739%降低了16%;成品的夹杂物中MnS及MnS包裹Al₂O₃夹杂所占比例大于96%,与世界领先产品的夹杂物控制水平相当,考虑到产品使用过程中Al₂O₃夹杂外部的MnS包裹层必须足够厚,塑性夹杂才能起作用,建立了MnS “有效包裹率” 的概念,当硬相夹杂物被MnS包裹且硬相夹杂物的最大半径不大于MnS包裹部位半径的1/2时,认为MnS对硬相夹杂物实现了“有效包裹”;MnS塑性夹杂工艺可明显提高材料的疲劳性能,成品的平均断裂韧性为83.47 MPa·m1/2,较原工艺的67.31 MPa·m1/2提高了24%。     

车轴钢铸锭中MnS的生成、长大、熟化规律分析

 为降低大尺寸MnS夹杂物引起的车轴磁粉探伤不合格率,利用第二相析出理论以及铸锭凝固数值模拟计算相结合,计算分析了车轴钢铸锭中MnS生成、长大、熟化规律。计算结果显示,MnS形核核心尺寸与熟化过程尺寸增加均为纳米级,凝固过程MnS的长大决定凝固完成时MnS粒子直径,理论计算得到车轴钢铸锭竖直中心线上冒口、中心、底部位置对应的MnS长大后尺寸分别为156.35、107.37和94.96 μm,中心处MnS尺寸为连铸工艺条件下的2倍,与实际检测结果相符。钢锭凝固过程缓慢是MnS易于长大的直接原因,显著区别于连铸过程。在现有工艺条件下,为控制车轴钢模铸钢MnS尺寸,关键在于降低钢液硫质量分数以及控制硫偏析。控制车轴成品中MnS夹杂物不超过1.5级,需降低钢液中w([S])至0.004 3%以下。     

二冷强度和两种断面对82B钢铸坯中心碳偏析的影响

研究了240mm×180Fnrn的82B钢矩形坯和150mm×150mm的82B钢小方坯的二次枝晶臂间距和中心碳偏析情况,结果表明：相同二冷比水量下气雾冷却的冷却强度较喷水冷却的冷却强度提高1倍;对于小方坯,增加二冷比水量,二次枝晶臂间距减小,能够改善中心碳偏析;小方坯采用末端电磁搅拌,增加等轴晶改善中心碳偏析的效果优于减小二次枝晶臂间距。较大断面矩形坯比小方坯中心碳偏析明显严重,增加二冷强度对改善矩形坯中心碳偏析无明显影响,末端电磁搅拌可减少矩形坯中心碳偏析,但其偏析指数仍高于小方坯。     

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。     

减轻铸坯中心偏析的动态二冷技术优化

介绍某厂在直弧型板坯连铸机生产中碳钢过程中,通过对动态二冷技术和参数进行研究优化,完善动态连铸控制工艺,使中碳钢连铸坯中心偏析得到明显改善,B级偏析率平均由15．91％下降到12．28％。     

非调质钢中MnS的析出与长大

摘要：在立式电阻炉内熔化45MnVS钢,分析了水冷和空冷2种冷却方式下试样中MnS的形貌特征,并对试样中MnS的析出与长大进行了热力学和动力学计算。结果表明：水冷试样中MnS的平均尺寸为1.14μm,最大尺寸为7.80μm;空冷试样中MnS的平均尺寸为2.19μm,最大尺寸为8.78μm。钢液凝固过程中,MnS在固相分率达到0.69时析出;在相同固相分率下,水冷试样比空冷试样中MnS的尺寸小。固相分率小于0.97时,S元素为MnS长大的控制元素,固相分率大于0.97时,Mn元素为MnS长大的控制元素。计算所得水冷试样和空冷试样中MnS最终尺寸分别为5.27和9.54μm。     

铜对中碳硅锰钢连续冷却相变的影响

 为了探索含铜中碳硅锰钢连续冷却转变过程中的相变规律,采用DIL805L型膨胀仪研究了铜对中碳硅锰钢连续冷却过程中显微组织和硬度的影响,借助高分辨透射电镜研究了连续冷却过程中含铜相的析出行为。结果表明,在中碳硅锰钢的连续冷却过程中,铜的加入使得铁素体转变的孕育期延长,且降低贝氏体和马氏体开始转变温度。富铜颗粒在铁素体中弥散析出,细化连续相变组织。冷却速度小于21 ℃/s时,含铜中碳硅锰钢由于富铜颗粒析出以及贝氏体和马氏体组织增加引起显微硬度增加。当冷却速度大于21 ℃/s时,铜反而会降低钢中贝氏体和马氏体组织的显微硬度。     

硫化锰形态控制改善亚包晶钢高温塑性的试验研究

在连铸生产过程中,亚包晶钢板坯角部裂纹的发生率较高,严重影响连铸物流和质量。从连铸板坯窄面取样做不同温度下拉伸试验,并在实验室参照钢种成分控制高锰硫比、低锰硫比和低锰硫比下的微量镁处理,从铸锭取样制成高温拉伸样,做对比高温拉伸试验,测定试样在各个温度点的断面颈缩率,观察断口,进行金相分析,观察夹杂物形态。试验得出：该类钢种在800-860℃间出现低塑性,致铸坯在矫直过程中形成角部裂纹。钢种低塑性是由于MnS夹杂物降低了奥氏体晶界初生铁素体相的强度,通过控制MnS形态,特别是钢水经微量镁处理以后,MnS夹杂物得到细化和球化,有效改善了该钢种在该温度区间的高温塑性。该试验结果运用于宝钢连铸生产实践,有效控制了角裂的发生,实现热送。