电炉与转炉流程50Mn环件非金属夹杂物的对比分析

利用ASPEX夹杂物分析仪分别对转炉与电炉冶炼环件进行了夹杂物定量分析,从夹杂物数量、种类和尺寸等方面对两种冶炼方式下的夹杂物情况进行了对比分析,结果表明,环件用钢的夹杂物主要有MnS类、氧化物+TiN类以及MnS+氧化物类三种,且氧硫复合型夹杂物占绝大多数,转炉钢中的硫化物比例较高,而电炉钢中的氮氧化物类夹杂物比例较高;电炉钢环件中的大尺寸夹杂物数量明显少于转炉钢环件,但是电炉钢环件中氮氧化物这类脆性夹杂物所占大尺寸夹杂物比例显著升高。     

齿轮钢锻件关键区域氧化物和硫化物夹杂的分布特征

齿轮是机械传动的关键结构部件,为了改善齿轮的服役性能,提高疲劳寿命,需要清楚齿轮钢中的夹杂物类型、数量、尺寸、分布。采用夹杂物自动扫描仪、氧含量分析手段、扫描电镜对齿轮钢锻件不同位置进行夹杂物评估。结果表明:铸件中心位置TO质量分数较高,为10×10~(-6),对应小尺寸夹杂物数量较多,而大尺寸夹杂物在关键区域的分布较多。钢中氧化物夹杂主要为Al_2O_3、Al_2O_3复合类的尖晶石和钙铝酸盐复合夹杂物,且尺寸较大,分布不均匀,对齿轮钢关键区域的影响较大。钢中硫化物夹杂分布均匀,尺寸较小,热力学计算表明,该类夹杂在凝固过程中凝固率g0.44时,MnS开始析出,通过控制硫化物夹杂析出及分布有助于改善齿轮钢质量。     

齿轮钢锻件关键区域氧化物和硫化物夹杂的分布特征

摘要：齿轮是机械传动的关键结构部件，为了改善齿轮的服役性能，提高疲劳寿命，需要清楚齿轮钢中的夹杂物类型、数量、尺寸、分布。采用夹杂物自动扫描仪、氧含量分析手段、扫描电镜对齿轮钢锻件不同位置进行夹杂物评估。结果表明：铸件中心位置TO质量分数较高，为10×10-6，对应小尺寸夹杂物数量较多，而大尺寸夹杂物在关键区域的分布较多。钢中氧化物夹杂主要为Al2O3、Al2O3复合类的尖晶石和钙铝酸盐复合夹杂物，且尺寸较大，分布不均匀，对齿轮钢关键区域的影响较大。钢中硫化物夹杂分布均匀，尺寸较小，热力学计算表明，该类夹杂在凝固过程中凝固率g＞0.44时，MnS开始析出，通过控制硫化物夹杂析出及分布有助于改善齿轮钢质量。     

Mg脱氧对船板结构钢中夹杂物的影响

研究了Mg脱氧对于船板结构钢中微米级夹杂物演变行为的影响.钢中典型夹杂物是中心为氧化物、外围为MnS的复合夹杂物.随着钢中Mg含量的增高,独立氧化物和独立硫化物的数量减少,氧化物和硫化物的复合夹杂物数量增多,同时夹杂物的尺寸减小、数量增加.随着钢中Mg含量从0升高到27 ×10^-4％、38×10^-4％、99 ×10^-4％,夹杂物中心氧化物成分的变化趋势是：Al2O3→（Mg-Al-Ti-O）→MgO.     

国内外23CrNi3Mo钎具钢洁净度的差异

通过国内外23CrNi3Mo钎具钢的洁净度对比，找出在冶金环节上与国外钎具钢的差距，并对国外钎具钢中夹杂物的生成机理进行了理论热力学计算。结果表明，国外钎具钢的洁净度较高，易偏析元素砷、磷等含量远低于国内钎具钢；夹杂物的类型主要以单独的Mg Al O类夹杂物和Mg Al O外包裹MnS类夹杂物为主，夹杂物的尺寸主要为0～3 μm；纵截面上MnS夹杂物具有很明显的拉长现象，且具有很好的熔断效果，宽度为1 μm左右，纵横比为3～6。国内钎具钢中夹杂物主要为单独的Mg Al O类夹杂物和Mg Al O外包裹(Ca,Mn)S类夹杂物，尺寸以3～6 μm为主；纵截面上，单独的(Ca,Mn)S沿轧制方向几乎不变形。热力学计算表明，MnS类夹杂物的两次析出是导致Mg Al O类夹杂物的包裹率达到70%、复合类夹杂物尺寸较小的主要原因。     

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。     

含硫齿轮钢20CrMnTiH中硫化物对切削性能的影响

在不同切削速度(200～230 m/min)和切削深度(0.5～2 mm)下试验研究了普通20CrMnTiH齿轮钢(0.006%S)和含硫20CrMnTiH齿轮钢(0.031%S)的切削性能。结果表明,随切削速度增大,刀具的磨损增大,在200 m/min,0.031%S钢是0.006%S钢刀具的使用寿命的2.8倍;在230 m/min,0.031%S钢是0.006%S钢刀具使用寿命的2.6倍;随切削深度增加,切削力增加,但在相同切削深度下,0.031%S钢的切削力低于普通0.006%S钢;由于0.031%S钢存在≤6μm的MnS夹杂,使切屑易断,并硫化物夹杂能够包裹Al₂O₃尖晶石夹杂,减少刀具磨损,提高钢材的切削性能。     

镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质研究

摘要：20MnCr5齿轮钢通常有较好的疲劳性能及切削性能,而钢中夹杂物是影响这些性能的重要因素。为了研究镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质行为和规律,开展了相应的工业实验,采用金相显微镜、扫描电镜以及非水溶液电解腐蚀技术对铸坯和轧材进行了分析。结果表明：镁处理后,钢液更加洁净,夹杂物数量变少,尺寸也变小;以Al2O3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂,转变为以MgO·Al2O3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂物,且复合夹杂物的占比从4.2%提高到8.3%。对轧材进行分析,发现镁的加入使20MnCr5轧材中长条状的硫化物更加短小弥散,硫化物的细系评级从2.5级显著降低到1.5级;由于复合夹杂物内部硬质MgO·Al2O3核心抑制了轧制过程中夹杂物的变形,使夹杂物保持球形或椭球形。     

镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质研究

20MnCr5齿轮钢通常有较好的疲劳性能及切削性能,而钢中夹杂物是影响这些性能的重要因素。为了研究镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质行为和规律,开展了相应的工业实验,采用金相显微镜、扫描电镜以及非水溶液电解腐蚀技术对铸坯和轧材进行了分析。结果表明:镁处理后,钢液更加洁净,夹杂物数量变少,尺寸也变小;以Al_2O_3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂,转变为以MgO·Al_2O_3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂物,且复合夹杂物的占比从4.2%提高到8.3%。对轧材进行分析,发现镁的加入使20MnCr5轧材中长条状的硫化物更加短小弥散,硫化物的细系评级从2.5级显著降低到1.5级;由于复合夹杂物内部硬质MgO·Al_2O_3核心抑制了轧制过程中夹杂物的变形,使夹杂物保持球形或椭球形。     

EH36船板钢生产过程中夹杂物成分的变化

对采用"BOF→LF→RH→CC"工艺生产EH36船板钢过程中的夹杂物进行了研究.用SEM-EDS分析了试样中的夹杂物形貌和成分,用FactSage软件计算了夹杂物的析出情况.研究表明:LF进站钢液中夹杂物主要为SiO2,试样中的MnS是在试样凝固过程中形成的.Ca处理后,液态夹杂物数量增多.经过RH处理后,夹杂物中A...     

钙、镁在含硫钢中硫化物变性过程中的作用

 为了保证含硫钢的切削性能,同时改善MnS对钢材造成的各向异性,通常对MnS进行变性处理。对含硫钢分别进行了镁处理和钙处理试验,分析了这两种处理方式对钢中夹杂物尺寸和成分的影响。镁处理有利于在钢中形成更加细小的Mg-Al-O氧化物夹杂。在钢液凝固过程中,Mg-Al-O夹杂可以作为MnS的形核核心,减少MnS沿晶界析出的数量;Mg-Al-O氧化物核心外围包裹的Mg-Mn-S中的镁主要来源于氧化物核心中的镁向外层MnS中的扩散。钢经过钙处理后,形成的Ca-Al-O氧化物作为MnS的形核核心;氧化物核心外围包裹的Ca-Mn-S主要是由钢液中溶解的钙进入外层包裹的MnS中所形成;复合硫化物中的钙进一步向氧化物核心中扩散,使核心中钙质量分数逐渐升高。     

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。     

钙处理对20CrMo齿轮钢硫化物夹杂的影响

在热力学计算的基础上,分析了20CrMo含硫齿轮钢钙处理的工艺条件,并对某厂钙处理后的含硫齿轮钢轧材进行了取样研究。结果表明,RH破空后钙处理的钢水中,硫化物和钙铝酸盐能结合生成复合纺锤状和低熔点夹杂;同时,钙处理前钢中w(O)控制在10×10-6以下,可使加入的钙充分对Al2O3、硫化物进行变性,并有利于形成以MnS为核心的氧硫复合夹杂;而且钢水铝脱氧后调整钢中w(AlS)=0.015%～0.025%,并在温度较高时喂Si-Ca线,可减少凝固过程中硫的偏析。该厂通过钙处理工艺生产的含硫齿轮钢夹杂物形貌良好,各项性能均达到客户的要求。     

碲处理对20CrMnTi齿轮钢中MnS夹杂物改性效果

 为了研究碲处理对钢中MnS夹杂物形貌的影响,利用SEM-EDS扫描电镜,研究了20CrMnTi钢中添加高纯碲粉后MnS夹杂物的改性效果。试验结果表明,碲处理使钢中夹杂物的平均长宽比由3.17降至1.83,球化效果较为明显;当碲硫比控制在0.33时,不同硫含量的钢中夹杂物形貌有明显差异,硫质量分数为0.21%的钢中,形成了MnS镶嵌在碲化物中的大型夹杂,而在硫质量分数为0.11%的钢中,形成了碲化物包裹MnS的复合夹杂;当碲硫比为3.21时,发现钢中出现了单独存在的高碲相,MnS外层的碲化物层也较厚,改性率仅为8.75%,这表明高碲硫比并不能提高硫化物改性的数量。     

氧含量对硫系易切削钢切削性能的影响

研究了氧含量对硫系易切削钢中硫化物夹杂及对切削性能的影响。结果表明：在一定范围内,钢中氧含量越高越有利于改善切削性能,其原因是氧含量高时,钢中会形成大量的纺锤形（Mn、Fe）（S、O）复合夹杂物。在切削过程中,这类硫化物能割断基体的连续性,在刀具表面形成一层保护膜,从而降低刀具的磨损。实验室切削试验表明：w（O）=0．014％时,硫系易切削钢的切削性能优于45钢,能够获得理想的切削性能。     

界面理论在夹杂物尺寸演变中的作用

以铝镇静钢为研究对象,在120t钢包内分别进行了镁处理和钙处理试验,对比了钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸和分布.结果表明:镁处理试验炉次TO的去除率超过50％,钙处理炉次仅为30％,证明镁处理净化钢液效果更为明显;镁处理可将Al2O3迅速变质为尖晶石或MgO,夹杂物分布弥散,尺寸细小且基本不随时间延长而增大;钙处理对夹杂物的变质速度稍慢,夹杂物数量先增加后降低,尺寸降低不明显.界面理论计算表明,在同一体系内,将Al2O3变质为尖晶石比变质为铝酸钙具有更低的界面自由能,即镁处理可获得比钙处理更小的夹杂物尺寸,证明了精炼过程中夹杂物成分控制的重要性.     

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。     

Evolution of MnS inclusions in Ti-bearing X80 pipeline steel

Studies show that manganese sulfide(MnS)inclusions in pipeline steel affect the lateral performance of steel in its rolling deformation,as well as the hydrogen-induced cracking and sulfide stress corrosion cracking resistance performance.To inhibit the precipitation of MnS and its effect on pipeline steel,a quenching experiment and a diffusion couple experiment,which investigated the evolution of MnS inclusions in Ti-bearing X80 pipeline steel,were conducted.The experimental results show that the transformation of the MnS inclusions during solidification is as follows:MnS→titanium sulfide(TiS)→Ti_4C_2S_2.The transition temperatures of MnS to TiS and TiS to Ti_4C_2S_2 are 1 673 and 1 273 K,respectively,and the overall size of the sulfide decreased as well.Thermodynamic calculation results confirm that the transition temperatures of MnS to TiS and TiS to Ti_4C_2S_2 are 1 623 and 1 203 K,respectively.When the sulfur content in the X80 pipeline steel is 0.001 5%,all the sulfur in the steel can be converted into Ti_4C_2S_2 with a titanium content of more than 0.02%.