镁对非调质钢中组织及硫化物的影响

摘要：为了探究不同镁含量对非调质钢中组织和硫化物形态、尺寸、分布及成分的影响，采用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜、小样电解等方法，分析了经高温电阻炉冶炼不同镁添加量的49MnVS3非调质钢。结果表明，由于镁蒸气压较高，在实验室冶炼中大量挥发，导致钢中镁的实际平均收得率仅为310%；镁的质量分数为0～22×10-6时，随着镁的质量分数的增加，钢中硫化物形态由Ⅱ类逐渐向Ⅰ类、Ⅲ类转变；钢中硫化物尺寸增大，硫化物的分布均匀性得到显著改善；钢中复合夹杂物比例明显增加，但MnS的比例出现下降；形成了细小弥散的氧化物，增加了奥氏体形核质点，具有细化组织的趋势。     

硫含量对中碳非调质钢中硫化物及组织的影响

利用真空感应炉冶炼了不同硫含量的中碳非调质钢,研究了S含量对非调质钢中硫化物形态分布及显微组织的影响．结果表明:在0．025％~0．065％范围内,随S质量分数的增加,非调质钢中硫化物的数量增多,偏聚分布现象加重;晶内铁素体比例随之升高,组织得到细化．通过热力学计算及相图信息研究了硫化物的类型转变．S含量增加时第Ⅲ类MnS在凝固末期以离异共晶形式较早析出,剩余液相中的S在凝固结束时以共晶形式析出为第Ⅱ类MnS．单独MnS以及MnS-V（C,N）复合硫化物均可作为晶内铁素体的有效形核核心,促进铁素体的生成．      

镁和镁钙处理对非调质钢中硫化物形态的影响

采用定量金相和能谱仪等手段,研究了镁处理和镁钙复合处理对38MNS6非调质钢中硫化物的形态、尺寸和分布的影响.结果表明:变质处理使铸态硫化物由Ⅱ类向Ⅲ类和Ⅰ类转变,改善了硫化物的分布,但尺寸有所增大.热变形时硫化物的变形度,随硫化物中变质元素含量的降低或硫化物尺寸的增加而增加.镁钙复合处理改善硫化物分布的效果较好.     

镁处理对1215易切削钢中夹杂物的影响

 1215易切削钢中硫化物夹杂不仅影响钢的切削性能,对钢性能的各向异性以及产品质量问题也有重要影响,对钢中硫化物夹杂的调控是改善产品品质的重要途径。采用镁处理技术,对钢中硫化物夹杂的形态、大小和分布进行调控,解析镁对夹杂物的改质影响。通过高温熔炼试验,冶炼不同镁含量的钢锭,采用光学显微镜、扫描电镜及小样电解技术对钢中夹杂物的二维及三维形态和分布进行分析,并结合热力学计算解析夹杂物改质机制。研究表明,镁具有较强的脱氧能力,可改变钢中硫化物形态和分布。钢中镁质量分数从0增加至0.000 6%、0.001 7%,夹杂物形态首先从Ⅰ类球形、椭球形转变至Ⅱ类沿晶分布的簇状、串链状、珊瑚状,然后再转变为多面体形或不规则块状的的Ⅲ类硫化物。镁质量分数进一步增加至0.002 7%,镁对夹杂物的形态、尺寸、分布影响不再显著。钢中的MnS在熔融液态中不会析出,主要在凝固过程固液两相区析出,其析出温度为1 502.0 ℃,对应的凝固分率为0.409。凝固过程中部分MnS会以钢中氧化物夹杂为异质形核点析出,形成内部氧化物、外部硫化物的复合夹杂。钢中Al₂O₃经镁改质转变成为更加细小弥散分布的MgO·Al₂O₃,改质后夹杂物不易聚集长大,成为更多的MnS析出异质形核点,从而促进了MnS析出,夹杂物整体数量密度增大,平均等效直径减小。     

国内外含硫易切削非调质钢成分及显微组织分析

对国内外含硫易切削非调质钢进行了对比研究,结果表明:国内钢样中硫含量明显高于国外,Als、氮含量稍低,总氧质量分数基本一致(约为11×10-6);国内外钢样中显微组织基本一致,都是由沿晶分布的铁素体和珠光体所组成,国外钢晶粒较为粗大,国内钢晶粒相对细小;国外钢样中硫化物呈弥散状分布,形态趋于纺锤形,而国内钢样中硫化物分布不均匀,形态趋于细长形.     

8620RH非调质钢全流程洁净度研究

通过Aspex全自动扫描电镜观察"电炉→LF→VD→连铸"工艺生产8620RH非调质钢的全流程夹杂物变化情况,结合钢水中T.O、氮含量的检测结果,分析了冶炼过程中钢液洁净度的变化趋势。研究表明:8620RH非调质钢样品中氧化物夹杂的主要成分是Al_2O_3-Mg O-Ca O,以Al_2O_3为主。增硫操作之后,夹杂物中CaO含量降低,硫化物和氧硫化物含量明显升高。冶炼过程夹杂物中MgO含量逐渐升高,每个工序冶炼后期的样品中含MgO夹杂物数量均明显高于该工序初期,未检测到大尺寸的镁铝尖晶石类夹杂物。采用铝脱氧方式生产的8620RH非调质钢铸坯中平均w(T.O)=10.1×10-6,达到了很高的洁净度,氧化物夹杂数量较少,尺寸较小。铸坯和轧材中氧化物类夹杂物数量均在10个/mm~2以下。轧材中硫化物多以包裹在氧化物外部的形式存在,有利于提高产品的综合性能,但轧材中存在较大尺寸的硫化物,可以适当提高钢中的氧含量,形成更多细小弥散的氧化物核心,利于硫化物的析出,改善硫化物的形态,使产品具备更好的切削性能。     

含硫非调质钢中硫化物形态的控制

在实验室对含硫非调质钢进行了冶炼和锻压实验,结果表明:随钢凝固速率的增加,钢中硫化物夹杂的尺寸减小而数量增多;随锻压压缩比的增加,硫化物夹杂碎裂而变得细小;在950℃锻压时硫化物的塑性最好,在1 250℃时硫化物的塑性较好,在1 050～1 150℃之间硫化物的塑性较差;随着加热时保温时间的延长,硫化物夹杂的数量减少而尺寸增大.     

碲对非调质钢中硫化物形态调控的实践

非调质钢中硫化物的形态和分布对产品性能,尤其是磁痕缺陷的产生有重要影响.利用碲改质技术对非调质钢中硫化物的形态进行调控,并将碲改质后的非调钢与国内外产品进行对比,结果表明:在钢中添加碲时,能够有效改善硫化物形态,非调质钢中硫化物长宽比在1～3的硫化物占比达95％ 以上;按照GB/T 10561—2005评级,含碲非调质...     

钙处理对含硫非调质钢中夹杂物演变行为的影响

进行了钙处理变性含硫非调质钢中夹杂物的工业试验,通过SEM+EDS定性研究钢中夹杂物类型随工序的变化,得到钙处理对夹杂物演变的影响。针对硫化物夹杂的形态控制,用牛津INCA能谱仪Feature工具的自动扫描夹杂物功能定量分析钙处理前后钢中硫化物夹杂的类型、数量和尺寸的变化。研究结果表明,钙处理能够增加钢中复合硫化物数量,尤其是含钙复合硫化物,从而有利于降低轧材中长条状硫化物的比例,形成较多的球状或纺锤状硫化物,改善钢材的各向异性。进一步分析钙处理改性硫化物的作用机理,在不影响钢材机械性能前提下,钙处理适当降低钢液洁净度有利于含硫非调质钢中硫化物的形态控制,工业生产中采用钙处理的方法来进行硫化物的形态控制是可行的。     

镁对H13钢液析碳化物及组织的影响

摘要：为了研究镁对H13热作模具钢夹杂物、碳化物及组织性能的影响,采用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、非水溶液电解、显微硬度仪等试验仪器,分析了经高温电阻炉冶炼的不同镁质量分数的H13钢。结果表明：由于镁较高的蒸气压,镁的平均收得率仅为2.12%;随镁质量分数的增加,钢中的氧化物夹杂由Ca-Al-O、Al2O3向MgAl2O4、MgO转变,硫化物夹杂由MnS向Mg-Mn-S转变;MgAl2O4、MgO与γ-Fe、M(CN)、M6(CN)的错配度和聚集长大能力相较于Al2O3更小,能够为钢中的液析碳化物提供更多的形核位置,减小析出碳化物的尺寸;微量镁可显著细化铸态树枝晶,减小二次枝晶间距,镁的加入,提高H13钢基体硬度、降低偏聚区硬度,H13钢整体硬度的均匀性得到改善。     

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。     

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。     

镁处理对AISI4130钢组织及夹杂物的影响

提高铸坯等轴晶比例、细化组织对提高钢的力学性能具有重要意义。对AISI4130钢进行镁处理试验,采用SEM、低倍组织观察及微观组织分析,分析镁对钢中夹杂物控制、凝固组织及微观组织影响的内在机理。研究表明镁处理后铸锭等轴晶比例增加,平均晶粒尺寸减小;当镁质量分数在0.002%～0.006%时,等轴晶比例随镁含量增加而增加;镁处理后钢中Al₂O₃、MnS变质为Al-O-Mg-Mn-S复合夹杂物,镁含量较高时MgS-MnS成为钢中最主要夹杂物;镁处理后钢中1～2μm的夹杂数量密度明显增加,5μm以上的夹杂物占比显著降低;镁处理试样组织中有明显以镁氧化物复合夹杂粒子为核心长大的针状铁素体,镁质量分数为0.009%和0.023%的AISI4130铸锭显微组织为相互交错的细小针状铁素体组织,冲击韧性显著提升,冲击功平均值约为镁处理前AISI4130钢的3倍。     

微量碲对38MnVS非调质钢切削性能影响研究

为探讨碲改质对非调质钢切削性能的影响机制,对38MnVS非调质钢进行了加碲的硫化物改质试验,并对比加碲对钢中硫化物形态及切削性能的影响。结果表明,加入微量碲（0.0020%）后钢中硫化物形态显著改善,硫化物长宽比降低;由于加碲后硫化物形态的改善,降低了切削过程中的切削力,减小了刀具的磨损,阻止了积屑瘤的产生,同时改善了工件表面粗糙度,从而改善非调质钢的切削性能。     

锆、铝脱氧对钢中硫化物生成行为的影响

通过真空感应炉试验研究了锆、铝脱氧对含硫易切削非调质钢中硫化物生成行为的影响,研究结果表明,在铝脱氧钢中硫化物大多呈沿晶群聚状分布(大多呈扇形或链状分布),是典型的Ⅱ类硫化物,单位面积硫化物的数量较多,尺寸较小,小于2.5 μm的数量较多,大颗粒夹杂数量较少;在锆脱氧钢中硫化物主要也是沿晶的Ⅱ类硫化物,同时也有一些晶内分布的Ⅲ类硫化物,其分布与铝脱氧钢相比有较大改善,单位面积硫化物的数量减少,尺寸增大,大于5μm的数量增多;根据非均质形核理论,(001)MnS//(001)ZrO2的点阵错配度为3.0,而(111)MnS//(0001)Al2O3的点阵错配度为26.9,凝固过程中ZrO2作为硫化物形核核心的效率明显要高于Al2O3,向钢中加入锆,非均质形核的MnS数量增多,使得一部分MnS在较高的温度下分离析出,硫化物的总数减少、尺寸增大、分布从扇形向链形转变,改善了硫化物分布.     

控轧控冷中碳非调质钢的高周疲劳性能

 采用中碳非调质钢制造的轴类等零件常承受交变载荷，因而对钢材疲劳性能具有高的要求。为了评估控轧控冷工艺生产的非调质钢棒材的疲劳性能，利用旋转弯曲疲劳试验机研究了一种常用的钒微合金化中碳非调质钢38MnVS及对比钢38MnS的高周疲劳性能。结果表明，与38MnS钢相比，38MnVS钢中铁素体体积分数增加，组织明显细化；相分析表明约有54%的钒处于M（C，N）相中，且尺寸小于10 nm的M（C，N）粒子质量分数为32%，这些细小粒子的析出强化增量约为116 MPa。38MnVS钢的疲劳极限较38MnS钢提高了62 MPa，提高幅度约为18%；疲劳极限比从38MnS钢的0.43提高到38MnVS钢的0.48。M（C，N）相的析出强化及组织细化是38MnVS钢较38MnS钢具有优异疲劳性能的主要原因，但其疲劳性能仍低于锻态非调质钢。根据试验结果及文献数据，给出了预测铁素体＋珠光体型非调质钢疲劳极限的简便方法。     

易切削不锈钢1Cr17MoS的硫化物形态对力学性能的影响

易切削不锈钢1Cr17MoS中硫化物随冶炼控制方式的差异会呈现不同的形态。采用正常冶炼方式对1Cr17MoS钢进行锻制,硫化物呈细长条形状,长度一般为50～80 μm,长宽比为5～12;夹杂物尺寸为1～5 μm,大部分夹杂物小于3 μm。在冶炼中通过添加微量元素使1Cr17MoS钢经过锻制后的硫化物呈纺锤状、点球状,长度为10～30 μm,长宽比为2～5;夹杂物尺寸为3～20 μm,大部分夹杂物为10～20 μm。通过对不同硫化物形态的1Cr17MoS钢进行纵向和横向拉伸试验,结果表明,2种形态下1Cr17MoS钢的纵向拉伸断口均为韧窝断口,韧窝数量和大小受硫化物数量和宽度的影响,其形态与力学性能没有明显关系;1Cr17MoS的横向拉伸断口以准解理断口为主,还存在部分韧窝断口。传统冶炼方式中,冶炼过程未经过硫化物形态处理,细长条状硫化物破坏了试验钢基体的连续性,加速了横向拉伸的脆性断裂。而经过硫化物形态处理的冶炼方式中,纺锤状和点球状硫化物以韧窝形态出现,保留了试验钢的塑性特征,使其具备较好的横向拉伸性能。     

稀土铈对夹杂物特征的影响

通过试验冶炼稀土钢,采用扫描电镜与能谱仪,结合热力学计算分析稀土钢中夹杂物的成分以及形貌、尺寸分布等特征,研究稀土钢中夹杂物成分演变机理和稀土添加量对夹杂物特征的影响规律,从而实现稀土钢中夹杂物的精确控制。研究结果表明:在1 873 K时,稀土钢中CeAlO_3和Ce_2O_2S夹杂物最为稳定。稀土钢中铈质量分数为0.015%时,冶炼过程中CeAlO_3+Ce_xS_y夹杂物逐渐转变为Ce_2O_3,且夹杂物中Al_2O_3质量分数和Ce_xS_y质量分数降低。稀土钢中铈质量分数为0.028%时,夹杂物主要为Ce_2O_2S。冶炼初期稀土氧化物较多,随着钢液中溶解氧质量分数的降低,过剩的稀土Ce与硫结合,使得稀土硫化物逐渐增多。增加钢液中的铈含量,CeAlO_3夹杂物减少,Ce_2O_2S增多。将铈含量从0.015%增加到0.028%时,夹杂物平均尺寸由2.83μm降低为2.66μm。     

Ca及Ca-Te处理对高硫非调质钢硫化物形态的影响

切削加工性能是胀断连杆用非调质钢的关键性能指标,而硫化物形态与分布是影响切削性能的关键因素。研究了Ca处理和Ca-Te处理两种改质工艺对46MnVS5非调质钢硫化物形态与分布的影响。结果表明,Ca-Te处理有利于改善钢中硫化物形态与分布。Ca-Te处理后连铸坯宽度1/4处和心部夹杂物等效直径分别降低17.5%和23.9%,边部夹杂物密度由9.16个/mm²降低为7.39个/mm²。对轧材进行夹杂物评级,Ca-Te处理A细系由3.0级降低为2.0级,A粗系无明显变化。Ca-Te处理可以球化钢中的硫化物夹杂,减少夹杂物数量,提高钢的横向性能,改善钢的切削性能。     

非调质钢中夹杂物生成热力学

为了研究非调质钢中非金属夹杂物的演变规律和生成条件,实现对钢中夹杂物的精准控制,揭示了非调质钢冶炼全过程非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为镁铝尖晶石夹杂物,随着冶炼反应的进行,钢中逐渐出现部分含有CaO和CaS的夹杂物,同时还伴有MnS析出相生成。系统地通过热力学计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Ti、Mg和Ca与O的平衡关系,二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Ti、Al-Ca和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为非调质钢脱氧过程脱氧剂的加入、钢液中溶解氧含量的控制以及非调质钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。