易切削钢中硫化物形态的研究

以易切削钢20CrMnTiSH为研究对象,通过喂硫线增加钢中硫化物数量,再喂入SiCa线使长条形的硫化物变性为球形或纺锤形,在改善钢材切削性能的同时不降低钢材的机械性能。对LF、VD和轧材取样进行检验。检验结果表明:钙处理后夹杂物数量增多,94%以上的夹杂物粒径集中在0～4μm之间;夹杂物纺锤率平均值达到50.73%,在钢中呈细小弥散的分布;氧、Mn/S、Ca/S是影响硫化物形态的重要因素。     

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。     

低碳高硫易切削钢冶炼工艺分析

通过在电炉炉后和精炼炉采用硅锰合金或锰铁合金脱氧,将钢中自由氧含量控制在100×10-6以上,电炉炉后采用硫磺粉增硫,精炼炉采用硫铁矿或硫线补硫,将钢中硫含量控制在0.35%～0.41%、Mn/S≥3.0,山东石横特钢生产了1215HS低碳高硫易切削钢,钢中硫化物形态为球形或纺锤形,切削性能良好,完全满足下游用户使用要求。     

45#易切削热轧中厚钢板生产工艺研究

易切削热轧中厚钢板主要用于加工塑料模具,具有表面光洁、切削性能好等特点。为了满足客户对易切削性能的需求,钢厂通常在冶炼工序采用高硫控制工艺,致使钢中硫含量过高,容易产生Mn S夹杂物,进而影响钢水的洁净度;结合高硫钢"热脆"的特点,在冶炼过程中通过微钙处理,钢中Mn S夹杂物的形态、尺寸和分布获得有效控制,钢的切削性能最终得到改善。     

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。     

120t BOF-LF-180mm×180mm坯连铸-连轧流程生产易切削钢1215工艺实践

成功开发了1215易切削钢120 t转炉-120 t LF-180mm×180mm连铸-高线轧制生产工艺。关键控制点为:转炉出钢C 0.05%、转炉终点温度1 630～1 660℃、精炼自由氧控制目标50×10~(-6)～55×10~(-6),炉渣二元碱度2.5～3.0。设计成分(/%)为:0.05～0.07C,1.20～1.35Mn、0.340～0.360S,该工艺条件下钢中硫化物形貌和含量控制合理,Mn/S有利于易切削钢的轧制和改善切削性能。钢水的过热度按25～40℃控制,拉速1.2 m/min。实践表明,准确预判终点氧含量以确定脱氧剂加入量,合理控制不同工序的氧含量是达到线材产品质量稳定的关键。     

中碳硫系易切削钢LF(VD)精炼实践

中碳硫系易切削钢1141(%:0.37～0.45C、1.20～1.65Mn、0.06～0.12S)和1144(%:0.40～0.48C、1.35～1.65Mn、0.24～0.33S)由65 t Consteel电弧炉-LF(VD)-(150～200)mm×(150～200)mm CC流程生产。LF精炼时喂Al线,控制[Al]0.02%～0.05%,精炼渣CaO/SiO₂ 2.62～3.02,使精炼中后期渣中硫化物容量达到饱和,在VD处理时吹氩200～250 L/min,≥15 min,使1141钢[S]在VD前后分别为0.11%～0.12%和0.10%～0.12%,1144钢[S]VD前后分别为0.30%～0.33%和0.29%～0.30%,稳定了VD处理前后钢中的硫含量。     

含硫易切削钢夹杂物控制试验研究

通过高温试验研究了钙处理和镁处理对含硫易切削钢中夹杂物的控制效果。钙处理后钢中夹杂物为CaAl-O+(Ca,Mn)S复合夹杂物、(Ca,Mn)S以及Mn S夹杂物;镁处理后钢中夹杂物为Mg Al2O4+(Mg,Mn)S、Al2O3+Mn S复合夹杂物、(Mg,Mn)S以及Mn S夹杂物。钙处理和镁处理后钢中的复合夹杂物所占比例分别为0.67%和3.57%。镁处理后钢中Ⅱ类Mn S夹杂物明显减少,91.7%的夹杂物尺寸小于3μm,纺锤率达到72.5%,其对夹杂物的控制效果优于钙处理。     

LF喂Ca线改善易切削钢Y1Cr13硫化物形貌的工艺实践

试验钢Y1Cr13(/%:0.11C,0.31Si,1.14Mn,0.024P,0.28S,12.43Cr,0.001 1Ca,0.012Al,0.008 40,Mn/S 4.07)的冶金流程为60 t AOD-LF-150 mm×150 mm坯连铸-轧制Φ12 mm材。原未加Ca的LF精炼渣碱度为1.7～2.1,用Fe-Si脱氧,T[0]为0.012%～0.015%,而改进的加Ca工艺为LF FeSi脱氧后补加Al线深脱氧,T[O]为0.007%～0.010%,加Ca线进行夹杂物变性处理。结果表明,加入实芯钙线使钢中长条型硫化物变性为球型或纺锤型,线材产品中硫化物长度由最长的160μm缩短为100μm,纺锤形硫化物(长宽比≤3)所占比例由52.90%提高至72.09%,提高了产品切削性能。     

硫系易切削钢氧化物和硫化物变性的分析

通过分析和研究影响硫系易切削钢加工性能的一个重要因素-钢中氧化物和硫化物的组成、特性和分布形态，提出了硫系易切削钢的冶炼钙处理工艺优化技术，即应首先对铜液中的氧化物进行变性处理，然后再进行硫化物的变性处理。     

Experimental Study and Thermodynamical Calculation on the Formation of Eutectic Phase of MnS-RE_2S_3 and(Mn,Ca)S-RE_2S_3 in Sulfur-Containing Free-Cutting Steel

The free-cutting phase in RE or Ca-RE treated sulfur-containing free-cutting steel is the eutectic phasesof MnS-RE_2S_3 and (Mn,Ca)S-RE_2S_3,respectively.The atomic ratio of RE/S needed to modify all theMnS into the eutectic phase is higher than 1.48 or 1.41-1.37 Ca/S,when RE or Ca-RE is used as the modifiz-er in the sulfur-containing free-cutting steel.Moreover,the thermodynamical calculation shows that theeutectic temperature is lower than the solidifying temperature,which is the key condition for the eutectic phase tokeep globual during solidifying.     

环保型含Bi低碳高硫易切削钢的开发

开发Bi易切削钢1215M(%:0.06C、0.04Si、1.25Mn、0.39S、0.17Bi)替代Pb易切削钢SUM24L。生产Bi易切削钢的流程为40t UHP EAF-40t LF(喂Bi线)-180 mm×180 mm连铸-连轧工艺。试验结果表明,Bi易切削钢1215MΦ9 mm盘条夹杂物分布均匀,Bi易切削钢1215M的切削性能优于SUM23HS含S易切削钢与SUM24L含Pb易切削钢相当。     

国内1215系低碳高硫易切削钢的工艺流程和内部质量控制

对国内100 t EAF-LF-CC和80 t、100 t、160 t转炉-LF-CC四条生产线生产的1215系低碳高硫易切削钢(/%:0.05～0.10C、≤0.013Si、1.06～1.33Mn、0.051～0.061P、0.24～0.36S、0.012 0～0.0140[O]、≤0.005Al)进行实物分析。结果表明,国内1215低碳高硫钢成分控制特点为通过适当提高Mn含量控制钢中的Mn/S (3.7～3.9),个别流程通过降低S含量可使Mn/S达4.4;160 t转炉流程在夹杂物控制上优于其余流程(Mn/S=3.8, MnS夹杂面积和长宽比波动较小)。.由于连铸坯元素偏析较小和轧后冷却速度控制得当,80 t转炉流程和160 t转炉流程生产的钢中无明显的带状组织,而100 t电弧炉流程和100 t转炉流程生产的钢中带状组织级别为3～4。     

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。     

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。     

钢轨A类非金属夹杂的析出分析研究

通过对钢轨A类非金属夹杂进行不同深度、不同位置的取样检测,发现钢轨A类非金属夹杂评级结果存在一定偶然性。以U75V为例进一步采用Factsage热力学数值模拟及析出热力学理论对MnS非金属夹杂的析出过程进行分析;结合连铸过程钢液冷却凝固特性及实际统计、检测结果对MnS非金属夹杂的析出进行验证,最终得出MnS析出于钢液近乎完全凝固,且主要由于S、Mn偏析形成微区高溶质浓度而析出。以降低钢液氧、氮含量为基础,降低钢液硫含量、夹杂变性处理及铸坯内部质量优化可以抑制MnS非金属夹杂的析出及轧制形变。     

RH-喂线钙处理的管线钢X80非金属夹杂物变性效果分析

在钙处理对夹杂物变性作用进行分析的基础上,结合钢厂生产X80管线钢(%:≤0.08C、≤1.85Mn、≤0.060Als)的工业性试验,利用冶金热力学原理,分析计算了Al₂O₃变性为低熔点钙铝酸盐所需钙含量的范围和避免单相CaS析出硫含量的范围,同时对≤0.002%S和0.025%～0.035%Al的RH处理钢水按出站[Ca]_Tot=(40～50)×10-6计算喂Ca-Si线进行钙处理,并对中间包钢水和铸坯中的夹杂物进行了检测。结果表明,X80管线钢试验炉次平均[Ca]_Tot为41×10^-6,[S]为23×10^-6,均在理论计算范围内;同时经钙处理后,钢中绝大部分夹杂物CaO-CaS-Al₂O₃复合夹杂,钙处理效果良好。     

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。     

热处理对铸态钢中硫化锰夹杂物的影响

基于1215易切削钢成分,采用Factsage软件对Mn-S-O-Fe体系进行热力学计算,并将铸坯样在不同温度进行热处理,运用金相显微镜、扫描电镜对热处理前后钢中硫化锰的变化进行了研究。结果表明,硫化锰在800 ℃热处理时开始出现晶间析出现象,析出的硫化锰在热处理后发生聚集长大的球化现象,且温度越高,球化现象越明显。经过1 200 ℃保温处理后,钢中大于10 μm夹杂物的比例上升。在500~1 200 ℃热处理时,硫化锰的长宽比降低率达到7%~15%。基于试验结果,轧制加热炉采用800~900、1 050~1 150及1 200~1 220 ℃加热制度有利于改善硫化锰形态,从而改善钢材易切削性能。