大规格曲轴用非调质钢中MnS夹杂物的控制是目前钢铁生产厂家和下游用户普遍关注的问题。尺寸合适、分布均匀的MnS夹杂物不仅有利于切削性能的改善,还能起到高温钉扎、低温促进晶内铁素体形成的组织细化作用。然而尺寸过大或严重聚集分布的MnS夹杂物不仅不能充分发挥上述效果,而且很可能会导致钢材性能上严重的各向异性以及曲轴表面磁痕缺陷问题。本文以西宁特钢生产重型卡车曲轴用非调质钢为背景,研究了 MnS夹杂物对非调质曲轴钢轧材横向力学性能和曲轴表面磁痕缺陷的影响规律,并在实验室研究了非调质曲轴钢中不同形貌MnS夹杂物的形成机理以及不同脱氧方法对MnS夹杂物形貌的影响规律。结合工厂试验结果,提出了利用细小镁铝尖晶石氧化物改善MnS夹杂物形貌的控制机理。同时,对实际冶炼非调质曲轴钢进行系统取样,分析了冶炼过程中各种夹杂物的演变行为,并对相关冶炼工艺进行了改进,最终取得了较为满意的结果。全文的研究内容和主要结论分为以下几个方面:(1)通过研究曲轴成品表面磁痕缺陷和MnS夹杂物特征之间的关系,发现大尺寸、聚集状的MnS夹杂物可以导致曲轴表面出现磁痕缺陷,主要集中在部分连杆轴颈的内侧。出现的原因主要是某些连杆轴颈在锻造过程中原轧材中心位置大尺寸MnS被挤压、暴露到连杆轴颈表面。(2)通过研究非调质钢轧材力学性能和MnS夹杂物特征之间的关系,发现细长条状、聚集分布的MnS夹杂物可以明显降低非调质钢横向塑性,主要原因是试样在拉伸过程中,MnS聚集处同时萌生大量微观裂纹,形成应力集中,导致钢材提前断裂,形成木质状断口形貌。相比而言,较为分散的、长宽比较小的MnS夹杂物对轧材横向塑性的影响较小。(3)在实验室研究了 Si-Mn、Al、Al-Zr、Zr、Ti、稀土 Ce脱氧等不同脱氧制度对钢中MnS形貌的影响规律,并对Zr脱氧进行了中试。结果表明:Al脱氧形成的镁铝尖晶石氧化物尺寸小、数量多,且和MnS夹杂物错配度低,对钢中MnS形貌的控制具有较好的效果。而Si-Mn、Al-Zr、Zr、Ti、稀土 Ce形核MnS效果不理想,铸态下MnS聚集分布。通过对比Al-Zr复合脱氧和Zr脱氧后钢中氧化物特征和MnS形貌,发现氧化物成分及数量是非调质曲轴钢中MnS夹杂物形貌变化的主要原因。(4)通过对比实际生产的A1脱氧非调质钢中MnS形貌和氧化物特征,发现钢中高效的氧化物核心为细小的(1～3μm)镁铝尖晶石,主要原因是镁铝尖晶石和MnS具有较低的二维错配度,具有良好的形核能力,且尺寸小,数量多。(5)通过实际系统取样,发现实际生产中A1脱氧非调质钢冶炼过程钢液中的夹杂物演变行为为:电炉出钢后的A1203→LF冶炼中期的Al2O3-MgO→VD 过程的 CaO-MgO-Al2O3→吊包前的 CaO-MgO-Al2O3 或 Al2O3-MgO。热力学软件分析结果表明,Ca元素对冶炼过程夹杂物成分影响较大,少量Ca元素使钢液中的Al2O3或Al2O3-MgO向CaO-MgO-Al203或CaO-Al2O3转化。(6)通过将电炉出钢后的Al含量控制在0.015～0.020%,冶炼过程炉渣碱度控制在2.5～3.5之间,浇注前Ca含量控制在3ppm以下,轧材中MnS形貌得到了明显改善,细小镁铝尖晶石比例从41.9%提高到65.2%,氧化物形核MnS的平均能力从3.1增加到5.6,轧材横向断面收缩率的一次合格率由58.8%提高到 84.5%。