论文部分内容阅读
【摘 要】如今的机加工行业中，硫易切削钢因其具有较好的可切削性能，常作为含铅易切削钢的环保替代品，并得到了广泛的使用。通过研究新钢对高碳高硫易切削钢的LF精炼工艺，这不仅改善了钢中硫化物形态，还显著提高了该钢的切削性能，降低了夹杂物出现的机率与脆性，更好地满足了用户需求。
【关键词】高碳高硫易切削钢；脆性夹杂物；硫化物
0.引言
易切削钢作为具有良好的被切削加工性能的1类钢种，其制法是在钢中加入数量一定的磷、硫、钙、铅、碲、硒等几种或1种易切削元素，制作而成的。主要工用是为自动机床进行高速切削制作提供机械零部件，新钢的铸机为厚板连铸机（360 *2270）。
1.易切削钢存在的生产问题
新钢的工艺路线为LD+CAS+LF+VD+3#CC，试产后，对BT/XGY55可切削性有影响的主要问题为：1） 脆性夹杂物出现几率很大，高达90，而且数量多，尺寸大；2） 硫化物形态差，存在大量线条状硫化物，线条状硫化物高达18（长宽比），纺锤体比例不多（纺锤体比例为21）。3）钢种氧含量难控制到20-30ppm.4）钛的收得率不稳定。
2.易切削钢LF精炼工艺研究
易切削钢可分为3类，主要是根据钢中硫化物形成的机理不同而划分的。其中，易切削钢中硫化物的分布、大小、数量以及形态对钢的切削性能都能产生较大的影响。
1类硫化物是常与氧化物复合成氧硫化物，它是一种颗粒大小的球状物质，该硫化物的熔点为1610℃，在钢液凝固前即可析出，分布并不规律，有时候也会出现在树脂晶里。氧质量分数要达到一定数量方能析出1类硫化物，因此，在硅锰脱氧或者沸腾钢的半镇静钢中会产生出大量1类硫化物。
2类硫化物MnS在观察时，基本以扇形或薄膜形态存在，该种硫化物出现在用铝脱氧但又无过多的其他合金元素（Cr、C、Si）的镇静钢中。
3类硫化物是在高硅、高硫、高锰铝钢中，或在过量铝脱氧钢中出现的。
其中，对钢材切削性最有利的是1类硫化物。因此，冶炼工艺应采取半镇静钢的脱氧方式。而具体冶炼过程分数可见表1。
2.1.LF脱氧工艺研究
充分发挥易切削元素S的作用是作为无Pb化的尝试的重要依据。首先，必须保证钢中硫化物为1类硫化物，且让其钢中分布均匀，这有利于改善垂直方向和压制方向的延韧性。促成1类硫化物的生成，要使MnS均匀分布，且必须让其生成核分布均匀。
结合以往的生产经验，对硫化物形态较好的炉次精炼过程中的夹杂物尺寸特性和氧质量分数变化进行了研究（表2可见），随着脱氧及合金化的进行，延长精炼时间，使得氧质量分数逐步降低，夹杂物尺寸变小（颗粒数上升，平均面积下降），同时降低的质量分数包括硫化物，其中保证硫化亚铁的中硫占28%。要控制好氧质量分数，要考虑LF精炼炉过程中的合金化及脱氧操作。
为了避免出现氧质量分数过高而引发的严重钢水污染等问题，应该于原基础上提高钢中氧质量分数，并控制好钢中出站氧质量分数0.0020-0.0030%之间。所形成的合金化及脱氧工艺为：改用Si、Mn脱氧的前提下，采用铝半脱氧，转炉高碳出钢。
2.2.LF造渣工艺研究
根据文献2可知，MgO熔渣黏度和熔点降低后，能与硅酸盐、Al 03、SiO2形成低熔点复合化合物，且此类物质的熔点均不高于1 400℃。MgO的存在能使熔渣的黏度不急升，根据碱度的升高而变化。且由硫容量理论分析可得，MgO对化学成分S的稳定性极其有利，并且其极弱的脱硫能力，能更好地实现熔渣冶炼特性。因此，LF精炼过程中采用富含镁质的原料、中性造渣材料作为造渣原料，使w（MgO）控制在5 %～13%范围内，炉渣碱度控制在1.3%～1.6%范围内即可。
3.易切削钢LF精炼工艺的成果
3.1实现了对1类硫化物的控制
研究新钢的易切削钢LF精炼工艺的结果表明，形态以1类硫化物为主的易切削钢硫化物，不仅形态得到了控制，数量的分布还得到了显著的改善。其中由表3可见，硫化物MnS从15～20减小至5～8（长宽比）。
表2 硫化物形态数据统计
3.2脆性夹杂物的出现率明显降低
由易切削钢LF精炼工艺的研究表明，试样上的脆性夹杂物尺寸降低，数量大幅减小（由90%大幅降低至15%），易切削钢中的脆性夹杂物的不利影响得到了很好的控制。
4.结束语
可行且稳定的LF精炼工艺的形成，有赖于易切削钢LF精炼工艺的研究。采用Mn，硅的脱氧技术，同时采用低碱度泡沫渣精炼，并把钢中出站氧质量分数控制0.0020-0.0030%之间。这一来，不仅有效缩小脆性夹杂物中的尺寸大小，还有效降低了其出现的机率，使得硫化物的形态得到更好的改善，切削性能得到更显著的提高。用户使用后反馈信息：产品的切削性能较以往有大幅提高，易切削钢的切削性能与国内外含铅易切削钢相差无几，不仅满足了他们的使用要求，而且满足了经济环保的需求。
参考文献：
[1]钢铁冶金原理[M].黄希祜.北京：冶金工业出版社，2007：213.
[2]钢中大型非金属夹杂物[M].董履仁.刘新华.北京：冶金工业出版社.1999：249.
[3]新型低碳硫系易切削钢切削性能试验[J].陈明.刘钢.张晓辉.机械工程报.2007.43（9）：161—163.
【关键词】高碳高硫易切削钢；脆性夹杂物；硫化物
0.引言
易切削钢作为具有良好的被切削加工性能的1类钢种，其制法是在钢中加入数量一定的磷、硫、钙、铅、碲、硒等几种或1种易切削元素，制作而成的。主要工用是为自动机床进行高速切削制作提供机械零部件，新钢的铸机为厚板连铸机（360 *2270）。
1.易切削钢存在的生产问题
新钢的工艺路线为LD+CAS+LF+VD+3#CC，试产后，对BT/XGY55可切削性有影响的主要问题为：1） 脆性夹杂物出现几率很大，高达90，而且数量多，尺寸大；2） 硫化物形态差，存在大量线条状硫化物，线条状硫化物高达18（长宽比），纺锤体比例不多（纺锤体比例为21）。3）钢种氧含量难控制到20-30ppm.4）钛的收得率不稳定。
2.易切削钢LF精炼工艺研究
易切削钢可分为3类，主要是根据钢中硫化物形成的机理不同而划分的。其中，易切削钢中硫化物的分布、大小、数量以及形态对钢的切削性能都能产生较大的影响。
1类硫化物是常与氧化物复合成氧硫化物，它是一种颗粒大小的球状物质，该硫化物的熔点为1610℃，在钢液凝固前即可析出，分布并不规律，有时候也会出现在树脂晶里。氧质量分数要达到一定数量方能析出1类硫化物，因此，在硅锰脱氧或者沸腾钢的半镇静钢中会产生出大量1类硫化物。
2类硫化物MnS在观察时，基本以扇形或薄膜形态存在，该种硫化物出现在用铝脱氧但又无过多的其他合金元素（Cr、C、Si）的镇静钢中。
3类硫化物是在高硅、高硫、高锰铝钢中，或在过量铝脱氧钢中出现的。
其中，对钢材切削性最有利的是1类硫化物。因此，冶炼工艺应采取半镇静钢的脱氧方式。而具体冶炼过程分数可见表1。
2.1.LF脱氧工艺研究
充分发挥易切削元素S的作用是作为无Pb化的尝试的重要依据。首先，必须保证钢中硫化物为1类硫化物，且让其钢中分布均匀，这有利于改善垂直方向和压制方向的延韧性。促成1类硫化物的生成，要使MnS均匀分布，且必须让其生成核分布均匀。
结合以往的生产经验，对硫化物形态较好的炉次精炼过程中的夹杂物尺寸特性和氧质量分数变化进行了研究（表2可见），随着脱氧及合金化的进行，延长精炼时间，使得氧质量分数逐步降低，夹杂物尺寸变小（颗粒数上升，平均面积下降），同时降低的质量分数包括硫化物，其中保证硫化亚铁的中硫占28%。要控制好氧质量分数，要考虑LF精炼炉过程中的合金化及脱氧操作。
为了避免出现氧质量分数过高而引发的严重钢水污染等问题，应该于原基础上提高钢中氧质量分数，并控制好钢中出站氧质量分数0.0020-0.0030%之间。所形成的合金化及脱氧工艺为：改用Si、Mn脱氧的前提下，采用铝半脱氧，转炉高碳出钢。
2.2.LF造渣工艺研究
根据文献2可知，MgO熔渣黏度和熔点降低后，能与硅酸盐、Al 03、SiO2形成低熔点复合化合物，且此类物质的熔点均不高于1 400℃。MgO的存在能使熔渣的黏度不急升，根据碱度的升高而变化。且由硫容量理论分析可得，MgO对化学成分S的稳定性极其有利，并且其极弱的脱硫能力，能更好地实现熔渣冶炼特性。因此，LF精炼过程中采用富含镁质的原料、中性造渣材料作为造渣原料，使w（MgO）控制在5 %～13%范围内，炉渣碱度控制在1.3%～1.6%范围内即可。
3.易切削钢LF精炼工艺的成果
3.1实现了对1类硫化物的控制
研究新钢的易切削钢LF精炼工艺的结果表明，形态以1类硫化物为主的易切削钢硫化物，不仅形态得到了控制，数量的分布还得到了显著的改善。其中由表3可见，硫化物MnS从15～20减小至5～8（长宽比）。
表2 硫化物形态数据统计
3.2脆性夹杂物的出现率明显降低
由易切削钢LF精炼工艺的研究表明，试样上的脆性夹杂物尺寸降低，数量大幅减小（由90%大幅降低至15%），易切削钢中的脆性夹杂物的不利影响得到了很好的控制。
4.结束语
可行且稳定的LF精炼工艺的形成，有赖于易切削钢LF精炼工艺的研究。采用Mn，硅的脱氧技术，同时采用低碱度泡沫渣精炼，并把钢中出站氧质量分数控制0.0020-0.0030%之间。这一来，不仅有效缩小脆性夹杂物中的尺寸大小，还有效降低了其出现的机率，使得硫化物的形态得到更好的改善，切削性能得到更显著的提高。用户使用后反馈信息：产品的切削性能较以往有大幅提高，易切削钢的切削性能与国内外含铅易切削钢相差无几，不仅满足了他们的使用要求，而且满足了经济环保的需求。
参考文献：
[1]钢铁冶金原理[M].黄希祜.北京：冶金工业出版社，2007：213.
[2]钢中大型非金属夹杂物[M].董履仁.刘新华.北京：冶金工业出版社.1999：249.
[3]新型低碳硫系易切削钢切削性能试验[J].陈明.刘钢.张晓辉.机械工程报.2007.43（9）：161—163.