[SKD11]善控夾雜物 提高鋼性能
發(fā)布：行業(yè)動(dòng)態(tài) 點(diǎn)擊次發(fā)布時(shí)間：2014-07-26
[SKD11]善控夾雜物 提高鋼性能
超低氧特殊鋼廣泛用于制造業(yè)，如作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧與減震彈簧、汽車軸與連桿、列車車輪與車軸等。這些部件在服役時(shí)經(jīng)受交變應(yīng)力作用，要求具有良好的抗疲勞性能。除了要求抗疲勞性能外，汽車軸與連桿等非調(diào)質(zhì)類超低氧鋼還要求一定的切削性能，通常加入較高的硫含量。
非金屬夾雜物與鋼基體在變形性能、熱膨脹、硬度等性質(zhì)方面有很大不同，在鋼基體與夾雜物界面處易形成疲勞起裂。研究表明，尺寸細(xì)小、球形、低熔點(diǎn)（可一定程度變形）的夾雜物可有效延長(zhǎng)鋼的疲勞壽命。筆者在實(shí)驗(yàn)室對(duì)超低氧超低硫系列特殊鋼、超低氧較高硫含量系列特殊鋼中夾雜物控制規(guī)律與控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)探索。
特殊鋼夾雜物的控制策略
了提高抗疲勞性能，目前特殊鋼中夾雜物主要有兩種控制策略。
第一種策略即夾雜物塑性化：將夾雜物控制在CaO-Al2O3-SiO2系中假硅灰石、鈣斜長(zhǎng)石和鱗石英所圍成的低熔點(diǎn)塑性區(qū)，以及SiO2-MnO-Al2O3系中錳鋁榴石低熔點(diǎn)塑性區(qū)。該工藝要求采用Si-Mn脫氧與低堿度低Al2O3含量爐渣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間精煉，并將鋼中[Al]控制在極低水平（<5ppm），技術(shù)難度大且生產(chǎn)成本高，目前僅用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧鋼與輪胎子午線等少數(shù)高品質(zhì)特殊鋼。
第二種策略是超低氧冶煉：采用Al強(qiáng)脫氧與較高堿度爐渣（CaO/SiO2:3~5，Al2O3:20%~30%）精煉來(lái)大幅度減少夾雜物數(shù)量。但是，該工藝條件下絕大多數(shù)夾雜物熔點(diǎn)很高，尤其是很難避免大尺寸的高熔點(diǎn)夾雜物。ASTM E 45-2005標(biāo)準(zhǔn)將此類球狀不變形歸類為D類夾雜物；當(dāng)其尺寸大于13μm時(shí)，國(guó)標(biāo)GB/T10561-2005中稱之為DS類夾雜物。日本生產(chǎn)軸承鋼最著名的山陽(yáng)特殊鋼早在2007年時(shí)就報(bào)道，軸承鋼T[O]降至5ppm時(shí)，仍然很難避免生成大尺寸高熔點(diǎn)鈣鎂鋁硅酸鹽夾雜物。因此，如何在實(shí)現(xiàn)超低氧含量的同時(shí)得到低熔點(diǎn)夾雜物，是超低氧特殊鋼夾雜物控制技術(shù)中的難題。
另外，高熔點(diǎn)夾雜物除了對(duì)特殊鋼疲勞性能危害很大，還容易誘發(fā)連鑄水口結(jié)瘤。眾所周知，鈣處理可以有效減輕或避免水口結(jié)瘤的產(chǎn)生。但是，對(duì)于要求一定硫含量以保證切削性能的特殊鋼如汽車軸用非調(diào)質(zhì)鋼，采用鈣處理易生成高熔點(diǎn)CaS夾雜物，同樣會(huì)造成水口結(jié)瘤。因而在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用控Al脫氧、提高中間包鋼液的溫度等方法來(lái)減輕此類特殊鋼連鑄時(shí)的水口結(jié)瘤；在精煉后期采用較低堿度的爐渣進(jìn)行精煉，以減少高熔點(diǎn)鈣鋁酸鹽夾雜物（D類夾雜物），也便于進(jìn)行增硫操作。
探索夾雜物特征的研究方法
隨后，研究人員將所得鋼樣與爐渣試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，對(duì)鋼樣進(jìn)行金相制樣后采用SEM-EDS（日本JEOL公司產(chǎn)）與ASPEX eXplorer自動(dòng)掃描電鏡（原美國(guó)ASPEX公司產(chǎn)，現(xiàn)為FEI公司）對(duì)夾雜物進(jìn)行隨機(jī)分析，得到夾雜物的成分、尺寸、數(shù)量等特征。
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