碲对易切削钢硫化物及切削性能的影响

切 削 时 碎 屑 更 易 断 裂 ，从 而 提 高 钢 的 可 加 工 性 [n。 然 而 M n S 质 软 ，在 钢 轧 制 时 通 常 会 随 基 体 的 延 伸 而 拉 长 ，呈 长 条 状 或 杆 状 ，使 钢 产 生 各 向 异 性 ，对 钢的切削性能不利。国内多数钢厂对钢中夹杂物 形 态 和 分 布 控 制 不 佳 ，钢 中 M n S 夹 杂 大 多 呈 细 长
2021年 6 月 • 66 • 第 3 7 卷 第 3 期
炼钢 S teelm ak in g
Jun. 2021 Vol. 37 No. 3
碲对易切削钢硫化物及切削性能的影响
张 盼 盼 1 , 王 冬 2 , 沈 平 1 ，谢 剑 波 1 ，田 钱 仁 1 ，付 建 勋 1
( 1 .上 海 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 先 进 凝 固 技 术 中 心 省 部 共 建 高 品 质 特 殊 钢 冶 金 与 制 备 国 家 重 点 实 验 室 ，上 海 200072; 2 . 鞍 钢 股 份 有 限 公 司 ，辽 宁 鞍 山 1 1 4 0 0 0 )
图 1 方坯及轧材取样示意图
Fig. 1 Schematic diagram of casting billet a n d rolling material sampling
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炼钢
第37卷
仪分析夹物成分;使用M H -5L 自动台式显微维氏 硬度计对两炉钢方坯基体及夹杂物金相显微硬度 检 测 ，载荷为10 gf(().()98 N)，加载与卸载时间均 为5 s;采用数控卧式车床对试验钢轧材进行切削 试 验 ，收集断屑进行切削性能分析，而后使用表面 光洁度仪对表面粗糙度进行测量。
Abstract：To explore the application of tellurium( Te) in the manufacture of free cutting steel, industrial tests were conducted by adding Te to 1215 steel and the effect of Te on the products were analyzed. Both the slab and rolled steels of 1215 and 1215Te free cutting steels were analyzed using Zeiss metallographic microscope, non-aqueous electrolysis,scanning electron microscope with energy disperse spectrum,Vickers hardness tester, and surface roughness instrument. The effect of Te on the morphology,distribution,and composition of inclusions as well as machinability of the steel was studied. The results showed that Te coarsened and globalized the inclusions in the slab. The inclusions in 1215Te steel had less deformability after rolling. Approximately 60 % of inclusions kept an aspect ratio less than 3 after rolling. Under the feed speed of 0.1 m m /r,the rolled steel of 1215Te created 66.0 % of short screw chips, higher than that of 1215 steel (58.1 % ). Under the same cutting conditions, the surface roughness of 1215Te steel was far smaller than that of 1215 steel after machining. The machinability of 1215 steel is significantly improved by Te. Key w o r d s ：1215 free cutting steel；tellurium； MnS inclusion； machinability
钢种
1215 1215Te
C 0.049 0.051
Si 0.015 0.006
Mn 1.280 1.301
P 0.042 0.036
S
Te
0.381 — 0.340 0.016
1 . 2 试样加工方法
分 别 对 1 2 1 5 和 1215T e 方 坯 及 轧 材 进 行 取 样 ，在 方 述 边 部 1/4处取1() m m x 1〇m m x 6 m m 的金相试样，对轧材取<516 m m x 14 m m 的乳向金 相试 样 ，取 样 示 意 图 如 图 1 所 示 。在砂纸上预磨 抛 光 ，然后使用无水乙醇对样品表面清洗，并快速 吹 干 ；随后置于2(>(>倍视野的光学显微镜下观察 拍照;利用图像处理软件(Image Pro P lu s)对钢中 的 夹 杂 物 进 行 定 量 分 析 ;利 用 扫 描 电 镜 （P h e n o m P ro )对夹杂物的形貌进行观察，并利用能谱分析
基金项目：国家 自 然 科 学 基 金 项 目 （52074179,51874195)
通信作者：付 建 励 （1969— )，男 ，博 士 ，教 授 ；
E-mail:fujianxun@shu. edu. cn;
收稿日期=2020-10-09
第3 期
张盼盼，等:碲对易切削钢硫化物及切wenku.baidu.com性能的影响
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条状 ，导致钢的切削性能及质量稳定性无法满足 高端用户对零部件生产的需求。为 探 究 M n S 的 赋 存 状 态 ，进 一 步 改 善 易 切 削 钢 的 切 削 性 能 ，相关 人员进行了许多研究，其 中 发 现 T e 元 素 对 M n S 有显著改质和调控作用。
郝远等[2]在研究铸铁中碲对夹杂物的影响时 发 现 ，铸 铁 中 添 加 T e 能 使 不 规 则 的 M n S 转化为 规 则 的 含 T e 的复合硫化物；张 硕 等 研 究 发 现 ， 当 添 加 适 量 T e 元 素 时 ，夹杂物由团簇状变为楠 球 状 ，并 且 显 著 降 低 了 夹 杂 物 长 宽 比 ； Mahmutoviii等 ⑷ 研 究 T e 对 AISI3 0 3 不锈钢的影 响时发现，在加工过程中，T e 的 存 在 能 使 M n S 趋 向球化;Yaguchi[5]发 现 T e 能显著提高钢的切削 性 能 。但是目前国内关于碲对钢材的硫化物赋存 状态及切削性能影响的分析仅限于实验室研究， 未见实际工业应用。
2 结果分析与讨论
2 . 1 碲对钢中夹杂物形貌的影响 图 2 为方坯中20()、5(>(1倍视场下典型夹杂物
Effect of tellurium on the sulfide and machinability of free cutting steel
ZHANG Panpan1,WANG Dong2,SHEN Ping1,XIE Jianbo1,TIAN Qianren1,FU Jianxun1 1. Center for Advanced Solidification Technology (CAST),State Key Laboratory of Advanced Special Steel,School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,China 2. Angang Steel Co. ,Ltd. ,Anshan 114000,China
对轧材进行钻孔取样，分 别 获 得 屑 4.0 g ，经 国 家 钢 铁 材 料 测 试 中 心 进 行 分 析 ，测 得 钢 中 碲 元 素 质 量 分 数 ，其 它 成 分 由 上 海 大 学 测 得 ，结果见 表 1 所示。
表 1 试 验 钢 的 化 学 成 分 (吨 ）
%
Table 1 Chemical composition of test steel
1 试验方法与加工
1.1 生产工艺
本 研 究 共 进 行 8炉 冶 炼 ，倒数第二炉为传统
1215生产的对比炉，最 后 一 炉 为 1215T e 生产的 试验炉。生产工艺流程均采用：120 t转炉冶炼— 120 t L F 精炼->"180 m m x 18() m m 方还连铸―■方 坯 堆 冷 、检 验 。含 碲 易 切 削 钢 在 L F 精炼末期添 加 含 碲 包 芯 线 ，工 艺 参 数 两 炉 钢 均 相 同 ，坯料长度 在8. 2〜8.4 m ，轧制盘圆规格016 m m ,比对两炉 的盘卷进行取样分析。
摘 要 ：为 研 究 碲 ( T e ) 冶 金 在 易 切 削 钢 中 的 工 业 化 应 用 效 果 ，开 展 了 向 1 2 1 5 易 切 削 钢 中 添 加 T e 的工 业 化 生 产 试 验 ，并 对 其 产 品 变 化 规 律 进 行 了 分 析 。借 助 蔡 司 金 相 显 微 镜 、小 样 电 解 、扫 描 电 镜 、能 谱 仪 、 维 氏 显 微 硬 度 仪 、表 面 粗 糙 度 仪 等 方 法 对 比 分 析 了 1 2 1 5 易 切 削 钢 及 1 2 1 5 T e 易 切 削 钢 方 坯 、轧 材 中 夹 杂 物 的 赋 存 、成 分 及 切 削 性 差 异 。结 果 表 明 ，T e 系 易 切 削 钢 方 坯 中 硫 化 物 尺 寸 大 且 更 均 匀 ，趋 向 于 球 状 ； 含 T e 轧 材 中 夹 杂 物 变 形 程 度 较 小 ，轧 制 后 夹 杂 物 长 宽 比 小 于 3 的 纺 锤 状 为 6() % ; 轧 材 在 进 给 量 0 . 1 ( ) m m / r 下 切 削 时 ，1 2 1 5 T e 钢 产 生 的 短 螺 卷 屑 比 例 为 6 6 . 0 % ，大 于 1 2 1 5 钢 的 58.1 % 。在 相 同 切 削 条 件 下 ，切 削 后 的 1 2 1 5 T e 钢 工 件 表 面 粗 糙 度 小 于 不 含 T e 的 1 2 1 5 钢 ，说 明 T e 显 著 提 升 了 1 2 1 5 易 切 削 钢 的切削性能。 关 键 词 ：1 2 1 5 易 切 削 钢 ;碲 ;M n S 夹 杂 ;切 削 性 能 中 图 分 类 号 ：T F 7 6 2 文 献 标 志 码 ：A 文 章 编 号 ：1()()2-1()43(2021)()3-0()66-()8
1215易切削钢是目前国内应用最为广泛的 易 切 削 钢 之 一 ，其 切 削 性 能 良 好 、塑 性 高 ，广泛用 于 仪 器 仪 表 、手 表 零 件 、汽 车 等 零 部 件 。钢中的主 要 易 切 削 相 M n S 夹 杂 周 围 存 在 附 加 应 力 ，起到应 力 集 中 源 的 作 用 ，在 加 工 过 程 中 促 进 裂 纹 的 形 成 ，
在 前 期 实 验 室 研 究 的 基 础 上 ，开展了含碲 1215易 切 削 钢 的 工 业 生 产 试 验 ，并与未加碲的 1215易切削钢产品进行了对比分析。采用光学 显 微 镜 、扫 描 电 镜 等 微 观 检 测 与 分 析 手 段 表 征 钢 中夹杂物的形貌、分布规律;通过切削试验研究了 钢的切削性能。探 究 分 析 T e 对 1215易切削钢 夹杂物的改质效果及其改善切削机理。