中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制.
夹杂物对易切削钢性能的影响机理研究
关键词 ： 易切 削钢 ； 杂质 ； 纳米级 ； 机械 性 能 中 图分 类 号 ： ＴＧ１ ４ ２ ． ７ １ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ６ － ４ ３ ０ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ４ １ ２ — ０ ４
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｆ ｆ ｒ ｅ ｅ － ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ
ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎ ｌ Ｉ ｈ ａ ｓ ａ ｎ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｈ ａ ｓ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ａ ｎ ｄ
但 限 于分析 仪器 性能 的局 限性 未见对 纳米 级 夹杂 物
ｇ ｏ ｏ ｄ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｏ ｆ ｍｏ ｓ ｔ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎⅡ ｉ ｓ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｒ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
易切 削钢 是一 种 切 削性 能优 越 的合 金 钢 ， 通 过 在钢 中加入 一 定量 的一 种或 多种 的磷 、 硫、 铅 等 易切
削元 素 制 成口 ］ ． 易 切 削钢 中 的易切 削 元 素 及相 应 的 夹杂 物在 切削 加工 时可 以在 刀具 和材料 问 起到 润滑
易 切削 钢 中夹杂 物 的成 分 和组 织 结 构 有 文献 报 道 ，
第４ ３卷 第 ４期
易切削钢中硫化物形态的研究
率计算公式 ， 得出不 同炉次钙处理后 Ｖ Ｄ样 夹杂物
中纺锤率 比例 。由表 ５可知 ： 钙处理后夹杂物纺锤 率都超过 ４ ％ ， ０ 最高达 到 ６ ． ％ ， ４ ３ 最低为 ４ ． ％ ， １３ 平均值达到 ５ ．３ ， ０ ７ ％ 满足易切削钢对夹杂物有 益 形态 的要 求 。
对典 型 的 显微 夹 杂 和 大 型夹 杂 ， 扫描 电镜 下 在 拍照 ， 利用 电子 探针 进行 成分 的定 量分 析 ， 定夹 杂 确 物 的类 型及 其成 分 。 用纺锤 率 ｈ来 描 述 夹 杂物 的形 态 ， 杂 物 的 纺 夹
锤率 ｈ 按如下公式计算 ：
其形貌对钢材 的易切削性 能影响很大。研究表明 ，
Ｏ—Ｋ Ｍｇ － Ａ —Ｋ Ｓ・Ｋ Ｃ － Ｔ — Ｋ Ｍｎ—Ｋ ｅ—Ｋ － —Ｋ １－ － ａ—Ｋ ｉ・ － Ｆ — ２ ．３ １７ ９ １ ．１ １． ５ ２ ．０ ７ ３ ８ ２ ０ ７ ．２ ２ ３ １． ３ ５ ９ ．７ ４ ５ ．８
有 ： 化锰 夹 杂 ， 杂物 呈 球 形 或 纺 锤 形 ； 部 为 氧 硫 夹 芯
表 ５ 钙 处 理 后 夹 杂 物 的 纺锤 率
Ｍ Ｓ的复合夹杂 ， ｎ 无明显核心 ， 近似于氧化物与硫化 物呈异相复合所成 ， 此类夹杂物的形态近似球形 ； 不 规则 形 态 的复合 夹杂 物 ， 此类 夹杂 物形 态各 异 ， 有纯
Ｍｎ Ｓ的夹杂 也有 芯部 是 ｍＣ Ｏ ・ Ａ ２ ３ 围是 Ｍｎ ａ ｎ１ 外 Ｏ Ｓ
根据夹 杂物 当量 直径 大 小 将 其 分 为 ＜２ ｍ、 ２～
４ ｍ、 ６ ｍ、 ～ ０ ｍ四个等级。 ４～ ６ １ １ ￣
金 业。 为 钢特 事 部 级工 师， 优 合金 研究 专 现 莱 钢 业 高 程 从事 质 钢的 ２ 硫化物形态 、 成分 、 分布及数量控制研究
夹杂物成分及形态控制
2. SiO2-Al2O3-CaO-MnO 系夹杂 物成分的热力学优化
2.3 SiO2-Al2O3-CaO-MnO 系夹杂物优化 2.3.1 Al2O3 含量对SiO2-Al2O3-CaO-MnO 系夹杂物熔点的 影响 Al2O3 的来源：炼钢过程的加入物，钢液被耐火材料 颗粒玷污。 钢液中溶解铝和溶解氧反应达到平衡时其平衡常数很 低，即便是钢水用无铝合金脱氧，或溶解的铝量很低，夹 杂物中也常常会含有一定量的Al2O3。 可以通过控制加入合金中铝含量和控制渣中Al2O3 含 量来控制钢液中酸溶铝含量的大小。
精炼渣组成对高碳帘线钢钢液平衡铝含量的影响
精炼渣组成对高碳帘线钢钢液钙活度的影响
2）高碳帘线钢在合金化时析出的平衡夹杂 物组成主要决定于钢液中的[Al]s 的含量
当[Al]s<3×10-6 时，平衡夹杂物组成落在锰 铝榴石（M3AS3）范围内。
������ 3）1823K 时当钙和铝同时参与脱氧时， 当[Al]s >22.3×10-6 时钢中只析出Al2O3， 当[Al]s<22.3×10-6， a[Ca]< 1×10−9时钢中 可析出CaO· Al2O3· 2SiO2。
CaO 含量不同时，低于1400℃区域占总相图的百分比
2. SiO2-Al2O3-CaO-MnO 系夹杂 物成分的热力学优化
2.3.3 CaO/Al2O3 对SiO2-Al2O3-CaO-MnO 系夹杂物熔点的影响 随着CaO/Al2O3 比的增加，低熔点区域 是先增加后减少。 CaO/Al2O3 为0.94 时，低熔点区域面 积所占百分比最大，占50%左右。 控制 SiO2-Al2O3-CaO-MnO 系中 CaO/Al2O3 比为1 左右有利于降低夹杂物 的熔点。
易切削钢介绍及各元素起的作用
易切削钢易切削钢(free cutting steel)在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性的合金钢。
又称自动机床加工用钢，简称自动钢。
这类钢可以用较高的切削速度和较大的切削深度进行切削加工。
由于钢中加入的易切削元素，使钢的切削抗力减小，同时易切削元素本身的特性和所形成的化合物起润滑切削刀具的作用，易断屑，减轻了磨损，从而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具寿命和生产效率。
筒吏第一次世界大战期间(1914～1918年)，美国人首先发现硫在钢中对改善切削性的作用，生产出自动机床用硫系低碳易切削钢，后来英、苏、德、日、法等国也相继生产自动机床用硫系易切削钢并逐步使之系列化。
硫系易切削钢的产量大，用途广，许多新型易切削钢也是以硫系为基础发展起来的。
约在1932年后，人们受到切削性异常优越的铅黄铜的启发，开始研制含铅的易切削钢。
因铅有剧毒，当时在冶炼和安全防护等方面的技术问题还没有解决，直到1937年美国研制出含铅易切削钢。
1958年，日本引进此种技术并开始研制新的铅易切削钢，到1975年日本公布的含铅易切削钢专利就有25项之多。
前苏联是在70年代初才开始生产铅易切削钢。
随着机械切削加工不断向自动化、高速化和精密化方向发展，对材料的切削性提出更高的要求，于是出现了切削性更佳的铅一硫复合易切削钢，又称为超易切削钢。
此后各种铅一硫二元和多元复合易切削钢陆续问世。
碲作为易切削元素用于易切削钢，首先出现在1932年的专利中。
1961年美国研制成功一种含碲易切削钢，它是硫一铅一碲多元复合易切削钢，其切削性非常优异，可与易切削黄铜比美。
由于硒与碲的性能和作用相近，故经常被交替使用或同时加入钢中。
自60年代起，人们又从另一途径来研究改善钢的切削性，即加入某种脱氧元素，以生成所需要的脱氧产物——有利夹杂，在日本将此称为脱氧调整型易切削钢。
前联邦德国于1964年首先提出用钙脱氧的钙易切削钢专利，3年后被日本引入并正式生产，它最适于用TiC的硬质合金刀具，进行高速切削，可显著提高生产率，降低工具消耗。
夹杂物成分及形态控制
钢帘线夹杂物控制实验室研究
• 当炉渣碱度为0.71~1.36，Al2O3含量低于8 ％时，可以将夹杂物的成分控制在塑性区 或其周边的区域。
夹杂物中的Al2O3含量随着钢液中酸溶铝含量的 增加而增加，当夹杂物中Al2O3含量为8％～25 ％，钢液[Al]s含量应控制在0.0006%以下。
夹杂物成分及形态控制
刘建华
1. 概述
• 夹杂物成分和形态控制技术是现代洁 净钢冶炼的主要内容之一,不同用途的 钢材对非金属夹杂物的形态、数量、 组成有不同的要求.
• 根据钢种的要求及夹杂物的性质提出 夹杂物成分和形态控制要求。
• 根据钢－夹杂物反应热力学，利用MnO-Al2O3SiO2和CaO-Al2O3-SiO2等三元系图内钢液成分 等值线来预测夹杂物组成及钢液中氧、硅、锰、 铝、钙等成分的控制，并制定顶渣成分控制.
• 部分钢种还需结合S－Me反应热力学提出 钢中硫含量控制策略
• 问题：1）夹杂物是多元的；2）夹杂物有 时熔点较高，是固态的，反应未达到平衡； 3）炼钢、精炼工艺对夹杂物组成影响较大； 4）热力学相图局部区域组元活度测量有较 大误差
2. 脱氧剂对夹杂物成分的影响
• 脱氧剂对内生夹杂物的成分存在巨大影响。 • 根据钢种和产品质量，脱氧分为三种模式：
USS/KOBE钢厂精炼过程中夹杂物成分变化在相图中的体现
2）Kakogawa Works钢厂采用BOF－LF－ CC工艺生产钢帘线
Kakogawa Works钢厂夹杂物成分变化在精炼过程中的变化
• Mn/Si低时形成SiO2夹杂会导致水口堵塞；Mn/Si 高时生成典型的液态MnO•SiO2，夹杂物容易上 浮。因此因调整钢成分，保持Mn/Si>2.5，
洁净炼钢的夹杂物特征和质量控制
清 洁炼 钢 工具 和 质量 控 制 同等 重 要 ， 因为在 工 艺过 程 中 ， 通过 钢水 洁净度 的测 量设定 它 们 的标 准 。
过去 经 常采用 多重过 程 中和离 线工具 确定 钢种 的 洁 净度 。先 前 出 版 的 文 献 列 出 了 在 安 塞 乐 米 塔 尔 Ｒ ＆ Ｄ 以及 北美 钢 厂 平 时采 用 的 一 些 技 术 。这 些 技 术包 括采 用 自动扫 描 电子 显 微镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 阴极 电子 激发 光显 微镜 （ Ｃ Ｌ Ｍ） 、 脉 冲鉴 别分 析 （ Ｐ Ｄ Ａ） 对钢 水 和炉 渣化 学成 分测量 、 夹 杂物分 析 ， 并 且测 量产 品特
或者 对产 品性 能 的不 利影 响降 至最小 。
采 用 发 射光 谱 仪分 析 棒 状钢 样 化学 组 成 ， 采用 力 可燃 烧分 析仪 分 析 中 间包 或 结 晶器 试 样 中的硫 。 试 样首 先经 发射 光谱 仪 Ｐ Ｄ Ａ分析 夹 杂物 ， 然后 采 用 相 同的光谱 仪分 析 钢水 化 学 组 成 ， 仅 有钙 处 理 钢 种
２ ０ １ ６年第 ４期
现
代
冶
金
２ １
洁净 炼 钢 的夹 杂物 特 征 和质 量 控 制
（ 美国） Ｐ ． Ｋ ａ ｕ ｓ ｈ ｉ ｋ等
摘
要： 为 了适应内外部顾客的需求 ， 提高炼钢 和浇铸过程 ， 包括监测和评价现有和新 开发的钢水精炼 工艺。半成
品的内部质量控制需要一种工具 ， 其与工艺过程反常导致 产 品缺 陷相关 。本 文重点关 注 了采 用的技术 ， 像成 品钢
生 产 过 程 控制 条 件 的必 要 性 所 带 来 的优 点 ， 同时可提高钢材质量。
夹杂物形态对低碳硫铅易切削钢切削性能的影响
Ｓ ＫＨ５ （ １高速 钶） 直 径 ：６ ｍｍ 钴 尖角 ：１ ８ Ｉ。
进 刀 量
０
．
１ ０
０ ０ Ｊ
切 自黻 ０
１
．
０
ｉ０ ．
１ ６
５５ ．
切 前长度
切削速 度
２ ０
１８ ５
５
ｌ０ ５
１ ８
８ ２
３
０ ５ ＂１ ０
冷 却润滑 剂
油： Ｉ ｕ ＳＢ２
态 厦 Ｚｒ（Ｃ Ｎ ）所 占面积 比 率 ， 结 果 列 于
镰对于 基体 强韧化和确 保淬 遗 性 很 有 效，须根据 用途适量添加， 否则有害于衄 削 性’ 错 能 强 化 基 俸 ， 确 保 淬 遗 性 、耐 磨 性 和 抗 氧 化 性 ， 因此 可 根 据使 用 目 的 大 量 加 铬 ，
度方 向 的 旋 削 加 工 ， 用 高 速 钢 成 型 刀 具 作 切 削 加工 以及 用 硬 质 合 金 刀 具 作 端 头 切 加 削
试 验 用 低 碳 硫 铅 易 切 削 钢 的 钢 种 为
０ ｏ Ｓｉ １ ０ ～ １ １ Ｍ ｎ、 ０ ０ ．ｔ 、 ．０ ． ０ ．５
Ｓ ＡＥ１Ｌ１ ，其 化 学 成 分 （ｗｔ ）为 ： ０ ０ ２ ４ ．７
’
于强 化基伟 和提高 高温 抗软化 性很 有效，但 若过 量就 会损害钢 的韧性且不经济｝钼 、 钨、
钒 都 是 很强 的碳 化 物 形 成 元 素 ， 能 有 效地 提
本发明的塑料成 形模具用钢， 通过控制
硫 化 物 形 态 ， 从而 减 小 了 力 学性 能 （主 要 是
高钢的耐磨 性、热处理硬度 以及 高温 抗 回火 软 化 性 ， 但 若 过 量 就 会 使 韧 性 降 低 且 日起 生 ｉ 产 上的 困难，损 害切肓 性｝铜 有利 于沉 淀硬 Ｉ 化效 果并确保钢的耐磨 性，但过 多时不 利于 钢的韧性’铝 除作为炼 钢时 的脱 氧莉之外， 能 有 效 地 通 过 晶 粒 细 化 而 提 高 韧 性， 通 过 析 出硬化而 确保热处 理硬 度和耐磨 性，过量时
利用碳化钙控制夹杂物变性的新方法
2018年第1期钢铁译文集7利用碳化钙控制夹杂物变性的新方法A New Method for Inclusion ModificationUsing Calcium CarbideJ.Wiener等(德国阿兹肯化工有限公司）关键词：夹杂物变性钙处理碳化钙包芯线二次精炼堵塞可浇性洁净度扫描电镜/能谱仪1前言通常采用钙处理将铝镇静钢内的氧化铝 夹杂物转变为铝酸钙。
只要产生的CaS不 太多，这一喂钙线调质处理可防止连铸水口 堵塞，并改善可浇性。
除了预防堵塞外，钙处 理还可以对夹杂物进行变性以改善钢的性 能。
当前选择的钙处理技术就是喂人以Ca-S i和C a或其混合物为主要填充材料的包芯 线。
本文提出了一种利用碳化钙使夹杂物变 性的新方法。
除了这种新产品使用过程中的 实际问题外，文中还介绍了一些应用结果以 及该方法在可浇性上产生的影响。
2背景碳化钙是最为普遍使用的铁水脱硫剂之 一。
其他冶金用途包括钢水喷粉脱硫以及二 次精炼中的钢水脱氧和渣还原。
这种髙能耗 的工业碳化钙是在埋弧式矮竖炉电炉内，以生石灰与碳质材料如焦炭或无烟煤产生反应 进行熔炼：CaO + 3G«^CaC2+CO厶H298=+465kJ / molCaC2是一种具有离子性能的盐类化合 物，并有四种不同的晶面变化。
对于室温下 的商用碳化钙，只与四方结构的I相有关。
44CTC以上时，面心立方结构的I V相是稳定 的。
纯CaC2的熔化温度为2160°C。
而对于 工业碳化钙,必须把CaC2_CaO相图（图1)考虑在内。
Juza和Schuster报道了一种不 生成化合物或固溶体的简单共晶系统。
共晶 温度为1830X：。
固态下不互溶，但液态下完 全互溶。
工业碳化物的典型成分列于表1。
由于 杂质的存在，工业级碳化钙的液相线温度略 低于纯净化合物相图中的液相线温度。
具有 表内成分的工业碳化钙的液相线温度超过 1930°C，因此在炼钢温度下不会熔化。
夹杂物成分及形态控制ppt课件
各区域相对应夹杂物热加工前后的形态控制
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
1.4 夹杂物塑性与钢中应力发布
软夹杂物周围应力较硬夹杂物要低，对
钢的影响比较小。
夹杂物周围的应力分布
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
1.5 夹杂物成分控制策略
• 问题：
1）夹杂物是多元的；
2）夹杂物有时熔点较高，是固态的，
反应未达到平衡；
3）炼钢、精炼工艺对夹杂物组成影响
较大；
4）热力学相图局部区域组元活度测量
有较大误差
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
1.5 夹杂物成分控制策略
• 利用相应体系相图预测夹杂物性能
• 根据钢－夹杂物反应热力学，利用相
图内钢液成分等值线来预测夹杂物组
成及钢液中氧、硅、锰、铝、钙等成
分的控制，并制定顶渣成分控制.
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
1200℃以上）下可以变形；
3） 二氧化硅：在室温下不变形，在更高的温度下变形，它是由
二氧化硅的组成决定的；
4） FeO, MnO, (Fe, Mn)O：在室温下为塑性，但从400℃开始
随着温度的升高逐渐失去塑性；
5） MnS：：直到1000℃MnS 都是塑性的，当高于1000℃后塑
IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究共3篇
IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究共3篇IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究1IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究随着现代工业的不断发展，对于钢材的品质要求也越来越高。
IF钢作为一种特殊优质钢种，其在汽车、家电、建筑等领域广泛应用。
然而，IF钢中夹杂物会影响钢材的力学性能、表面和内部质量，对其材料性能和应用价值产生极大影响。
因此，如何控制IF钢中的成分和夹杂物，是IF钢制造过程中需要解决的关键问题。
IF钢是一种采用低碳、低硫、低磷的残余奥氏体钢种。
在IF钢的制造过程中，控制钢水中的成分含量是非常重要的。
其中，C、S、P元素含量对于钢材的机械性能有着重要的影响。
C元素的含量要保证适当，通常控制在0.04%-0.08%范围内，过高或过低都会使得机械性能发生损伤。
S元素含量应控制在0.005%-0.010%范围内，过高会促使烧坏电极，导致钢中夹杂物增加。
P元素含量控制在0.002%-0.005%范围内，为了降低钢中的气体夹杂物，通常采用钙处理剂进行熔炼。
除了需要控制IF钢中的成分含量，还需要控制钢中的夹杂物。
夹杂物是影响钢材力学性能的主要因素之一。
铜、锰、磷、铝等元素是最常见的夹杂物，它们的形态主要分为气体夹杂物、夹杂物、硅线夹杂物。
其中，气体夹杂物是采用真空熔炼来达到控制的。
夹杂物控制主要采用铝剂、钝化剂来控制，将夹杂物和夹杂物粒子分散固溶。
夹杂物控制涉及到工艺流程中的温度、时间、气氛等多个因素。
其中，温度是控制夹杂物形成和发展的最主要因素。
在熔炼过程中，温度不稳定会导致夹杂物粗化、合并，影响到产品的质量。
时间是影响夹杂物生成的另一个因素。
时间越长，夹杂物的净化越好，但同时也会增加钢材的消耗和制造成本，因此需要在时间与效果之间做出平衡。
气氛对于夹杂物的控制也是至关重要的。
在IF钢制造过程中，要求钢水在加工过程中不氧化，因此需要高纯氧化铝和氮气配制的高保护因素。
总而言之，IF钢中成分及夹杂物的过程控制是IF钢提高品质的关键。
钢中钛夹杂的行为与控制
高碳钢线材生产过程中钛夹杂行为的研究摘要：高碳钢中钛夹杂影响钢材的质量。
本文通过分析钢中钛夹杂的成分、形貌和分布，以及钛夹杂在连铸坯和线材中的特征，并通过钛夹杂的热力学计算，分析了高碳钢线材生产中钛夹杂的行为，对生产过程中钛夹杂的控制有一定的指导意义。
关键词：高碳钢线材钛夹杂热力学1 前言钢中非金属夹杂物通常是以氧化物、硫化物、氧硫化物、碳化物、氮化物、碳氮化物等形势存在。
这些夹杂物对钢的韧性、延性和焊接性能是有害的。
对于含钛的夹杂物主要是碳化钛、氮化钛和碳氮化钛颗粒。
由于这些颗粒在晶界处析出，使钢的延性变差[1]。
钛在高碳钢线材中被视为有害元素，它与溶解于钢中的氮有着极强的亲和力，多以氮化钛､碳氮化钛夹杂的形式残留于钢中(图1)。
氮化钛夹杂物外形的几何形状较明显，造成拉丝时应力集中而断丝。
(1)钛夹杂在拉拨过程中不变形，切割基体；(2)钛夹杂的高硬度，提高模耗；(3)钛夹杂降低钢丝的疲劳性能；(4)钛夹杂使断丝率升高。
图1 钛夹杂在拉拨过程切割钢基体产生的裂纹2 Ti夹杂物类型经观察分析，钢中有以下几种Ti夹杂类型：（1）氮化物类型的Ti夹杂TiN呈规则的几何形状，方块状、三角状等。
该夹杂物熔点高，约为2950℃，无可塑性。
在金相显微镜明场下观察，其颜色随钢中含碳量的增加而按浅黄—金黄—粉红—紫红规律变化。
在暗场下不透明，周围为光亮的线条所围绕。
偏光下呈各向同性，不透明。
氮化物类型的Ti夹杂大致可分为两类：一类是孤立无规律分布的TiN，尺寸都在15um以下聚集成群落状；另一类TiN 围绕在其他氧化物夹杂周围。
Ti 与N 、C 还常会形成Ti (C 、N)，其外形特征较TiN 圆滑，常呈长条状，色泽黄中带青灰[2]。
（2） 硫化物类型的Ti 夹杂硫化物夹杂一般在铸坯厚度的中心部位出现，沿晶界呈网状分布。
成分主要含Ti 、Ca 、S ，判断为(Ti 、Fe)S 、CaS 夹杂。
（3） 氧化物类型的Ti 夹杂大致可分为：铝酸钙类型的Ti 夹杂，复合Al 2O 3 的Ti 夹杂。
中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制.
第29卷第7期2007年7月北京科技大学学报JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingVol.29No.7Jul.2007中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制严国安秦哲田志红孙彦辉蔡开科北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083摘要在实验室进行了1kg坩埚实验,.结果表明:钢钙处理后获得了可以改善钢切削性的纺锤形夹杂物,68%,[[增加夹杂物纺锤形化趋势增加;钙处理后小于215μm,、;夹杂物类型以钙铝酸(Mn)S,CaS的复合夹杂物;含钙硫的45钢铸态钢盐芯硫化物外壳的复合夹杂物、锭比普通45关键词易切削钢;分类号TF762+12中碳钢广泛应用于汽车、摩托车、拖拉机的轴、连杆等零部件,这些零部件的生产通常由切削加工来完成,高速机床的发展对其切削性能提出了更高的要求.因此,有必要开发既有良好切削性能又能满足力学性能要求的中碳易切削钢.钢中的MnS夹杂物是有助于改善钢的切削性的夹杂物.但钢中硫含量高时,连铸坯容易产生裂纹,钢中硫的偏析严重,出现各向异性[1].所以,希望含硫易切削钢中硫化物夹杂为纺锤形(即长宽比L/W≤3),这种夹杂物在热加工时变形较小,并且钢材切削性能好,使钢的横向力学性能降低得少[2-4].根据有关文献报道[5-10],钢液用Ca处理后,生成以氧化物Al2O3、CaO・Al2O3为核心外围包(Mn,Ca)S的球形或纺锤状复合夹杂物,含有MnS、在切削加工时避免刀具与Al2O3等超硬质点直接接触,从而减轻超硬夹杂物质点对刀具的磨损,使钢的切削性得以改善,所生成的纺锤形(Mn,Ca)S不仅改善了钢材的切削性,而且有利于改善钢的横向力学性能[11-12].为改善45钢的切削性,增加钢中硫含量,同时运用钙处理技术,研究在实验室条件下含硫钙45钢中夹杂物形态、尺寸、类型及组成,以期获得有利于改善钢的切削性能的夹杂物.制在1600～1620℃.实验钢水成分(质量分数)为:C,0142%～015%;Si,0134%～014%;Mn,0167%～0181%;P,<0103%;S,0104%～0106%;Ca,010015%～01003%;Als,0102%～0103%.实验过程为:将装有1kg金属料的坩埚放入碳管炉中,通电加热,待钢料熔清并达规定温度后取初始钢样X1,然后按特定顺序加入硅铁、锰铁、铝粒及硫铁进行脱氧合金化及成分调整,成分均匀2min后取钢样X2,然后加入硅钙粉进行钙处理,2min 取钢样X3,依次3min后取钢样X4,5min后取钢样X5,实验结束.将实验中取出的钢样制成需要的试样在金相显微镜下统计夹杂物类型、尺寸、数量;对钢中典型的夹杂物在扫描电镜下拍照,并利用电子探针进行能谱分析.2实验结果及讨论在金相显微镜下观察到的夹杂物按照形态主要有:球形(L/W≈1)、纺锤形(1<L/W≤3)、长条形(L/W>3)、三角形、不规则形状(矩形、正方形、多边形、不规则形)等.夹杂物的纺锤形率h定义为:h=1实验方法实验在高温碳管炉上进行,采用Al2O3质坩埚,容钢量为1kg,实验全程进行氮气保护,实验温度控收稿日期:2006Ο02Ο21修回日期:2006Ο05Ο24),男,高级工程师,博士研究生;蔡开科作者简介:严国安(1956—(1936—),男,教授,博士生导师×100%夹杂物总数(1)实验中取不同硫含量试样在光学显微镜下对夹211钢中硫含量对夹杂物数量的影响杂物进行统计,作夹杂物数量随硫含量的变化图,如图1所示.由图1可知,随钢中硫含量增加,钢中显微夹杂物数量增加.理论上,钢中硫含量增加,所生成的硫化物数量相应增加;金相观察也表明,钢中硫・686・北京科技大学学报第29卷化物的比例很高,硫化物单独存在或者与氧化物复合存在.图[/Eof[onthefusiformratio 图1Fig.1Relationof2212通过对脱氧、增硫及钙处理等工艺条件进行反复摸索,经过多次试验后,得出了比较理想的夹杂物形态,图2是按照式(1)计算得出的不同炉次钙处理后纺锤率夹杂物所占的比例.钙处理前后夹杂物尺寸、数量的变化如图4所示.钙处理后小于215μm的夹杂物增加了39107%,大于215μm的夹杂物减少73160%.钙处理后小于215μm的夹杂物占夹杂物总量的76105%,大于215μm以上的夹杂物只有23195%,在光学显微镜下没有发现10μm以上的夹杂物.可见,钙处理后钢中细小夹杂物总量增加,大夹杂物减少.图2钙处理后夹杂物纺锤率Fig.2Ratiooffusiforminclusionsaftercalciumtreatment钙处理后各炉次纺锤形夹杂物比例均超过50%,最高达71165%,最低为64154%,平均值达到68111%.213[Ca]/[S]与纺锤形率关系铝镇静钢中,钙处理可以将高熔点、簇状Al2O3夹杂物变性为低熔点、球状的铝酸钙夹杂.同时钙均匀的固溶于MnS中形成(Mn,Ca)S,减少了Ⅱ类硫化物的析出,提高了硫化物夹杂的硬度,降低了硫化物夹杂在热变形过程中的变形能力,使长条状硫化物变形为纺锤形硫化物,减少了MnS的危害.图3是钢液的[Ca]/[S]对钢液中夹杂物形状的影响.图3表明:当钢液中[Ca]/[S]由01043增加到01048,夹杂物的纺锤形率逐渐增大;在本实验条件下,钢液中钙的质量分数在(15～30)×10-6之间,钙含量较低,还有升高的空间;同时增加[Ca]/[S],夹杂物的纺锤形率有继续增大的趋势.图4钙处理前后不同尺寸夹杂物数量的变化Fig.4Changesinamountofdifferentsizesofinclusionsbeforeandaftercalciumtreatment215钙处理前后夹杂物组成及形貌钙处理前典型夹杂物的形貌如图5所示.电子探针分析表明钙处理前钢中夹杂物主要是MnS和芯部Al2O3、外壳MnS的复合夹杂物(表1),夹杂物表1钙处理前夹杂物的能谱分析结果(质量分数)Table1Energyspectrumanalysisofinclusionsbeforecalciumtreat2ment%Al3716201184614321650107S111653417927116321372213539141Ca01430135Mn111904511026141301862717452145Fe3814019158夹杂物(a)-1(a)-2(b)-1(b)-2(c)(d)——0121—34112491648114——第7期严国安等:中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制・687・的形状各异,有纺锤形、球形、三角形、长条形、菱形等不规则形状,单独的Al2O3夹杂很少.钙处理后典型夹杂物的形貌如图6所示.电子探针分析夹杂物成分(质量分数)如表2所示.金相观察和夹杂物能谱分析表明:钙处理后,带芯的复合夹杂物比钙处理前有增多的趋势,各种形状的夹杂物中Ca含量都比钙处理前高.夹杂物的主要类型有芯部是钙铝酸盐、外壳是(Mn,Ca)S的复合夹杂物,(Mn,Ca)S形式的硫化物,以及少量的铝酸钙与CaS的复合夹杂物.夹杂物的形状以球形、纺锤形为主.由表2可以看出,由于实验钢水中[Al]s含量较高,而[Ca]含量较低,夹杂物中钙含量尤其是氧化物夹杂中钙含量较低,钢中夹杂物没有得到良好的变性处理,同时铝酸钙夹杂有一定的容硫能力,当夹杂物中硫超过其硫容量时析出CaS,所以出现了铝酸钙与CaS的复合夹杂物.图5钙处理前夹杂物的形貌Fig.5Morphologiesofinclusionsbeforecalciumtreatment图6钙处理后夹杂物的形貌Fig.6Morphologiesofinclusionsaftercalciumtreatment表2钙处理后夹杂物的金相及能谱分析结果(质量分数) Table2Energyspectrumanalysisofinclusionsaftercalciumtreatment %Ca18181113015100Mn2178561110150Fe57166410845188夹杂物(a)-1(a)-2(b)-1Al561016136S161402816235199Ca4165414843117Mn14196371881117Fe71982216619167夹杂物(b)-2(c)(d)Al0115010733127S20160381445135—216切削性能的比较(YT30)主偏角90°,进给量为012mm・r-1,进行铸对普通45钢和钙硫易切削45钢在相同的切削条件下,切削转速为950r・min-1,硬质合金刀具态切削性能的对比.切削后的断屑如图7所示.由图可以看出,经图7切屑断屑.(a)普通45钢;(b)钙硫易切削45钢Fig.7Chipsofdifferentsteels:(a)middlecarbonsteel;(b)medium2carboncalciumsulphurfree2cutt ingsteel・688・北京科技大学学报定量研究.华中理工大学学报,1995,23(1):121第29卷过硫-钙处理的45钢的断屑(a)比普通45钢断屑(b)碎.因此,经硫-钙处理的45钢比普通45钢加工时的切削性能有很大改善.[3]娄德春,崔昆,吴晓春,等.硫化锰夹杂物的热变形行为.钢铁研究学报,1996,8(6):11.[4]殷瑞钰.钢的质量现代进展(下篇).北京:冶金工业出版社,1995[5]音谷登平,形浦安治.钙洁净钢.刘新华,韩郁文,译.北京:3结论(1)钢中硫含量增加,夹杂物总量增加;增加[Ca]/[S],夹杂物纺锤形率增大;钙处理后夹杂物冶金工业出版社,1994:75[6]BrunetJC,HugoM,TorteratP,etal.Aciersdeconstructionaucalciumàusinabilitéaméliorée.RevMétall,1977(12):673[7]BellotJ.évolutionsrécentesdomainedesaciersdecon2mééliorée.AciersSpéc,1980,[F,nouvellegénératio nd’aciersàusinabilitééliorée.AciersSpéc,1980,52:23[9]BrunetJC,BellotJ.Améliorationdespropriétésdemiseenoeu2vreetd’emploidesaciersdeconstructionparmodificationdel’的平均纺锤形率为68111%.(2)钙处理后小于215μm的夹杂物占夹杂物总量的76105%,夹杂物细小,呈弥散状分布.(3)物,.(4)45钢比普通45钢在高速机床上加工时的切削性能明显改善.参考文献[1]BrunetJC,TorteratP,HugoM,etal.Influencedesinclusions desulfuressurlecomportmentàlarupturedesaciersdeconstruc2tionmétallique.RevMétall,1 977(1):1[2]乔学亮,孙培祯,崔昆.易切削钢中Ca含量与硫化物形态的étatinclusionnaire.AciersSpéc,1983,62:21[10]LeroyF.Unatoutdecisivedelabarretraitée:lesnuancesàusinabilitéamélioré.AciersSpéc,1984,65:11[11]蔡开科.改善结构钢切削性能的新近发展.特殊钢,1985,4(4):18.[12]费・勒鲁瓦.有切削或无切削成型结构钢∥法国特殊钢代表团访问中华人民共和国专题报告.北京,1980 Inclusionmorphologycontrolinmedium2carboncalciumsulphurfree2cuttingsteel YANGuoan,QINZhe,TIANZhihong,SUNYanhui,CAIKaike MetallurgicalandEcologicalEngineeringSchool,UniversityofScienceandTechnologyBeiji ng,Beijing100083,ChinaABSTRACTThe1kgcrucibleexperimentwascarriedoutinlaboratory.Theshape,sizeandcompositionofin clusionsinmedium2carbonhigh2sulphurstructuralsteelwereinvestigated.Theresultsshowt hatfusiformin2clusions,whichcanimprovethecutabilityofthesteel,accountfor68.11%intot alinclusions,andtheratiooffusiforminclusionsincreaseswithincreasing[Ca]/[S].Aftercalci umtreatmenttheinclusi onsisverytiny,in2clusionsoflessthan215μminsizeaccountfor76105%andscatteredinthematrixofthesteel.Theinclusionsaremainlycom posedof(Mn,Ca)Ssulfideandcomplexinclusionsinwhichthecoreiscalciumaluminateandth eshellissulfide.Therearesmallamountofcomplexinclusionsofcalciumaluminateandcalciu msulfideinthein2clusions,too.Thecutabilityoftheingotsteelcontainingsulphurandcalciumi sbetterthanthatofmiddlecar2bonsteel.KEYWORDS free2cuttingsteel;highsulphur;calciumtreatment;inclusions。
易切削钢中的夹杂物
行变性处理。
(c)钢中纺锤形夹杂物
Pb
夹杂物形态控制
不同夹杂物对钢 切削性能作用
有害夹杂物
用铝硅脱氧的钢中， 生成的脱氧产物如 Al2O3夹杂和SiO2夹 杂的硬度较高，对刀 具的磨损大，切削性 能差
有利夹杂物
主要是变形量小的 MnS以及含钙的具有 一定组成的复合硫化 物弥散分布在钢中， 能使刀具与切屑的摩 擦阻力和切削阻力变 小，刀具的寿命延长
夹杂物形态控制
夹杂物形态控制：
夹杂物呈球形或纺锤形有利于钢的切削性能，因此尽可能 将钢中夹杂物控制成纺锤形或球形。 控制或调整钢中氧含量。 对夹杂物进行Ca处理，可与夹杂物中Al2O3发生反应生成 Ca-Al低熔点化合物。还可以和钢液中的S反应，生成CaS， 但在对硫化物进行钙处理时，应首先对钢液中的氧化物进
易切削钢简介
硫系易切削钢
复合易切削钢
易切削钢分类
钙系易切削钢 锡系易切削钢
根据所添加易切削元素的不同
易切削钢中夹杂物
硫系易切削钢中夹杂物组成形态
(a) (Ca\Mn)S形状
(b)(Ca\Mn)S包裹SiO2形状
纺锤状的(Ca\Mn)S相夹杂物以及(Ca\Mn)S包围硬、 脆性Al2O3、SiO2夹杂物所形成的复合型夹杂物 能使切削性能显著改善提高。
(c)(Ca\Mn)S包裹Al2O3形状
易切削钢中夹杂物
锡系易切削钢中夹杂物组成形态 深色部分为MnO、 SiO2等氧化物，浅 色部分为MnS
(a)钢中夹杂物形貌
(b)钢中球形复合夹杂物
Pb可能是锡粒带入的。说明 锡与铅在钢中分布形式不同， 锡在晶界附近偏析，铅常以 颗粒的形式分布于基体中或 附着在夹杂物上。
易切削钢中的夹杂物
1215易切削钢中硫化物夹杂行为研究
1215易切削钢中硫化物夹杂行为研究马艳杰;李秋京;戴静【摘要】某钢厂采用转炉→LF精炼→连铸的工艺流程生产1215易切削钢,选取LF 进站、喂S线前、喂S线后、LF出站、中间包、铸坯1流、铸坯4流7个工序进行取样并编号分析试样中全氧、氮含量及显微夹杂物形貌成分.结果显示:转炉以较高[O]含量出钢,在LF中加入铝粒微调氧含量,能增加氧化物夹杂含量,与硫化物夹杂形成复杂化合物,其形状多为球形或纺锤形,均匀分布在钢液中;在LF中加入适量S 线,有助于硫化物生成,改善钢材切削性能.%A steel mill used the process of BOF→LF refining →continuous casting to produce 1215 free-cutting steel. The content of oxygen and nitrogen and micro inclusions each working procedure in steel were systematically comprehensive researched. Research shows:the converter has higher [O] content in the steel, and then join in aluminium particles to fine tuning the [O] content, which will improve the content of oxide inclusion, then the oxide inclusions and sulfide inclusion can form complex compounds, and its shape is mostly spherical or spindle-shaped and is evenly distributed in the molten steel. Moreover, if joining in sulphur adequacy, it contributes to the formation of sulphide and finally improves the cutting performance of steel.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)007【总页数】2页(P195-196)【关键词】易切削钢;硫化物;夹杂物【作者】马艳杰;李秋京;戴静【作者单位】华北理工大学迁安学院,迁安064400;华北理工大学迁安学院,迁安064400;华北理工大学迁安学院,迁安064400【正文语种】中文【中图分类】TG2600 引言易切削钢是指通过向钢中加入适量一种或几种能够改善可切削性的化学元素（如S、Pb、Se、Te、Bi、Ca、Ti等），从而获得具有良好切削加工性能的钢种[1]。
科技成果——碳素结构钢中非金属夹杂物控制关键技术
科技成果——碳素结构钢中非金属夹杂物控制关键技术技术开发单位北京科技大学技术领域钢铁冶金成果简介随着经济的快速发展，社会上对碳素结构钢的生产和质量提出了更高的要求。
碳素结构钢属于大批量生产的钢种，在钢的总产量中占70%以上。
碳素结构钢的种类众多，包括各种钢板、钢管、钢带、钢条以及各种型钢、条钢等，主要用作焊接、铆接和螺栓连接的钢结构，广泛用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶、化工设备等，是一种价格低廉、用途广泛的工业钢种。
按照脱氧方式不同，碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢，对于Al镇静钢，钢中大颗粒夹杂物是导致钢材在弯折时出现断裂的主要原因。
此外，一般情况下，碳素结构钢中的氧含量较高，导致非金属夹杂物含量也较高，可以应用氧化物冶金技术利用碳素结构钢中非金属夹杂物，以提高碳素结构钢的力学性能。
（1）Al脱氧碳素结构钢脱氧方式优化技术。
对于采用Al脱氧方式的碳素结构钢，钢中非金属夹杂物主要成分为Al2O3-SiO2-MnO系，夹杂物中Al2O3含量越高，夹杂物尺寸越大，而这一类非金属夹杂物属于低熔点夹杂物，在轧制过程中容易变形为细长条状，严重影响钢基体的连续性，在冲击过程中引发钢材的断裂。
减少钢材断裂的关键是控制钢中Al2O3含量较高的非金属夹杂物，这一类非金属夹杂物是在转炉出钢时加入脱氧剂脱氧时产生的。
在转炉出钢时，可采用以下3种脱氧方式减少Al2O3含量高的大尺寸夹杂物的生成。
A、先用Si-Mn合金进行预脱氧，后用Al合金进行终脱氧；B、减低转炉出钢氧含量，减少Al合金的用量；C、采用Al-Ti符合脱氧方式，避免大尺寸夹杂物的生成。
0246810121416100200300400500600FeMnSiAlFeCountsEnergy (keV)OElement Wt%O 22.26Al 9.80Si 16.88Mn 10.11Fe 40.95断裂口夹杂物形貌和成分（2）Ti微合金化氧化物冶金技术。
高碳钢线材中夹杂物形貌及控制研究
高碳钢线材中夹杂物形貌及控制研究王松昌 苏晓峰 郜拥军 宋万平(安阳钢铁集团有限责任公司)摘要 优质高碳钢中的夹杂物来源于脱氧产物、吹氩降温过程中的二次氧化、钢包到中间包浇注过程的二次氧化、钢包和中间包耐火材料的剥离等。
指出夹杂物形貌和能谱特征,分析不同破裂指数的夹杂物对线材的影响,为了得到塑性的MnO-Al2O3-S iO2夹杂物,应该采用S i-Mn脱氧。
提出生产高碳钢线材过程中减少夹杂物的关键措施。
关键词 高碳钢 夹杂物 来源 控制RESEAR CH ON THE FIGURE AN D CONTR OL OF IN C LU SION S IN WIRE OF HIGH-CARB ON STEE LWang S ongchang Su X iaofeng G ao Y ongjun S ong Wanping(Anyang Iron&S teel G roup C o.,Ltd)ABSRTACT Inclusions of high quality high carbon steel come from deoxidizing production,secondary oxidization in the course of blowing arg on and cooling,secondary oxidization during pouring from m olten steel container to middle container,refractory peeling of m olten steel container and middle container,etc.Inclusion figure and spetrum characteristics are pointed out and the effects of inlusions with different breaking exponent on property of wire rod are analyzed.In order to obtain plasticity MnO-Al2O3-S iO2 inclusion,S i-Mn deoxidization should be adopted.K ey measures to decrease inclusion are put forward during producing high car2 bon steel.KE Y WOR DS high-carbon steel inclusion origin control0 前言世界线材和钢丝生产其进出口10年来一直处于上升趋势,不管是发达国家,还是发展中国家,线材和钢丝的生产均呈增长态势。
钢中夹杂物得去除与控制
钢中夹杂物去除与控制刘金刚 刘浏（钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京100081）摘要：通过对钢包—中间包—结晶器中不同环节中的去除夹杂物的不同手段进行综合分析，得到各环节中间包均应保护浇注和防止卷渣卷气，中间包应具有合理的结构（上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器）以得到合理的流场；利用钢包注流的剪切破碎作用在中间包中生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去除钢水中夹杂物；电磁制动技术日趋成熟但其能耗较大，因此可以发展低能耗的中间包真空浇注对结晶器液面波动进行抑制。
电磁搅拌和电磁连铸有利于改善铸坯的内部质量和防止振痕的产生。
关键词：中间包夹杂物去除控制Inclusions Removal and Control in the Steel MeltLiu Jingang Liu Liu(CISRI, Beijing 100081)Abstract: Through synthetic analysis of various methods to remove inclusions during ladle-tundish-mold processes, it was found that using protective casting, avoiding gas and slag wrapping are important measures for clean steel production. The structure of the tundish should be reasonable, (dam, weir; turbulence inhibitor; vertex inhibitor) in order to get a preferred flow pattern. It could also utilize the shear flow from ladle to tundish to form small gas bubbles, utilize gas bubble curtain and electromagnetic stirring caused centrifugal flow to remove inclusions from steel melt. Electromagnetic braking technology is gradually raped but it was very energy consumed, thus it could develop low energy consumption vacuum tundish casting technology to control the fluctuation of melt surface in mold. Electromagnetic stirring is good for improving inner quality of slab and preventing the oscillation marks formation.Keywords: tundish, inclusion, remove, control二○○三年我国钢产量已达到2.7亿吨，但由于质量问题一些高品质钢材仍需进口，这已经成为我国钢铁工业发展的障碍，影响我国钢铁产品走向世界。
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第29卷第7期2007年7月北京科技大学学报JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingVol.29No.7Jul.2007中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制严国安秦哲田志红孙彦辉蔡开科北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083摘要在实验室进行了1kg坩埚实验,.结果表明:钢钙处理后获得了可以改善钢切削性的纺锤形夹杂物,68%,[[增加夹杂物纺锤形化趋势增加;钙处理后小于215μm,、;夹杂物类型以钙铝酸(Mn)S,CaS的复合夹杂物;含钙硫的45钢铸态钢盐芯硫化物外壳的复合夹杂物、锭比普通45关键词易切削钢;分类号TF762+12中碳钢广泛应用于汽车、摩托车、拖拉机的轴、连杆等零部件,这些零部件的生产通常由切削加工来完成,高速机床的发展对其切削性能提出了更高的要求.因此,有必要开发既有良好切削性能又能满足力学性能要求的中碳易切削钢.钢中的MnS夹杂物是有助于改善钢的切削性的夹杂物.但钢中硫含量高时,连铸坯容易产生裂纹,钢中硫的偏析严重,出现各向异性[1].所以,希望含硫易切削钢中硫化物夹杂为纺锤形(即长宽比L/W≤3),这种夹杂物在热加工时变形较小,并且钢材切削性能好,使钢的横向力学性能降低得少[2-4].根据有关文献报道[5-10],钢液用Ca处理后,生成以氧化物Al2O3、CaO・Al2O3为核心外围包(Mn,Ca)S的球形或纺锤状复合夹杂物,含有MnS、在切削加工时避免刀具与Al2O3等超硬质点直接接触,从而减轻超硬夹杂物质点对刀具的磨损,使钢的切削性得以改善,所生成的纺锤形(Mn,Ca)S不仅改善了钢材的切削性,而且有利于改善钢的横向力学性能[11-12].为改善45钢的切削性,增加钢中硫含量,同时运用钙处理技术,研究在实验室条件下含硫钙45钢中夹杂物形态、尺寸、类型及组成,以期获得有利于改善钢的切削性能的夹杂物.制在1600～1620℃.实验钢水成分(质量分数)为:C,0142%～015%;Si,0134%～014%;Mn,0167%～0181%;P,<0103%;S,0104%～0106%;Ca,010015%～01003%;Als,0102%～0103%.实验过程为:将装有1kg金属料的坩埚放入碳管炉中,通电加热,待钢料熔清并达规定温度后取初始钢样X1,然后按特定顺序加入硅铁、锰铁、铝粒及硫铁进行脱氧合金化及成分调整,成分均匀2min后取钢样X2,然后加入硅钙粉进行钙处理,2min 取钢样X3,依次3min后取钢样X4,5min后取钢样X5,实验结束.将实验中取出的钢样制成需要的试样在金相显微镜下统计夹杂物类型、尺寸、数量;对钢中典型的夹杂物在扫描电镜下拍照,并利用电子探针进行能谱分析.2实验结果及讨论在金相显微镜下观察到的夹杂物按照形态主要有:球形(L/W≈1)、纺锤形(1<L/W≤3)、长条形(L/W>3)、三角形、不规则形状(矩形、正方形、多边形、不规则形)等.夹杂物的纺锤形率h定义为:h=1实验方法实验在高温碳管炉上进行,采用Al2O3质坩埚,容钢量为1kg,实验全程进行氮气保护,实验温度控收稿日期:2006Ο02Ο21修回日期:2006Ο05Ο24),男,高级工程师,博士研究生;蔡开科作者简介:严国安(1956—(1936—),男,教授,博士生导师×100%夹杂物总数(1)实验中取不同硫含量试样在光学显微镜下对夹211钢中硫含量对夹杂物数量的影响杂物进行统计,作夹杂物数量随硫含量的变化图,如图1所示.由图1可知,随钢中硫含量增加,钢中显微夹杂物数量增加.理论上,钢中硫含量增加,所生成的硫化物数量相应增加;金相观察也表明,钢中硫・686・北京科技大学学报第29卷化物的比例很高,硫化物单独存在或者与氧化物复合存在.图[/Eof[onthefusiformratio 图1Fig.1Relationof2212通过对脱氧、增硫及钙处理等工艺条件进行反复摸索,经过多次试验后,得出了比较理想的夹杂物形态,图2是按照式(1)计算得出的不同炉次钙处理后纺锤率夹杂物所占的比例.钙处理前后夹杂物尺寸、数量的变化如图4所示.钙处理后小于215μm的夹杂物增加了39107%,大于215μm的夹杂物减少73160%.钙处理后小于215μm的夹杂物占夹杂物总量的76105%,大于215μm以上的夹杂物只有23195%,在光学显微镜下没有发现10μm以上的夹杂物.可见,钙处理后钢中细小夹杂物总量增加,大夹杂物减少.图2钙处理后夹杂物纺锤率Fig.2Ratiooffusiforminclusionsaftercalciumtreatment钙处理后各炉次纺锤形夹杂物比例均超过50%,最高达71165%,最低为64154%,平均值达到68111%.213[Ca]/[S]与纺锤形率关系铝镇静钢中,钙处理可以将高熔点、簇状Al2O3夹杂物变性为低熔点、球状的铝酸钙夹杂.同时钙均匀的固溶于MnS中形成(Mn,Ca)S,减少了Ⅱ类硫化物的析出,提高了硫化物夹杂的硬度,降低了硫化物夹杂在热变形过程中的变形能力,使长条状硫化物变形为纺锤形硫化物,减少了MnS的危害.图3是钢液的[Ca]/[S]对钢液中夹杂物形状的影响.图3表明:当钢液中[Ca]/[S]由01043增加到01048,夹杂物的纺锤形率逐渐增大;在本实验条件下,钢液中钙的质量分数在(15～30)×10-6之间,钙含量较低,还有升高的空间;同时增加[Ca]/[S],夹杂物的纺锤形率有继续增大的趋势.图4钙处理前后不同尺寸夹杂物数量的变化Fig.4Changesinamountofdifferentsizesofinclusionsbeforeandaftercalciumtreatment215钙处理前后夹杂物组成及形貌钙处理前典型夹杂物的形貌如图5所示.电子探针分析表明钙处理前钢中夹杂物主要是MnS和芯部Al2O3、外壳MnS的复合夹杂物(表1),夹杂物表1钙处理前夹杂物的能谱分析结果(质量分数)Table1Energyspectrumanalysisofinclusionsbeforecalciumtreat2ment%Al3716201184614321650107S111653417927116321372213539141Ca01430135Mn111904511026141301862717452145Fe3814019158夹杂物(a)-1(a)-2(b)-1(b)-2(c)(d)——0121—34112491648114——第7期严国安等:中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制・687・的形状各异,有纺锤形、球形、三角形、长条形、菱形等不规则形状,单独的Al2O3夹杂很少.钙处理后典型夹杂物的形貌如图6所示.电子探针分析夹杂物成分(质量分数)如表2所示.金相观察和夹杂物能谱分析表明:钙处理后,带芯的复合夹杂物比钙处理前有增多的趋势,各种形状的夹杂物中Ca含量都比钙处理前高.夹杂物的主要类型有芯部是钙铝酸盐、外壳是(Mn,Ca)S的复合夹杂物,(Mn,Ca)S形式的硫化物,以及少量的铝酸钙与CaS的复合夹杂物.夹杂物的形状以球形、纺锤形为主.由表2可以看出,由于实验钢水中[Al]s含量较高,而[Ca]含量较低,夹杂物中钙含量尤其是氧化物夹杂中钙含量较低,钢中夹杂物没有得到良好的变性处理,同时铝酸钙夹杂有一定的容硫能力,当夹杂物中硫超过其硫容量时析出CaS,所以出现了铝酸钙与CaS的复合夹杂物.图5钙处理前夹杂物的形貌Fig.5Morphologiesofinclusionsbeforecalciumtreatment图6钙处理后夹杂物的形貌Fig.6Morphologiesofinclusionsaftercalciumtreatment表2钙处理后夹杂物的金相及能谱分析结果(质量分数) Table2Energyspectrumanalysisofinclusionsaftercalciumtreatment %Ca18181113015100Mn2178561110150Fe57166410845188夹杂物(a)-1(a)-2(b)-1Al561016136S161402816235199Ca4165414843117Mn14196371881117Fe71982216619167夹杂物(b)-2(c)(d)Al0115010733127S20160381445135—216切削性能的比较(YT30)主偏角90°,进给量为012mm・r-1,进行铸对普通45钢和钙硫易切削45钢在相同的切削条件下,切削转速为950r・min-1,硬质合金刀具态切削性能的对比.切削后的断屑如图7所示.由图可以看出,经图7切屑断屑.(a)普通45钢;(b)钙硫易切削45钢Fig.7Chipsofdifferentsteels:(a)middlecarbonsteel;(b)medium2carboncalciumsulphurfree2cutt ingsteel・688・北京科技大学学报定量研究.华中理工大学学报,1995,23(1):121第29卷过硫-钙处理的45钢的断屑(a)比普通45钢断屑(b)碎.因此,经硫-钙处理的45钢比普通45钢加工时的切削性能有很大改善.[3]娄德春,崔昆,吴晓春,等.硫化锰夹杂物的热变形行为.钢铁研究学报,1996,8(6):11.[4]殷瑞钰.钢的质量现代进展(下篇).北京:冶金工业出版社,1995[5]音谷登平,形浦安治.钙洁净钢.刘新华,韩郁文,译.北京:3结论(1)钢中硫含量增加,夹杂物总量增加;增加[Ca]/[S],夹杂物纺锤形率增大;钙处理后夹杂物冶金工业出版社,1994:75[6]BrunetJC,HugoM,TorteratP,etal.Aciersdeconstructionaucalciumàusinabilitéaméliorée.RevMétall,1977(12):673[7]BellotJ.évolutionsrécentesdomainedesaciersdecon2mééliorée.AciersSpéc,1980,[F,nouvellegénératio nd’aciersàusinabilitééliorée.AciersSpéc,1980,52:23[9]BrunetJC,BellotJ.Améliorationdespropriétésdemiseenoeu2vreetd’emploidesaciersdeconstructionparmodificationdel’的平均纺锤形率为68111%.(2)钙处理后小于215μm的夹杂物占夹杂物总量的76105%,夹杂物细小,呈弥散状分布.(3)物,.(4)45钢比普通45钢在高速机床上加工时的切削性能明显改善.参考文献[1]BrunetJC,TorteratP,HugoM,etal.Influencedesinclusions desulfuressurlecomportmentàlarupturedesaciersdeconstruc2tionmétallique.RevMétall,1 977(1):1[2]乔学亮,孙培祯,崔昆.易切削钢中Ca含量与硫化物形态的étatinclusionnaire.AciersSpéc,1983,62:21[10]LeroyF.Unatoutdecisivedelabarretraitée:lesnuancesàusinabilitéamélioré.AciersSpéc,1984,65:11[11]蔡开科.改善结构钢切削性能的新近发展.特殊钢,1985,4(4):18.[12]费・勒鲁瓦.有切削或无切削成型结构钢∥法国特殊钢代表团访问中华人民共和国专题报告.北京,1980 Inclusionmorphologycontrolinmedium2carboncalciumsulphurfree2cuttingsteel YANGuoan,QINZhe,TIANZhihong,SUNYanhui,CAIKaike MetallurgicalandEcologicalEngineeringSchool,UniversityofScienceandTechnologyBeiji ng,Beijing100083,ChinaABSTRACTThe1kgcrucibleexperimentwascarriedoutinlaboratory.Theshape,sizeandcompositionofin clusionsinmedium2carbonhigh2sulphurstructuralsteelwereinvestigated.Theresultsshowt hatfusiformin2clusions,whichcanimprovethecutabilityofthesteel,accountfor68.11%intot alinclusions,andtheratiooffusiforminclusionsincreaseswithincreasing[Ca]/[S].Aftercalci umtreatmenttheinclusi onsisverytiny,in2clusionsoflessthan215μminsizeaccountfor76105%andscatteredinthematrixofthesteel.Theinclusionsaremainlycom posedof(Mn,Ca)Ssulfideandcomplexinclusionsinwhichthecoreiscalciumaluminateandth eshellissulfide.Therearesmallamountofcomplexinclusionsofcalciumaluminateandcalciu msulfideinthein2clusions,too.Thecutabilityoftheingotsteelcontainingsulphurandcalciumi sbetterthanthatofmiddlecar2bonsteel.KEYWORDS free2cuttingsteel;highsulphur;calciumtreatment;inclusions。