硫系易切削钢质量缺陷原因分析

硫系易切削钢质量缺陷原因分析

朱占涛，张文俊

（河北钢铁集团宣钢公司技术中心河北宣化075100）

摘要：通过对试样质量缺陷的宏观观察，显微组织检验，夹杂物种类及级别的检测，硫系易切削钢质量缺陷类型主要有：表面疤、表面裂纹、经加工所形成的纵向扭转及扭转麻花状断续开裂、心部裂纹等。认为这些缺陷与钢材表面、近表面、心部硫化物及硅酸盐类夹杂物的聚集分布等有关。

关键词：易切削钢，质量缺陷，原因，分析。

Analysis On Quality Defect Cause in Sulphur Free-Cutting

Steel

ZHU Zhan-tao，ZHANG Wen-jun

（Technology Center of Hebei Iron and Steel Group Xuanhua Iron and Steel Co，Xuanhua

075100，Hebei，China）

Abstract：Though macroscopic observation to quality defect of specimen，inspection on microstructure，detection on type and level of inclusions，the main type of sulphur free-cutting steel quality defect including：the surface scar，the surface crack，vertical torsion and torsion twist plume intermittent crack by machining and formatting，the center crack etc. we reguard those defects are relationshiped with aggregation distribution of sulphide and Silicate inclusion in the surface，the next surface，the center of the steel.

Key words：free-cutting steel，quality defect，cause，analysis.

1易切削钢特点简介

易切削钢是以降低机加工成本、提高切削质量、降低切削抗力或者在机械加工的自动机床中改善切削处理性为目的的钢种，是机械工业发展中应用日趋广泛的节能材料。在生产易切削钢时，需要添加易切削元素S、P、Pb、Se等。本文主要介绍硫系易切削钢，含硫易切削钢种界面张力小，钢渣混合后难以分离，铸坯易产生夹渣和粘渣。由于钢中硫含量偏高，使钢材的热加工性能变差，易打滑，易产生裂纹，因此轧制时的温度控制比较关键。轧钢时要尽量避免在硫化物的脆化敏感温度区间(830～1050℃)进行变形。通过选择合适的钢坯加热温度和开轧温度、控制轧制速度，避免出现劈头。钢中硫含量较高时易生成FeS或FeS与Fe低熔点共晶混合物，其中FeS熔点为1190℃，而FeS与Fe的共晶体熔点约为980℃。当钢加热至1000～1200℃进行轧制时，沿晶界分布的Fe+FeS共晶体局部已经开始熔化，晶粒间的结合力遭受破坏，产生所谓的沿晶裂纹，导致“热脆”现象的发生。钢中加入锰，可消除硫的有害影响，因为硫与锰的亲合力较硫与铁亲合力强，锰能从FeS 中夺走硫形成MnS，而MnS的熔点达1620℃，在钢正常轧制温度下不会产生沿晶熔化现象。但上述硫化物类夹杂中同时存在MnS与FeS，二者质量比约44:5，即FeS质量分数约.

占10%。因FeS熔点约为1190℃，加热炉的均热温度为1240℃，FeS己经熔化，在轧件表面熔融态的FeS起润滑作用，所以在前面2个道次轧制时打滑较严重，造成咬入困难。国内外均着重研究改变硫化锰长宽比(L/W)，希望硫化物成纺锤状或近似圆形。精确控制结晶器液面，采用较低的拉速，保证钢液面平稳，严格控制钢液卷渣形成大型皮下夹杂。

2硫系易切削钢冷加工质量缺陷类型及成因分析

目前所碰到的硫系易切削钢冷加工过程中出现过的质量缺陷大致有以下几种：表面裂纹、表面麻坑、表面疤、劈裂、麻花状扭转、心部孔洞裂纹、机加工过程中工件纵向开裂。

2.1 劈头试样

该试样是在经过轧制过程中的数次剪切后到成品仍出现的劈头现象。金相试样共镶了6个样：1试样在劈开段上截取，且为纵向样；2试样也在劈开段上截取，和1试样紧邻，且为纵向样。3、4试样紧挨劈开区域，但未劈开，其中3试样为横向样；4试样为纵向样。

5、6试样为离劈开位较远处（视为正常区域），其中5试样为横向样；6试样为纵向样。各试样取样位置如下图所示。

1,2 3,4 5,6

图1 各试样取样位置示意图

从金相检验来看，处于1、2号位置（劈开位）的试样，其纵向样有3条纵向贯通的大裂纹，裂纹内有硫化物存在，裂纹较宽处则表现为孔洞，稍窄处则里面充满着硫化物夹杂，该位置的试样还分布数量偏多的大尺寸硫化物夹杂，由此推断钢材在该位置存在严重的硫的偏聚，致使该处形成了熔点较低的二元共晶产物（Fe+FeS），其熔点约988~989℃，或熔点更低的三元共晶产物（Fe+FeO+FeS），其熔点约940℃。这两种多元共晶产物其熔点都低于钢坯的正常加热及轧制温度，因而就出现了轧制过程的热脆现象及轧制终了的开裂现象。3、4号位置（紧邻劈开位）的试样，其纵向样有一条纵向贯通的裂纹，裂纹内充满着硫化物夹杂，裂纹长度方向中间有一孔洞，该位置的试样也分布数量稍多的大尺寸硫化物夹杂，由此推断钢材在该位置也存在较为严重的硫的偏聚，情况和1、2号位置类似，但硫的偏聚程度较1、2号位置处有所减轻。5、6号位（视为正常区域）的试样无论纵横截面夹杂物分布则较为均匀细小。综合三个位置取样经金相检验的结果来看三处都含有大尺寸硫化物夹杂，并且1、2、3、4位置还有尺寸大得多的裂纹，有的位置甚至扩展为裂缝（孔洞），因此，该试样的劈裂与局域严重的硫的偏聚，从而生成了低熔点二元共晶产物（Fe+FeS）或熔点更低的三元共晶产物（Fe+FeO+FeS）有关。有关图片如图2、3所示。