一般来说,钢中夹杂物对产品性能是有害的,它是产品出现缺陷率的主要诱因。所以,在生产流程中要求尽量减少夹杂物,降低夹杂物的有害作用。因此,提出了生产洁净钢,甚至生产“零夹杂”钢的要求。然而,主要控制好钢中夹杂物的形态和尺寸,夹杂物对改善钢性能也可发挥有利作用。
在钢的总产量中,约有90%以上的钢需要经机械加工后才能使用。钢的易切削性能几乎是所有钢种的共同要求。在机械行业中,广泛采用自动机床生产各种零件,钢材的易切削性对于节约能耗、提高生产效率、延长刀具使用寿命、降低成本有重要影响。
◆易切削钢是在正常成分的钢中有意改变某些化学元素的含量或附加些其它特殊元素,在保持钢良好的力学性能条件下获得良好的切削性能。现代易切削钢中常使用的易切削元素主要有S、Pb、Se、Te、Bi等,这些元素以金属或非金属夹杂物状态分布于钢中,给钢以易切削性能。钢中夹杂物改善切削性能作用主要表现是:
1、切削过程夹杂物周围是应力集中源。夹杂物在钢中如同一个“内部缺口”,它提高微观裂纹的形核长大与扩展速率,使钢的塑性变形量小,使切削抗力及切削功降低,这有利于金属的剪切滑移。
2、改善切削工具与金属接触面的润滑性。在切削高温高压力的作用下,钢中夹杂物处于软化流动状态,它在切削刀具与金属接触面相对运动中起了固体润滑剂作用,减轻了刀屑间的摩擦力,使切屑排除畅通。
3、在切削过程中,夹杂物能在刀具表面形成一层覆盖膜,它能隔绝刀具与工件之间元素的扩散,抑制刀具的扩散磨损和减磨作用,这有利于提高刀具寿命。如硫易切削钢,切削时形成多层包裹的低熔点复合氧化物和硫化物夹杂,减轻了刀具磨损。
易切削钢就是把优良的切削性与良好的力学性能完美统一。实现这个统一的关键就是如何调整或改变夹杂物组成与形态。无论是采用单独或复合加入某种易切削元素改变钢成分,还是选择合适的脱氧制度,其目的就是获得适合于切削金属的非金属夹杂物。
◆钢中MnS夹杂物对中厚板的韧性是非常不利的,然而,在取向硅钢中,利用MnS作为抑制剂可以改善取向硅钢的磁性,这时MnS就是有利夹杂物了。取向硅钢片主要用于制造变压器,取向硅钢中的高斯取向晶粒是由(110)平行于板面,<001>方向平行于轧制方面的二次再结晶晶粒构成的。为使此位向的二次再结晶晶粒得到发展,则必须有抑制剂在钢中弥散分布,有效控制退火时二次再结晶其它位向再结晶晶粒长大。MnS是取向硅钢中重要的抑制剂,连铸坯经过1300~1400℃高温固溶处理,保持合适锰硫积,析出细小MnS质点呈球形,尺寸为80~100nm,可作为防止晶粒长大的抑制剂。
◆特殊用途的中厚板要求具有良好的可焊性和焊接热影响区的韧性。研究指出,提高厚板热影响区韧性最有效的方法是“氧化物冶金”。氧化物冶金是在炼钢、凝固和相变过程中控制夹杂析出物成分、数量、尺寸,在钢材中形成微细弥散分布的夹杂物,在焊接的热影响区域,这些夹杂物钉扎在奥氏体晶界,抑制奥氏体晶粒长大,细化晶粒来改善厚板焊接热影响区的微观组织,从而提高焊接热影响区的韧性。对于非调质钢,采用氧化物冶金既保证了钢材的韧性,又省掉热锻后的调质热处理,可节约成本。通过对各类夹杂物的探索,人们发现,在高温下,含有Mg、Ca、Ti、B的细微氧化物和氮化物具有钉扎和形核的综合作用,从而可达到细化晶粒、提高钢韧性的目的。氧化物冶金是人们研究的热点技术。
--本文摘自“连铸坯质量控制”