钢中氮含量对含硫齿轮钢硫化物影响的试验
发布时间：2021-07-19 12:06
某钢厂齿轮钢20CrMnTi（质量分数/%:0.17～0.23C,0.17～0.37Si,0.80～1.00Mn,0.025～0.035S,0.004～0.08Ti,1.10～1.25Cr）的生产工艺流程为90 t LD-LF-RH-CCM-150 mm×150 mm方坯连铸。通过热力学计算得到钢中的MnS和TiN均在液相线和固相线之间析出。试验研究钢中含不同氮含量情况下,钢中硫化物和氮化钛具有相互结合的变性效果。试验结果表明,当钢中氮质量分数约为0.005 5%时,TiN优先于MnS析出,钢中更多的硫化物夹杂以氮化钛为形核核心,形成硫化锰和氮化钛复合夹杂物,从而改善A类夹杂物尺寸和形貌,A类夹杂物呈短小、均匀分散分布态势,按GB/T 10561评定达到1.5级。
【文章来源】：中国冶金. 2020,30(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【图文】：
原工艺下MnS夹杂形貌
为了控制MnS夹杂物的长宽比,使其形态为纺锤状,且均匀分布,目前诸多钢厂采用钢水钙处理获得有核心的(Mn,Ca)S球形或纺锤状复合夹杂物[7-11],也有通过加入稀土对MnS夹杂进行变性处理,形成高硬度不易变形的稀土硫化物或稀土硫氧化物改善MnS形态[5]。但从目前的工艺技术研究和运用上看,对于含0.025%～0.035%硫和0.020%左右铝的20CrMnTi钢,采用钙处理对硫化物夹杂进行变性时,钢水中的氧化铝夹杂很难变性为12(CaO)·7(Al2O3)(图2[9]),工艺一旦掌握不好,不但不能使氧化物和硫化物夹杂很好地变性,反而容易造成连铸浸入式水口结瘤。该钢厂针对含硫含铝钢可浇性进行了相关的工艺优化,通过抑制CaS生成,使钢中氧化物夹杂物仍以钙铝酸盐为主,可显著改善钢水可浇性[12],但该工艺对钢中硫化物夹杂形貌的控制方面没有改善作用。对于含钛钢种,吴树漂等[1]认为,冶炼过程中控制好TiN的形状或使其变性,可以消除其对疲劳寿命的影响。该钢厂现有工艺条件下生产的20CrMnTi钢中含有0.04%～0.08%的钛、0.003 0%～0.004 0%的氮,本文通过计算TiN和MnS析出热力学条件,利用钢水凝固过程中TiN和MnS的结合变性思路进行工艺的优化试验,实现既可控制TiN又可改变硫化物夹杂的形态、尺寸及组成。
由式(8)和式(9)得到TiN夹杂物析出的稳定性图,如图3所示。图3中标记的“1”和“2”两点为目前工艺下钢中钛、氮含量对应的TiN开始析出点,标记的“3”和“4”两点分别为当钢中钛质量分数为0.045%时,氮质量分数分别为0.005 7%、0.007 3%对应的TiN开始析出点。从图3可以看出,钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出的温度越高。TiN夹杂不会在液相线温度1 508 ℃以上析出,而是在液相线(1 508 ℃)和固相线(1 445 ℃)之间开始析出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含硫含铝钢浇铸结瘤原因分析及改进[J]. 翟万里,左辉,马建超,印传磊. 炼钢. 2018(02)
[2]钙处理对含硫非调质钢中硫化物形态的影响[J]. 姚登元,吴华杰,陆鹏雁,岳峰,张永超. 中国冶金. 2017(04)
[3]重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析[J]. 张学伟,张立峰,杨文,董元篪,李扬洲. 钢铁. 2016(09)
[4]我国齿轮钢生产技术发展状况[J]. 张贵. 工业加热. 2015(05)
[5]含Ti齿轮钢中TiN夹杂析出热力学及其控制[J]. 葛允宗,王建军,颜慧成,仇圣桃. 钢铁钒钛. 2012(05)
[6]含硫齿轮钢20CrMnTiH中硫化物对切削性能的影响[J]. 申景霞,郑艳,张海霞,朱荣. 特殊钢. 2012(03)
[7]硫系易切削钢氧化物和硫化物变性的分析[J]. 刘乐东. 特钢技术. 2011(02)
[8]82A钢凝固过程中TiN夹杂析出热力学和动力学[J]. 蒋跃东,薛正良,吴杰,桂美文,郑云峰. 武汉科技大学学报. 2010(04)
[9]20CrMnTiH和GCr15钢中TiN析出热力学计算[J]. 朱宝晶,秦东,汤艳梅. 冶金丛刊. 2010(01)
[10]轴承钢中TiN夹杂物的控制研究[J]. 田新中,刘润藻,周春芳,薛正学,钟保军. 北京科技大学学报. 2009(S1)
本文编号：3290670
【文章来源】：中国冶金. 2020,30(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【图文】：
原工艺下MnS夹杂形貌
为了控制MnS夹杂物的长宽比,使其形态为纺锤状,且均匀分布,目前诸多钢厂采用钢水钙处理获得有核心的(Mn,Ca)S球形或纺锤状复合夹杂物[7-11],也有通过加入稀土对MnS夹杂进行变性处理,形成高硬度不易变形的稀土硫化物或稀土硫氧化物改善MnS形态[5]。但从目前的工艺技术研究和运用上看,对于含0.025%～0.035%硫和0.020%左右铝的20CrMnTi钢,采用钙处理对硫化物夹杂进行变性时,钢水中的氧化铝夹杂很难变性为12(CaO)·7(Al2O3)(图2[9]),工艺一旦掌握不好,不但不能使氧化物和硫化物夹杂很好地变性,反而容易造成连铸浸入式水口结瘤。该钢厂针对含硫含铝钢可浇性进行了相关的工艺优化,通过抑制CaS生成,使钢中氧化物夹杂物仍以钙铝酸盐为主,可显著改善钢水可浇性[12],但该工艺对钢中硫化物夹杂形貌的控制方面没有改善作用。对于含钛钢种,吴树漂等[1]认为,冶炼过程中控制好TiN的形状或使其变性,可以消除其对疲劳寿命的影响。该钢厂现有工艺条件下生产的20CrMnTi钢中含有0.04%～0.08%的钛、0.003 0%～0.004 0%的氮,本文通过计算TiN和MnS析出热力学条件,利用钢水凝固过程中TiN和MnS的结合变性思路进行工艺的优化试验,实现既可控制TiN又可改变硫化物夹杂的形态、尺寸及组成。
由式(8)和式(9)得到TiN夹杂物析出的稳定性图,如图3所示。图3中标记的“1”和“2”两点为目前工艺下钢中钛、氮含量对应的TiN开始析出点,标记的“3”和“4”两点分别为当钢中钛质量分数为0.045%时,氮质量分数分别为0.005 7%、0.007 3%对应的TiN开始析出点。从图3可以看出,钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出的温度越高。TiN夹杂不会在液相线温度1 508 ℃以上析出,而是在液相线(1 508 ℃)和固相线(1 445 ℃)之间开始析出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含硫含铝钢浇铸结瘤原因分析及改进[J]. 翟万里,左辉,马建超,印传磊. 炼钢. 2018(02)
[2]钙处理对含硫非调质钢中硫化物形态的影响[J]. 姚登元,吴华杰,陆鹏雁,岳峰,张永超. 中国冶金. 2017(04)
[3]重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析[J]. 张学伟,张立峰,杨文,董元篪,李扬洲. 钢铁. 2016(09)
[4]我国齿轮钢生产技术发展状况[J]. 张贵. 工业加热. 2015(05)
[5]含Ti齿轮钢中TiN夹杂析出热力学及其控制[J]. 葛允宗,王建军,颜慧成,仇圣桃. 钢铁钒钛. 2012(05)
[6]含硫齿轮钢20CrMnTiH中硫化物对切削性能的影响[J]. 申景霞,郑艳,张海霞,朱荣. 特殊钢. 2012(03)
[7]硫系易切削钢氧化物和硫化物变性的分析[J]. 刘乐东. 特钢技术. 2011(02)
[8]82A钢凝固过程中TiN夹杂析出热力学和动力学[J]. 蒋跃东,薛正良,吴杰,桂美文,郑云峰. 武汉科技大学学报. 2010(04)
[9]20CrMnTiH和GCr15钢中TiN析出热力学计算[J]. 朱宝晶,秦东,汤艳梅. 冶金丛刊. 2010(01)
[10]轴承钢中TiN夹杂物的控制研究[J]. 田新中,刘润藻,周春芳,薛正学,钟保军. 北京科技大学学报. 2009(S1)
本文编号：3290670
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