1215易切削鋼鋼中顯微夾雜物特征研究

馬艷杰

摘要： 某鋼廠采用轉爐→LF精煉→連鑄的工藝流程生產1215易切削鋼。對不同批次、不同流數的鑄坯中全氧、氮含量及顯微夾雜物形貌成分進行系統分析。結果顯示：鋼中[O]含量較高，氧化物夾雜與硫化物夾雜能形成復雜化合物，其形狀多為球形或紡錘形，有助于改善鋼材切削性能；但鋼中[O]含量高，會引起鑄坯質量缺陷，要注意改善保護渣成分，優化工藝參數 ，提高鑄坯質量。

Abstract： The 1215 free-cutting steel is produced in the process of converter→LF refining →continuous casting in a steel mill. The oxygen and nitrogen contents and the micro-inclusions morphology in slags with different batches and different flow numbers were systematically analyzed. The results show that the content of [O] in the steel is high， the inclusions of oxides and sulfide inclusions can form complex compounds， and the shapes of the inclusions are mostly spherical or spindle-shaped， which helps to improve the machinability of steel. However， high [O] content in steel will lead to slab quality defects， so we should pay attention to improve the composition of flux， optimize process parameters， and improve the quality of slab.

關鍵詞： 易切削鋼；顯微夾雜物；特征

Key words： free cutting steel；microscopic inclusions；behavior

中圖分類號：TF762 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0207-02

0 引言

隨著工業發展，汽車、儀表、自動化機械等使用越來越廣泛。人們希望通過提高鋼材加工性能，降低零件加工費用來降低生產成本。硫能使鋼材發生熱脆，降低鋼材軋制性能。但硫化物（主要是MnS）夾雜在熱加工時變形拉長，增加各向異性，降低鋼材橫向性能，能使車屑容易斷裂，在加工過程中避免車床卷刀等現象發生[1-2]，進而節約加工成本。

鑄坯組織中的MnS夾雜分為三類：①球形夾雜，也稱第Ⅰ類夾雜，無規則分布在鑄坯中，夾雜物為單相或兩相；②鏈狀夾雜，也稱第Ⅱ類夾雜，沿晶界分布；③角狀或多面體形，也稱第Ⅲ類夾雜，與球形夾雜類似，無規則分布。國內外學者對不同類型MnS夾雜對鋼材的性能影響做了大量研究發現，第Ⅰ、Ⅲ類夾雜對鋼材性能影響不大，但第Ⅱ類夾雜會明顯降低鋼材力學性能，因此，在生產過程中，控制MnS夾雜物形態，能有效改善鋼材性能。

1215易切削鋼是硫+磷復合易切削鋼，主要應用于汽車、儀器、機床、五金及標準件。1215易切削鋼在鋼中添加的硫元素，通過控制冶煉過程工藝參數，調整保護渣成分，使生成硫化物夾雜以合適的形態存在，進而提高鋼材切削性能，降低切削抗力，在加工過程中降低磨損[3-7]，節約零件生產成本。

某鋼廠采用轉爐→LF精煉→連鑄的工藝流程生產1215易切削鋼。實驗對鑄坯中全氧、氮含量及顯微夾雜物含量分布進行研究，評價鋼的潔凈度，分析硫化物夾雜形貌及成因，并對影響鑄坯質量的因素提出改進措施。

1 試驗條件及取樣方案

實驗鋼種為1215易切削鋼，其主要成分如表1所示。

在現場生產中隨機選取S1、S2、S3、S4四個爐次作為研究對象；在各爐次對應連鑄過程中的鑄坯1流、鑄坯4流分別取樣，共取得8塊試樣。將試樣上分別切取10mm×10mm×10mm的金相試樣，編號后，進行顯微組織檢測、掃描電鏡及能譜分析實驗，將所得結果整理分析。

2 試驗結果分析

2.1 鑄坯中氧、氮含量的變化

鋼中非金屬夾雜物大部分是氧化物夾雜，在一定程度上，全氧含量能反應鋼中非金屬夾雜物的數量，因此，鋼中全氧含量也是評定鋼液潔凈度的重要指標[8]。

鑄坯1流、鑄坯4流鋼中全氧、氮含量變化如圖1所示。

鋼中[O]含量較高，平均[O]含量達到83ppm，隨著[O]含量增加，以氧化物夾雜為核心，硫化物夾雜包圍在氧化物外層，形成復雜化合物，能降低鋼中非金屬夾雜物塑性。實踐證明，在軋制過程中，復雜化合物的抗切削性能低，減少刀具磨損。

但是，鋼中[O]能與耐材作用生成低熔點物，浸蝕和沖刷鋼包中間包耐火材料，生產中容易造成溢鋼或中間包漏鋼等現象；鋼中[O]含量增加，還容易引起鑄坯皮下和內部氣孔；鋼中[S]，[O]含量高，凝固過程中易發生成分偏析，以及析出低熔點硫化物或氧化物，產生晶界脆性，致使凝固坯殼高溫強度低，在澆注溫度、拉坯速度及二冷制度配合不當的情況下，鑄坯內部裂紋加劇。所以在生產中，要合理調整保護渣成分，優化操作工藝，提高鑄坯質量。

2.2 鑄坯顯微夾雜物形貌與成分的變化endprint

通過掃描電鏡及能譜分析，得到鑄坯顯微夾雜物形貌及成分如圖2、圖3所示。

鑄坯中顯微夾雜物以球形或紡錘形夾雜為主，尺寸在0～5μm之間，主要類型是MnS夾雜，中心有微量的氧化物，多數呈圓形，均勻分布，屬于第Ⅰ類硫化物夾雜，能夠很好的改善鋼的易切削性能。此外，鑄坯中還有少量氧化物夾雜。

某鋼廠在生產1215易切削鋼過程中，鑄坯振痕較深，縮孔較為嚴重，還存在輕微鼓肚脫方現象。經過理論及實驗分析，擬采用調整工藝參數和保護渣成分來解決上述問題。生產實踐證明，通過降低碳含量，同時提高硅含量，可以避免凹陷、孔洞和振痕深問題；同時，在保護渣中添加粗石墨和硅鋁鈣粉等還原劑，降低鋼渣界面硫氧含量，提高界面張力，提高堿度，可改善吸收和溶解夾雜物的動力學條件，也利于吸收S，增大粘度，減輕振痕；另外，減小結晶器振動振幅，也可以減輕振痕。

3 結論

①根據鋼中全氧含量分析，鋼中[O]含量較高，氧化物夾雜與硫化物夾雜能形成復雜化合物，改善鋼材切屑性能；但鋼中[O]含量增加會引起鑄坯質量缺陷，實際生產中要調整保護渣成分，優化工藝參數，提高鑄坯質量。

②鑄坯中顯微夾雜物主要以球形或紡錘形第Ⅰ類硫化物夾雜為主，有助于改善鑄坯易切削性能，是冶煉硫系易切削鋼希望得到的夾雜物類型。

③綜上所述，提高氧含量，能使1215易切削鋼鋼中顯微夾雜物形貌及成分得到很好控制，提高鋼材切削性能，但要提高澆注水平，優化保護渣成分，可以避免鑄坯凹陷、孔洞和振痕深問題。

參考文獻：

[1]Sims C E. Nonmetallic constituents of steel[J]. Trans. AIME， 1959， 215：367-391.

[2]夏云進.含硫易切削非調質鋼中硫化物形成機理與控制研究[D]. 博士學位論文：北京科技大學，2011.

[3]段飛虎.鋼中氧含量對硫化物夾雜種類和形態的影響[J]. 鋼鐵研究，2016，44（4）：20-22.

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[7]夏云進，王福明，王金龍，等.氧含量對易切削鋼中硫化物生成行為的影響[J].北京科技大學學報，2010，32（10）：1271-1276.

[8]MCPHERSON M N A， CLEAN M A. Non-Metallic Inclusion in Continuously Cast Steel [M]. USA： ISS，1995.endprint