浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响论文_汪玉宁

浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响论文_汪玉宁

西宁特殊钢股份有限公司 青海西宁 810005

摘要:钢里夹杂物的产生以及具有的形式,夹杂物的形式、尺寸、多少、布局等对钢材性能所造成的影响,与控制钢中夹杂物应该实施的方式进行综合阐述。

关键词:炼钢;钢材性能;夹杂物;纯净钢

前 言:伴随着对钢的韧性和强度以及加工性能等规定的不断提高,对化学成分以及组织均匀性的标准也随之提高。钢中夹杂物的具备打破了钢的基体持续性,导致了钢组织的不均匀。钢中夹杂物性质的不一样对钢材质量的影响也会有所区别;此文综合分析了夹杂物对钢质量所造成的影响以及相应的控制措施。

1 非金属夹杂物的形成及对钢性能的影响

纯净钢是现阶段一个十分时尚的词语,其和产品最终途径以及加工方法机密相关,但是严格控制钢中夹杂物的含量及其尺寸是钢生产过程中的统一要求。钢中的夹杂物是指钢中不存在金属性质的硫化物与硅酸盐以及氧化物等。夹杂物的出现根据其来源能够划分成外来夹杂物与内生夹杂物。外来夹杂物一般是在冶炼或者凝固时所混入而且没有马上浮出的炉渣或者耐火材料等;而内生夹杂物一般是脱氧与脱硫等进行时留下的物质,也叫一次脱氧(硫)产物,以及在冷却和凝固时由于某些元素(如氧、硫、氮)溶解度下降而形成的化合物(二、三次脱氧产物),当来不及排出而留在钢中时产生的。由于外来夹杂物以及一次脱氧产物通常有些粗大,大小不一,对钢造成的影响大,应该尽量防止。内生夹杂从其出现的原理可知,是根本没有办法防止的,但是能够对它的多少、形状和类型以及布局等采取控制来减小其影响。钢中非金属夹杂物的存在,破坏了金属的连续性,降低了钢的理化性能。

1.1 对塑性和韧性的影响

夹杂物对材料的塑性造成的危害最显著,并且对面缩率的危害相比延伸率还要大。伴随着夹杂物数量的变多,钢的面缩率尤其是横向面缩率减小特别明显。夹杂物对塑性的影响还和它的大小以及形状有联系,粗大并且是条形状的塑性夹杂物与点链状脆性夹杂物对塑性的影响特别明显,与此同时,条带状塑性夹杂物与点链状脆性夹杂物都可以导致钢的每一种异性,造成横向塑性比纵向塑性低。出现点链状脆性夹杂物,它的颗粒大部分都存在棱角,和基体的融合性不太好,除减小钢的塑性以外,还可能导致钢的性能不稳定与均匀性降低[1]。

夹杂物对冲击韧性的影响不尽相同,对韧性状态下(脆性转换温度以上范围)的冲击影响显著,而在脆性破坏范围内影响较小。塑性夹杂物以及脆性夹杂物对冲击韧性所造成的影响也有不同,塑性的硫化物夹杂物对韧性状态下的冲击韧性影响显著,随硫化物的数量和平均长度的增加,冲击韧性显著降低。至于塑性硫化物对脆性状态下冲击韧性的影响,目前还存在分歧。对于典型的脆性夹杂物氧化物来说,其含量越高,冲击韧性越低,韧脆转化温度较高。

1.2 对疲劳和加工性能及其它性能的影响

钢的疲劳性能受夹杂物的影响很大,夹杂物不但在数量上起作用,并而且在大小、形状和布局以及类型上都对疲劳性能造成危害。在上面的因素中对疲劳性能危害最明显的就是夹杂物的大小,而且钢的强度水平越高,危害越大,最受影响的是存在在钢件最外面一层的大夹杂物。夹杂物的类型对疲劳性能的危害也有些大,和基体融合性不好的脆性夹杂物、不容易变形夹杂物尤其是存在棱角的脆性夹杂物对疲劳性能的影响最大。而且夹杂物的形态对疲劳性的影响主要取决于引起应力集中效应的大小,引起的应力集中效应越大,对疲劳性能的损害也就越大[2]。

2 影响夹杂物破坏作用的因素

对夹杂物作用造成危害的原因特别多,但是总结来说就是两个方面:一是和裂纹的形成相关的,牵涉到夹杂物和基体间的互相合作类型;二是造成裂纹的延伸,与夹杂物的布局等有关。

2.1 夹杂物的形状

夹杂物的具备,基体的连续性遭到破坏是最直接的危害,由于外力作用材料产生应力集中。夹杂物的形状对应力集中系数危害特别大,假如使用椭圆度体现夹杂物的形状,就伴随着夹杂物椭圆度的加大,应力集中系数加大。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与此同时,等夹杂物的椭圆度最大时,棒状夹杂物能造成的应力集中最小,然后是饼状,特别大的是扁条状夹杂物。夹杂物的椭圆度变大,就等于缺口变尖或者变深,除造成有些大的应力集中与减小材料的塑韧性之外,还会引起每一项异性,对材料的横向性能造成的影响巨大。

2.2 夹杂物的变形能力

塑性夹杂物和脆性夹杂物对性能的危害具有着明显差别。塑性夹杂物跟基体形变时的合作比较好,但是因为在压力加工下逐步伸长,容易转变成条带状,出现应力集中以及造成每一项异性,而且随椭圆度的变大其影响增加;脆性夹杂物通常是颗粒状,形状不容易改变,一样条件下对每项异性的危害不大,但是造成的应力集中比塑性夹杂物还要大,而且因为和基体的协同性不好,结合点容易损坏而直接造成微裂纹,对疲劳性性等危害较大[3]。

2.3 夹杂物和基体的结合力

由于夹杂物和基体金属间存在性能不同,在外力的影响下夹杂物和基体不可以协同就容易出现破坏作用。在压力加工时,夹杂物容易和基体分开;或因为夹杂物和基体间物理性能的不同,在凝固或者热处理时中,夹杂物与基体间的结合点会被损坏。假如夹杂物和基体间的结合点被损坏,夹杂物位置自身就直接造成了微裂纹或者空洞,对钢的性能形成损害,尤其是牵涉到复杂应力时的疲劳现象,所导致的影响更大。

3 控制夹杂物改善钢性能的方式

3.1 提高钢的纯净度

现实中上,不存在夹杂物的钢是没有的,但是尽可能降低夹杂物的含量提高钢的纯度却是我们最需要做的。既然夹杂物来源分为外来与内生。所以我们需要尽可能降低外来夹杂物对钢水污染的前提下,降低内生夹杂物的含量,其方法为降低夹杂物存在元素的含量,提高钢的纯净度,关键位尽可能降低和钢中硫化物与氧化物夹杂紧密相连的S、O含量。在具体生产过程中提高钢的纯净度无疑是最直接也是最有效的方法[4]。

3.2 夹杂物无害化处理

3.2.1增强夹杂物与基体的结合力

无论是裂纹的形成还是扩展,夹杂物与基体之间的关联性都起着重要作用,对于那些不能随金属基体一起变形的脆性夹杂物更是如此。、

3.2.2夹杂物变性

变性控制中,夹杂物的形状与变形能力关键重视的原因,经过夹杂物的改性导致条状的易变形的塑性夹杂物变成球形颗粒以及不易变形的夹杂物,对提高钢的韧性与改善钢的各向异性是有利的[5]。在实践中加入的改性剂有稀土、钛、钙等,加入方法以喂丝法与喷射冶金法作为主要。除了控制夹杂物形状和大小之外,还应该关注其分布和组成以及保证化学成分均匀性,防止或者降低偏析,其中使用最多的方法是电磁搅拌法,增加等轴晶改善铸坯凝固组织。

结语

最开始,分析与控制夹杂物就是想要健全钢的各项性能,关键是使用性能与加工性能。在试验中,工艺与方法的使用需要以健全钢性能的结果当作基础。然后,在具体制造控制时,采取优化吹氩等搅拌工艺与设备,让钢中的夹杂物变成复合的大颗粒夹杂物上浮等方式,能够减少杂质元素的数量,降低钢中的夹杂物。最终,夹杂物改性是夹杂物无害化解决的关键方式,但是在具体操作是对工艺的规定比较高。让稀土改性时,假如操作不慎,不但会降低改性效果,而且非常容易产生新的稀土夹杂物,降低钢的韧性。对于不同加工和使用方式的钢材,在夹杂物的控制要求上也是有区别的。

参考文献

[1]付冬阳,贺春阳,张规华.浅析钢中硅酸盐类夹杂物的控制与去除[J].宽厚板,2016,22(3):29-31.

[2]胡进林.脱氧剂对钢包精炼钢液夹杂物去除和尺寸控制的影响[D].中国科学院大学,2015.

[3]张广贺.浅谈钢包耐火材料对钢水质量和温降的影响[J].机械工业标准化与质量,2017(2):50-51.

[4]赵东伟,包燕平,王敏,等.钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响[J].北京科技大学学报,2013,35(9):1138-1143.

[5]王敏,包燕平,杨荃.钛合金化过程对钢液洁净度的影响[J].北京科技大学学报,2013(6):725-732.

论文作者:汪玉宁

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期

论文发表时间:2018/4/13

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