含硫易切削钢冶炼技术实验室研究

论文摘要

钢材是汽车制造所需的主要材料，约占整车重量的70％，其中易切削钢占2.1％，碳钢占5.8％，合金钢3.7％。目前我国易切削钢的年需求量在40万t～50万t，但我国易切削钢产量仅在2万t左右，由此可见我国易切削钢生产存在巨大的发展潜力。本课题旨在为攀钢加速产品结构调整、扩大特钢生产品种、提升企业经济效益而开展的有关含硫易切削钢冶炼的前期实验室研究工作。由于熔渣对硫收得率有直接关系，为此探讨了炉渣的性质与硫收得率的影响关系。研究结果表明：炉渣的碱度、溫度和FeO都对硫收得率有影响，且炉渣碱度对硫收得率的影响最主要，炉渣碱度与硫收得率的存在如下关系式：y=82.078-30.169ln（x-0.135）；随着炉渣温度的升高，硫收得率降低；在FeO含量在0.928％～6.429％随着FeO含量的增加，硫收得率上升。在此基础上，对YF45MnVS易切削非调质钢进行了冶炼，硫收得率分别为82.55％和74.4％，平均收得率为78.48％。与此同时，冶炼YF45MnVS易切削非调质钢时采用了VT线钒合金化，钒的收得率达到91.9％。钢中夹杂物的形状、分布、数量以及组成对钢材的切削性能有一定的关系，为此开展了夹杂物控制技术研究。研究结果显示：试验钢Y45S20易切削钢经钙处理后，夹杂物纺锤率为63.03％～85.58％，平均值达到74％；随着Ca/S的增加，钢中夹杂物的数量减少，纺锤率增加较为明显。采用先弱后强的脱氧方式，生成的夹杂物有利于改善钢材的切削性能。经钙处理后，夹杂物类型是芯部为氧化物或硫化钙，外围包裹硫化物的复合型夹杂物。在连铸过程中连铸坯易产生各种裂纹，如何避免铸坯产生裂纹是一个重要的问题，通过热模拟可以指导在连铸过程中的拉矫温度。对Y45S20易切削钢和YF45MnVS易切削非调质钢进行了热模拟研究，结果表明，在850℃左右时，断面收缩率最低，温度在950℃以上时，断面收缩率都在60％以上，因此推荐拉矫温度在950℃以上。实验室冶炼的Y45S20和YF45MnVS的机械性能都达到了标准要求；同时对Y45S20易切削钢和45#钢进行了切削对比试验，结果显示：为“长紧卷屑”，45#钢为“螺卷屑”，试验钢与45#钢的切削表面光洁度相差不大，但试验钢要略好于45#钢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 易切削钢发展
• 1.1.1 易切削钢的概念以及发展历史
• 1.1.2 易切削钢在汽车工业中的应用
• 1.1.3 易切削钢在其它工业领域的应用
• 1.2 国内外易切削钢现状
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.2.3 我国与日本的差距
• 1.2.4 研究进展
• 1.2.4.1 国外研究进展
• 1.2.4.2 国内研究进展
• 1.3 易切削钢的分类与特性
• 1.3.1 易切削钢的分类
• 1.3.2 易切削钢的特性
• 1.3.2.1 硫系易切削钢
• 1.3.2.2 铅系易切削钢
• 1.3.2.3 钙系易切削钢
• 1.3.2.4 复合型易切削钢
• 1.4 冶炼工艺发展
• 1.4.1 Mn/S的控制
• 1.4.2 脱氧方式
• 1.4.3 硫的加入方式
• 1.4.4 夹杂物控制技术
• 1.5 影响硫收得率的理论分析
• 1.5.1 脱硫反应的热力学
• 1.5.1.1 碱性氧化渣对硫收率的影响
• 1.5.1.2 碱性还原渣对硫收率的影响
• 1.5.2 脱硫反应过程动力学
• 1.5.2.1 脱硫反应速率
• 1.5.2.2 影响脱硫速度的因素
• 1.6 性能检测
• 1.6.1 机械性能检测
• 1.6.2 切削性能检测
• 1.7 研究背景及研究内容
• 1.7.1 研究背景
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 试验研究概况
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验条件
• 2.2.1.1 试验原料
• 2.2.1.2 试验设备
• 2.2.2 试验方案
• 2.2.3 试验流程
• 2.2.3.1 Y45S20易切削钢试验流程
• 2.2.3.2 YF45MnVS试验流程
• 2.3 试样制备与分析
• 2.3.1 实验室锻钢
• 2.3.2 制样与分析
• 2.3.2.1 化学成分分析
• 2.3.2.2 金相样制备与分析
• 2.3.2.3 高温拉伸样制备
• 2.3.2.4 力学性能试验加工
• 第三章 硫收得率影响因素探讨
• 3.1 熔渣对硫收得率的影响结果
• 3.1.1 碱度对硫收得率的影响
• 3.1.2 温度对硫收得率的影响
• 3.1.3 （FeO）对硫收得率的影响
• 3.1.4 碱度、温度以及（FeO）对硫收得率的影响
• 3.2 加入方式对硫收得率的影响
• 3.2.1 芯线制备
• 3.2.2 喂线参数
• 3.2.2.1 喂线量的确定
• 3.2.2.2 喂线速度
• 3.2.3 喂线结果
• 3.3 验证试验
• 3.4 小结
• 第四章 夹杂物控制
• 4.1 研究目的
• 4.2 夹杂物分析
• 4.2.1 夹杂物形态评价方法
• 4.2.2 钢中夹杂物数量评价
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 钢中夹杂物形态控制
• 4.3.2 影响夹杂物形态的因素
• 4.3.2.1 Mn/S的影响
• 4.3.2.2 Ca/S的影响
• 4.3.3 影响夹杂物尺寸分布的因素
• 4.3.4 脱氧方式对夹杂物数量、形态、尺寸的影响
• 4.3.5 夹杂物组成以及成分变化
• 4.3.5.1 钙处理前夹杂物的形貌与组成
• 4.3.5.2 钙处理后夹杂物的形貌与组成
• 4.4 小结
• 第五章 高温拉伸研究
• 5.1 研究目的
• 5.2 试验方案及数据处理
• 5.2.1 试验方案
• 5.2.2 试验数据处理
• 5.3 试验结果与讨论
• 5.3.1 热塑性以及热强度特征曲线
• 5.3.1.1 Y45MnVS的热塑性以及热强度特征曲线
• 5.3.1.2 Y45S20热塑性以及热强度特征曲线
• 5.3.2 Y45S20易切削钢的断口形貌分析
• 5.3.2.1 700℃下断口形貌以及分析
• 5.3.2.2 800℃下断口形貌以及分析
• 5.3.2.3 900℃下断口形貌以及分析
• 5.3.2.4 1000℃下断口形貌以及分析
• 5.3.2.5 1100℃下断口形貌以及分析
• 5.4 小结
• 第六章 性能检测试验
• 6.1 试验目的
• 6.2 切削性能对比试验
• 6.2.1 试验条件
• 6.2.2 对比试验结果
• 6.3 机械性能对比试验
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文目录