含硫钢夹杂物控制技术研究

论文摘要

随着机械加工业的发展,切削加工高速、精密、自动化程度不断提高,对钢材的可切削性能提出了更高的要求。含硫钢因其良好的可切削性能,已得到广泛使用。国内含硫钢生产厂家主要集中在一些特钢企业,且工艺技术尚不完善,只有少数企业能够做到稳定生产。含硫钢的可浇注性差是目前实际生产中的难题。特别是中硫钢在浇铸过程中中间包水口堵塞现象比较严重,而此问题与钢中夹杂物有关。因此,研究不同合金化工艺条件下含硫钢夹杂物的变化过程,对制定合理的合金化工艺和解决水口结瘤具有重要的现实意义。课题针对含硫钢中夹杂物种类和生成条件进行了热力学研究,并在实验室条件下,利用MoSi2电阻炉开展了Al、Ca、Mg、S合金化工艺对夹杂物影响的模拟实验,利用光学显微镜和扫描电镜研究了不同合金化工艺对钢中非金属夹杂物的形貌、成分、大小等的影响规律,同时考察了合金化工艺对硫收得率的影响。在此基础上,开展工业试验,应用效果良好。通过上述研究,得到的主要结论如下：（1）工业现场水口结瘤样及中间包钢样分析结果表明,造成水口结瘤主要原因是钢中的A1203和CaS夹杂物。（2）热力学计算结果表明,对于含硫钢,当钢中w（A1）=0.02%时,钢中溶解氧达到8×10-6；提高温度在一定程度上可以抑制高含硫钢中CaS生成。钙处理时,变性A1203夹杂物为液态C12A7夹杂物需要加入较高的钙量。钢中w（A1）=0.02%时,硫质量分数控制在w（S）=0.016%以下有利于将A1203夹杂物变性成为液态C12A7夹杂物。钢中w（A1）=0.02%时,只要有微量的镁存在,钢中便可生成MgO-Al2O3,用镁来对含硫钢中夹杂物进行变性处理是可行的。（3）合金化工艺实验研究表明,先变性后喂硫工艺,硫的收得率高,其中镁处理工艺硫的收得率最高。先加钙后喂硫工艺生成的夹杂物主要为Al2O3-CaO和Al2O3-CaO-CaS, CaS主要以复合夹杂物的形成存在,没有发现CaS和A1203夹杂物。采用先镁处理后喂硫工艺终点钢样夹杂物以MgO-Al2O3和MgO为主,夹杂物尺寸细小,对A1203的变性效果很好且没有生成造成水口结瘤的夹杂物。（4）工业试验结果表明,采用增加喂钙量和延长喂钙与喂硫时间间隔等改进措施,有效地改善水口结瘤问题,连浇炉数从原来的4炉提高到目前的7炉。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 易切削钢概述
• 1.2 我国含硫钢生产现状与研究进展
• 1.2.1 含硫钢生产现状
• 1.2.2 含硫钢研究进展
• 1.3 铝镇静钢水口结瘤问题的研究
• 1.3.1 水口结瘤的危害
• 1.3.2 水口结瘤物来源
• 1.3.3 水口结瘤的防止措施
• 1.4 夹杂物与钢的性能
• 1.4.1 夹杂物与基体的相对塑性
• 1.4.2 夹杂物与氢致断裂
• 1.4.3 夹杂物对钢疲劳性能的影响
• 1.4.4 夹杂物对钢切削性能的影响
• 1.4.5 夹杂物对钢各向异性的影响
• 1.5 钢中非金属夹杂物控制研究
• 1.5.1 钙处理对钢中氧化物变性的研究
• 1.5.2 钙处理对钢中硫化物变性的研究
• 1.5.3 关于w（Ca）/w（S）比的分析与讨论
• 1.5.4 镁及其合金控制非金属夹杂物的研究
• 1.6 文献评价
• 1.7 本课题的目的及内容
• 第2章 含硫钢现场工艺情况分析
• 2.1 含硫钢结瘤水口样分析
• 2.2 含硫钢中间包夹杂物分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 含硫钢夹杂物变性处理热力学
• 3.1 热力学数据的选取
• 3.1.1 标准吉布斯自由能
• 3.1.2 主要元素活度系数确定
• 3.1.3 夹杂物中组元活度确定
• 3.2 铝脱氧热力学
• 3.3 Al-Ca-O体系热力学
• 3.3.1 Al-O平衡
• 3.3.2 Al-Ca平衡
• 3.4 Al-Ca-O-S体系热力学
• 3.4.1 CaS生成条件
• 3.4.2 O-S平衡
• 3.4.3 Al-S平衡
• 2O₃变性热力学计算'>3.5 Mg处理Al₂O₃变性热力学计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 含硫钢夹杂物控制实验研究
• 4.1 实验目的和内容
• 4.2 实验设备
• 4.3 实验方案和步骤
• 4.3.1 实验方案
• 4.3.2 实验材料
• 4.3.3 实验步骤
• 4.3.4 试样处理
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 合金化工艺对硫收得率的影响
• 4.4.2 合金化工艺对终渣成分的影响
• 4.4.3 钙处理工艺对夹杂物的影响
• 4.4.4 镁处理工艺对夹杂物的影响
• 4.4.5 镁钙处理工艺对夹杂物的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 工业试验
• 5.1 现场工艺介绍
• 5.2 工业试验方案
• 5.3 工业试验结果与讨论
• 5.3.1 精炼过程中夹杂物尺寸变化
• 5.3.2 精炼过程中夹杂物形貌组成变化
• 5.3.3 改进效果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 论文包含图、表、公式及文献