Y15切削钢的工艺探讨.pdf

曩 2 0 0 1年第 l期 五钢科技 9 Y1 5易切 削钢 的 工 艺探 讨 胨杰 摘要 本文介绍了 Y1 5易切削锕的冶炼工艺 结合生产实践 对影响其切削性能的关键 因素 如锰 硫比和铝 氮等元素在操作 中的控制进行了初步探讨 关键词YI 5 切削性能关键 因素探讨 前 言 Y1 5 钢是 S P复合 高硫 低硅易切 削钢 是我 国 自行 研制 的钢种 广泛应 用于 螺栓 螺母 管接头和弹簧座等非重要标准 件 L Y1 5钢 不仅 在化 学成 分上要求锰 磷 硫 含量高 锰硫 比合 适 而且 内在硫 化 物夹杂应尽 可能呈球 状或纺锤状 形态分 布 以割断钢基体的连续性 从而达到钢易切 削 的目的 冶炼工艺对 Y1 5钢 的上述特性起着 举足轻重 的 影响 因此 通 过 两 年来 的不 断实践与摸索 我们对本钢种的冶炼工艺 进行 了多提改 进 利 用 了部 分 高 硫炉 料 并 控制锰 硫 比 3 5 取得 了一些成效 产品 也得到用户单位的一致好评 同时 结合 现有设备 通过合理工艺使钢 中 n 和 s 均匀 以解决在当前电弧炉生产 中存 在的锰 硫元 素的控 制难点 并 采用吹氮 引 流技术 对 氮元素 影 响钢切 削 性 能的复 合 作用等方 面进行 了有益 的探讨 l 工 艺制订 1 1 冶炼 条件 碱性电弧炉氧化法冶炼 包 内镇静并 吹氮引流 浇注 2 3 t 锭 l 2 技 术条件 Y1 5 GB 8 7 3 1 8 8 发试 9 7 1 0 化学 成分 C M n S i P S s 残 余元 素含量按碳结 钢要求执 行 l 3 冶 炼工艺 1 配料 中使 用高磷 硫 生铁 碳 配至 0 8 0 2 炉料熔清至 5 0 时吹氧助熔 不加 任何 渣料 全熔 后 确 保 无 料 测 温 T 1 5 7 0 C 取样分析 I v 3 I s 3 吹氧脱碳 3 当 P 0 0 7 0 时 加 2 0 0 石灰 炉脱磷 必要时加矿脱磷 加入量为炉 料量的 0 5一l 0 4 脱 c 0 0 4 P 0 0 7 0 测 温 T 1 6 1 0 1 6 3 0 时 取 样 分 析 C P s 5 加硅锰铁 2 k g t 进行静沸腾 5分 钟 拉渣温度 出钢温度时拉渣 6 拉渣毕插铝 1 2 k g t 加磷铁 P 配算至 中下 限 包 括残 余 P 加硫铁 s 配算至 中上限 包括残余 S 及加还 原 渣料 渣料 配 比石灰 萤石 7 3 渣 料 量 维普资讯 1 0 2 0 0 1年第 1 期 为炉料量 的 2 7 稀薄渣下插铝为 0 8 k g t 加锰铁 Mn 配算至中上限 包括残余 Mn 和静 沸腾 用 锰量 硅 锰 铁使 用 量 不得 大 于 5 k g t 8 化渣均 使用电石还原 碳粉 铝粉 扩散脱氧 渣黄白且搅拌充分后取样二只 全分析 P S 待 P 报出 进行 搅 拌 再取样一只分析 c Mn S 此时 并观察圆杯样是否冒涨 9 出钢前 调整 成分 如 下 C 配至 0 1 2 Mn 配算 至上 限 S 配算至 中 限 P 配算至 中限 确保 Mn s 3 5 先加 锰 铁 待 熔 化 后 测 温 T 1 6 1 0 1 6 3 0 时拉渣全部 换酸性渣 配加磷 铁 和硫铁 全熔 以后 出钢 包 内加炭 化稻 壳 保温 1 0 钢包中吹氩气引流 P a r 0 1 0 0 2 0 MP a 镇静时间 3分钟 浇注 2 3 t 锭 模冷 1 0小时 l 4工艺使 用效果 在过去两年中 采用本工艺生产 Y1 5 钢共计 l 7炉 成 品 及冶 金效 果 分别 参 见 表 1 表 2 表 l 1 9 9 7 1 9 9 8年度 Y1 5钢成 品 炉 号 低倍 检验 机械性能检验 一 般疏 松中心 疏松偏 析 退 火 硬度 抗拉强度伸 长 率 收 缩 率 m 曲 9 1 pa 8 s 2 分析 与讨论 2 1 对 高硫 炉料的合 理利用 由于 Y1 5易切 削钢 的硫含 量偏 高 因 此 在工 艺 中我们 明确 规定配 用高硫炉料 生铁 考虑到配碳量 不宜过 高 以及 自身 的 烧损等 因素 故 配料 中炼钢生铁 C 4 0 0 左右 S 0 0 5 0 0 0 7 0 用量 一 般 控 制在 3 0 0 3 5 0 t 但 是 维普资讯 五钢科技 1 9 9 7 1 9 9 8 年度的统计数字表明 s 的 平均值 只有 0 0 8 4 根据工艺要求 氧化渣拉清毕 在钢水 下应配 s 至 0 3 5 0 这就需要朴加含硫 2 8 的硫铁约 9 5 k g t 按 1 0 0 回收率 计算 同时 硫 铁密 度 远远 小 于钢 液 加 入后大量悬 浮在 钢渣界面上 如果此 时不 加强搅 拌而 又急 于进 还 原渣 料 就 容易 使 硫铁被包裹于冷渣料 中 大大降低了增硫 效果 综 上所述 我们 完全 可 以进 一步 扩 大 对 低 碳 高 硫 炉 料 的 合 理 利 用 确 保 S i v a 能控制在 0 2 0 0 0 3 5 0 之间 在降低 料成本 的同时 又可节约 5 4 9 5 k g t 的硫铁 也相应减轻了稀薄碴下 增硫 的难 度 2 2 Mn S的控 制 众所周 知 硫是 引起 热脆的有害元 素 放硫易切 削钢 中必须 含有 较 高 的锰 通 过 把硫从 F e S形 态 熔 点 1 1 9 0 或 F e O F e S 共 晶体 熔点 9 4 0 E 转变成 Mn S 熔 点 1 6 1 0 更正确的说转变成 Mn F e S 而消除了硫的热脆影响 当锰含量少于化 合成 Mn S所需要 的 Mn当量 时 部分硫就 以 F e S或 F e S F e O 共 晶体 的形 式存 在 由于它 们熔 点低 在热加工温度 下 这类硫 化物就 会在 晶界处 形成 液相 引起 沿 晶界 的破裂 即热脆 但锰含量过高同样也会 降低切削加工性能 所以 在硫易切削钢 中一般控制 Mn S 2 5 4 5 2 2 1 Mn 的控制 在生产实践中 我们对 Mn S比的正 确控制有一定的操作困难 体现在还原阶 段 Mn 含量波动大 通常 Mn 要 比还 原期 配算值低 0 2 6 左右 参见 表 1 原 因分析 如下 1 熔池 中的钢液存 在着温度梯 度 由于 电弧 炉加 热 方式 的影 响 致 使钢 液 表 面温度往往 高于 熔 池底 部钢 液 温 度 阻碍 了 Mn 向熔池深处的均匀扩散 2 资料 2 指 出 与硅 磷等其它元素 相 比 在碳饱和的熔铁 中 锰的扩散系数较 小 见 图 1 同时 锰 铁 比重 小于 钢 液 致 使 锰在钢渣界 面有着 明显的 富集 而溶渣 中的金属扩散系数 比在熔铁 中还要小 l 0 1 0 0倍 3 炉前 取 样部 位 通常贴 着 钢 渣界 面 处 分析无代表 性 4 余钢偏多 5 锰的氧化 损失 从表 3中可知 还 原渣中 Mn O 0 7 4 推算出锰氧化损 失约 0 1 2 k t 以上各种因素最终导致了 Mn 在还 原期 化学分析 时的不稳定 根据实 际情 况 工艺 中允许出炉配 Mn 至上限 尽管 如此 Mn 值还是偏低 严重影 响了锰 硫 比的提高 根 据熔 渣 完全离 子溶 液模 型 理论 s O 2 一 o w一生 l 3 一 f s s 一 一 坐普 一信 N N 一 f 0 1 oj 按 1 0 0 k g炉渣计 算 对 一般碱性渣 而言 暑n l n 胁 I Q i 2 f 望 Q 5 6 4 0 7l F e O 王 n S iO 2 一 一 一i 2 1 6 0 3 2 王 F e O F e O 1 3 5 维普资讯 1 2 2 0 0 1年第 1期 F e z 3 当渣 中 S i O2 3 0 时 由经验 式 1 g 佑 1 5 3 N4 一 0 1 7 n S i O z 2 n l z O 5 2 n A 1 2 03 n F e 2 03 l g L3 一 0 5 7 8 4 j C Mn e S i P S 以 7 0 2 1 4 5 2 Y1 5还 原 阶段 的 钢 渣化学成分为例 参见表 3 4 表3 7 0 2 1 4 5 2 Y 5还原期钢液化学成分 元 素 C Mn S i P S 成 分0 0 8 0 6 9 0 0 9 0 0 6 9 0 2 6 6 表4 7 0 2 1 4 5 2Y 1 5还原渣样化学成分 计算结果如下 n 1 2 4 9 n 0 8 7 4 S i O 0 6 3 2 7 6 2 6 6 当 T 1 8 7 3 K时 L 0 0 8 5 2 f 0 9 7 9 7 9 8 7 8 根据实际化学分析结果 硫分配 比实 测值 s s 6 3 9 1 由此可 知 此 时熔 池 中 的硫分 配 比实 测与理论计算值相差不大 说 明钢渣间脱 硫反应 接近平衡 查 阅 7 0 2 1 4 5 2 Y1 5原 始记录 发现还原渣呈黑亮 色 同时 s 与出钢前I s 配算值相比只下降 0 0 0 3 证 实 了上述 分析 反 之 如果 还 原 为黄 白 渣 则脱硫率较大 相关数据详见表 5 通过上述分析 我们初步得 出结论 在 实 际生产 中影 响锰 硫 比的关键 因素是对 还 原期 Mn s 的正确控制 综 上所述 采取 稀薄渣下不 配硫 改在 还原阶段进行倒包操作 出钢前一并配人 锰铁 磷铁和硫铁 不仅能有效均匀还原期 的 Mn 而且还可以均衡 L 为出钢前 s 的准确配算提供了有利条件 2 3 A 的控 制 对于 易切 削钢而言 铝是有害元素 它 和溶于钢中的氧结合生成高硬度 具有磨 料性质 呈条状 分 布的 有 害夹 杂 物 同 时影 响了硫 化锰的形态 u 图 1 碳饱和熔铁各种元素的 扩散系数与温度的关系 维普资讯 五 钢科技 1 3 表 5 还原期渣况对I s 的影响 7 0 3 2 2 8 4 白 0 1 4 8 0 1 5 4 0 1 6 5 0 2 5 4 儿 1 9 2 0 3 8 0 1 21 资料 2 认为 对于低碳钢 第 1类硫化 物可以一直保持到残铝 为 0 0 1 0 在 中 碳钢 中残铝量 仅有 0 0 0 5 即足 以使硫 化 物从第 1 类转变为第 类 对 于高碳钢 残铝约 0 0 1 5 时硫化物就由第 类转变 为第 类 如图 2所示 为了获取所要求 的硫化物形 态但又 要 适度 脱 氧 的 目的 我 们通过控制各阶段 的脱氧用铝量来实现 取 了 出钢前不 插铝 操 作 改 在扒 除 氧化 渣 后及稀 薄渣 下分别插铝 1 2 k t 和0 8 t 使铝 的脱 氧产物尽 可能 在还 原期 上 浮至渣中 减少其脱氧产物的数量 事实证明本工艺对用铝量的制订是 比 较成功的 达 到了预期的技术要求 Y1 5 钢的酸 溶铝 含量见表 6 表 6 Y1 5钢 中酸溶铝和残余氮 含量 不过 在二次 插铝 过程 中 由于铝块 比 重轻 一 部分 在渣 面上烧损 了 没有很好 地 起到沉淀脱氧作用 今后在这方面的操作 中有待改进 以充分发挥铝对钢中夹杂物 的变质作 用 3 4 N 的控制 氮在钢液中形成固溶体 提高 了固溶 体强度 但同时也降低 了钢的性能 增加了 缺口敏感性 故常用作低碳的易切削元素 它使低碳钢产生这种脆性特性类似于磷 但作用远大于磷 而当钢中磷含量较高时 由氮导致的脆性倾向更为明显 有关资料还提 出 了 3 5的最终 目的 2 采 用 吹 氮 引流 技 术 可 改 善 Y1 5 钢 的易切削性 3 通过进 一 步完 善 工艺 和采 用 低价 料等手段 可