微量碲对38MnVS6钢中MnS夹杂物塑性变形的影响

摘要：为探究微量碲改质对钢中硫化物塑性变形的影响机制,对38MnVS6非调质钢中MnS夹杂物进行了微量碲改质工业试验,并探讨了碲对钢中MnS夹杂物的改质机制和塑性变形行为的影响。结果表明,微量碲改质能明显降低试验钢铸坯中硫化物的长宽比,碲改质后不同变形量的轧材中硫化物评级亦有所改善;钢中碲主要固溶于MnS,形成Mn(S,Te)固溶夹杂物,当碲浓度达到析出过饱和度时,以MnTe形式析出于MnS表面并形成MnS MnTe夹杂物;碲良好的硫化物形态调控效果是由于形成显微硬度更高、相对塑性更低的Mn(S,Te)夹杂物;而夹杂物在大变形量轧制条件下的真应变增幅减小导致碲改质后试样中夹杂物的相对塑性反而有所增加;长条状硫化物夹杂在轧制时可能发生先碎化再经历Ostwald熟化的过程。     

碲处理对20CrMnTi齿轮钢中MnS夹杂物改性效果

 为了研究碲处理对钢中MnS夹杂物形貌的影响,利用SEM-EDS扫描电镜,研究了20CrMnTi钢中添加高纯碲粉后MnS夹杂物的改性效果。试验结果表明,碲处理使钢中夹杂物的平均长宽比由3.17降至1.83,球化效果较为明显;当碲硫比控制在0.33时,不同硫含量的钢中夹杂物形貌有明显差异,硫质量分数为0.21%的钢中,形成了MnS镶嵌在碲化物中的大型夹杂,而在硫质量分数为0.11%的钢中,形成了碲化物包裹MnS的复合夹杂;当碲硫比为3.21时,发现钢中出现了单独存在的高碲相,MnS外层的碲化物层也较厚,改性率仅为8.75%,这表明高碲硫比并不能提高硫化物改性的数量。     

碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变

通过实验室加热试验和热力学计算研究了碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变,得出含硫钢加热过程中MnS-MnTe类夹杂物变化的规律与机理。随着钢中碲含量和Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物的平均直径增大,平均长径比降低。加热处理后,钢中MnS和MnTe充分生长和析出,碲处理对MnS夹杂物的改性效果相比起热处理前更为明显。随着钢中Te/S质量比的增大,夹杂物的平均直径更大、数密度更低、面积分数更高。随着钢中Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物中树枝状的Ⅱ类比例降低,球形的I类和块状的Ⅲ类比例升高。在当前试验条件下,当钢中Te/S质量比达到0.33时,钢中MnS开始析出温度低于钢液开始凝固温度,有利于抑制共晶反应中在晶界处Ⅱ类MnS的生成。当Te/S质量比大于1.35后,钢中出现较多球形的纯MnTe夹杂物。     

碲对硫化物轧制变形行为影响的研究

采用扫描电镜对38MnVS6钢中Te的赋存状态进行了分析,采用Gleeble-3500模拟了轧制过程。对MnS夹杂和基体的硬度进行了检测,并对夹杂物进行了统计,由此对夹杂物的变形行为进行研究。结果表明,少量的Te首先固溶在MnS中,当Te含量超过130×10~(-6)时开始析出MnTe。经过热压缩后,随着Te含量的增加,夹杂物的长宽比从2.3逐渐降低至1.8左右。钢中Te含量增加,夹杂物与钢基体的硬度比H_夹/H_钢基本为一个常数,不能造成夹杂物的抗变形能力增加。经过热压缩后,较小的夹杂物其长宽比也较小。钢中加Te后可使夹杂物尺寸减小,进而减小了夹杂物的变形量,抑制了轧制过程中夹杂物的变形。     

碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变

通过实验室加热试验和热力学计算研究了碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变,得出含硫钢加热过程中MnS-MnTe类夹杂物变化的规律与机理。随着钢中碲含量和Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物的平均直径增大,平均长径比降低。加热处理后,钢中MnS和MnTe充分生长和析出,碲处理对MnS夹杂物的改性效果相比起热处理前更为明显。随着钢中Te/S质量比的增大,夹杂物的平均直径更大、数密度更低、面积分数更高。随着钢中Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物中树枝状的Ⅱ类比例降低,球形的I类和块状的Ⅲ类比例升高。在当前试验条件下,当钢中Te/S质量比达到0.33时,钢中MnS开始析出温度低于钢液开始凝固温度,有利于抑制共晶反应中在晶界处Ⅱ类MnS的生成。当Te/S质量比大于1.35后,钢中出现较多球形的纯MnTe夹杂物。     

硫系、碲系、铅系易切削钢组织及硫化物对比分析

易切削钢中的夹杂物和组织是影响其切削性能的重要因素,为开发环保型无铅易切削钢,并探究其与含铅易切削钢中组织及硫化物的差异,采用光学显微镜和电子显微镜对1215MS(硫系)、1215Te(碲系)及12L14(铅系)易切削钢中基体组织和硫化物夹杂进行了对比观察与统计分析,结合非水溶液电解法分析了Pb、Te两种元素对钢中夹杂物形貌的影响。结果表明:3种易切削钢基体中组织均为铁素体、珠光体;碲能降低MnS夹杂物长宽比,其长宽比在1~3之间的比例为57%,高于硫系易切削钢1215MS的40%以及铅系易切削钢12L14的33%;碲在易切削钢中生成MnTe,使轧制后的MnS的形貌趋于球状、椭球状、纺锤状,改质作用显著,而铅在易切削钢中以铅单质存在,对硫化物的改质效果有限。     

碲处理控制钢中硫化锰夹杂物综述

随着钢铁工业向高速化、精密化方向发展，通常在钢中加入硫元素以提高钢的可加工性。钢中硫化锰夹杂物的形貌及分布对钢材性能有重要影响，硫化锰夹杂物控制的目标是避免大尺寸硫化锰的产生，得到尽可能细小、均匀分布的纺锤状硫化锰。易切削钢通过添加适当的硫元素并控制硫化锰夹杂物的大小和形态，在保证强度和韧性的基础上，可以获得优良的可加工性。碲的加入可以调节钢中硫化物的尺寸和形貌，在凝固过程中硫化锰夹杂物被改性为碲化锰与硫化锰的复合夹杂物，这类夹杂物通常为球形或近球形，降低了大尺寸枝晶型硫化锰所占比例，改善钢的力学性能和切削性能。当钢中碲硫质量比高于0.2时，钢中硫化物的长径比会显著降低，钢的可加工性和切削性能会得到提高。总结和阐述了碲处理对钢中硫化锰夹杂物的改性机理以及碲对钢材切削性能的影响规律和机理，可为碲在钢铁工业应用中的进一步研究和开发提供参考。     

钢中不同氧含量对含S钢的MnS夹杂物影响

采用ASPEX自动扫描电镜,分析对比不同氧含量对钢中MnS类夹杂物的组成和形貌的影响。对比结果表明:当钢中氧含量处于高水平时,MnS夹杂物在整个含MnS类夹杂物中所占比例为70.89%,含MnS类夹杂物的尺寸指数为1.98;当钢中氧含量处于低水平时,MnS夹杂物在整个含MnS类夹杂物中所占比例为93.84%,含MnS类夹杂物的尺寸指数为4.5,夹杂物的外观由椭圆型转变为细长型。     

钙镁复合处理20CrMnTi钢中硫化物夹杂

 20CrMnTi钢中添加硫可以改善切削性能,但也会带来力学性能变差的问题,Ca-Mg复合处理可减轻硫化物夹杂物的危害。通过实验室高温试验、电镜观察、能谱分析及统计方法,研究了对20CrMnTi钢中加硫后形成的硫化物进行Ca-Mg复合处理以及钙处理的效果。试验结果表明,复合处理可以使加硫钢中长条、链状的II类硫化物改性为球状单相或者包裹氧化物的复合夹杂物,处理后钢中夹杂物的平均长宽比、直径显著降低;复合处理时钙加入钢中形成的CaS与MnS固溶提高硫化物的球化率,镁主要形成MgO,使被包裹的氧化物核心更细小弥散,最终的夹杂物为MnS-CaS-MgO（-Al2O3-CaO）;若镁过量,则硫化物中会出现MgS,若钙过量,氧化物中出现CaO;加入镁使钙处理所需钙加入量变小,复合处理的效果优于单独的钙处理。     

碲处理改善汽车曲轴用非调质钢38MnVS6硫化物形貌的研究

为研究碲元素对汽车曲轴用非调质钢38MnVS6硫化物形貌的影响,在冶炼过程中喂入70 m的Mn-Te线,加入0.012%Te,通过金相显微镜及扫描电镜对Φ380 mm连铸圆坯及Φ105 mm热轧圆钢的非金属夹杂物进行研究。研究发现,硫化物的形态在连铸坯横向与纵向的形态相同;MnS与MnTe形成共晶化合物,MnTe的存在改变了MnS的析出形态,可以使硫化物形态向短杆甚至椭球态转变,整体长度尺寸变小,平均长度由45μm缩短为15μm;加入0.012%Te后,MnTe与MnS两种夹杂物发生固溶,轧材夹杂物与铸坯相似,而未Te处理的圆钢硫化物随轧制的方向被明显的拉长。     

Metallography of telluride on free cutting steel

The results of investigation and analysis of telluride and sulfides in free cutting steel containing tellurium and sulfur can be summerized as follows. No tellurium is found in steel matrix. All the tellurium exists in solid solution in manganese sulfide. The extra amount of tellurium in excess of the solubility in manganese sulfide exists as MnTe in steel. The tellurium content in manganese sulfide is 2.5 wt% on average, and the sulfur content in MnTe is about 3 wt %. In annealed steel, the content of iron solutionized in MnS (steel containing 1–2 % Mn) and in MnTe are both about 2 wt %. MnTe usually forms complex inclusions with MnS. The greater the Te/S, the higher the MnTe content in the complex inclusions. There is no single phase MnTe in steel with Te/S as high as 0.84. When steel is hot worked, MnTe deforms more easily than MnS. MnTe appears light grey in a bright field, and opaque in a dark field. In cast steel it is anisotropic and in forged steel it is isotropic under polarized light. In cold drawn steel, most of the MnS is anisotropic and remained so after annealing at 1100°C. If Te/S in steel is too high, the MnTe formed is prone to stretch in the working direction during press work. Hence, in so far as controlling the shape of the sulfide with the aid of tellurium is concerned, a Te/S of about 0.1 is appropriate. When the MnTe and MnS in steel are separated electrolytely in the four different solutions used in this work, the equilibrium potential of MnS is relatively positive, and that of MnTe is relatively negative in comparison with iron. When an organic solution (No. 3) is used, the MnS in steel can be almost completely and MnTe partly separated.     

重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析

 采用无水有机溶液电解法分离提取重轨钢中的MnS夹杂物,采用扫描电镜观察铸坯内和钢轨中MnS夹杂物的三维形貌,并结合能谱仪分析其成分。铸坯被轧制成钢轨后,相应的MnS夹杂物都沿着轧制方向被轧制成长条状。基于热力学和动力学模型,分析重轨钢中MnS夹杂物析出行为以及在钢液凝固过程中锰元素和硫元素偏析的程度。热力学分析表明,MnS夹杂物在凝固末期凝固分数为0.94时开始析出,其析出量由初始[w([Mn])]和初始[w([S])]决定,且在凝固过程受到冷却速率的影响,对比发现,热力学的计算析出结果与Thermo-Calc和FactSage6.4的计算结果有较好的一致性;动力学分析表明,在钢液凝固过程增加冷却速率,凝固析出的MnS颗粒尺寸将减小。通过调整钢中[w([Mn])]和[w([S])]以及改变冷却速率,可以控制MnS的析出时机和形态,减小其对钢性能的有害影响。     

碲处理对15-5PH钢中硫化物夹杂改性的作用

155PH沉淀硬化不锈钢具有优良的机械加工性能,而钢中夹杂物可以对其性能造成显著影响.在加工时,长条状的硫化物夹杂往往会导致含硫钢的横向性能下降,呈现出明显的各向异性,进而导致材料因断裂而失效.为了研究碲处理对钢中硫化物形貌的影响,利用高温试验、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)及统计方法,研究了碲处理对15-5PH钢...     

微量铋合金对易切削钢中MnS形貌的影响

 利用Q500图像分析仪和JSM6480LV型扫描电镜研究了微量元素Bi对S-Bi易切削钢中的MnS长宽比的影响规律。结果表明,Bi在易切削钢中以3种形态存在：单独存在于钢基体中、被硫化物包裹和介于钢基体与硫化物之间。S-Bi易切削钢铸锭中w（TO）分别为0.032%,0.022%和0.024%,Bi质量分数分别为0.0002%、0.0010%和0.0020%时,MnS的长宽比均在1.0~1.6,低于硫系易切削钢的1.2~3.2（w（TO）为0.030%）。在锻造比为2.25时,钢中MnS的长宽比增长率低于1.0,且MnS夹杂物的变形率随Bi含量增加而降低。钢中Bi金属在钢锭锻造过程中可起到抑制硫化物变形的作用。