mns对钢中常见的硫含量和形状的影响

mns对钢中常见的硫含量和形状的影响

硫锰是钢中最常见的金属混合材料之一。对大多数钢来说，这种金属混合作为钢的组成部分，其大小、形状和分布对钢的性能产生了严重影响。为了保证钢的质量，冶金工作者在生产中要尽量降低钢中的硫含量和控制硫化物的形状。目前的电炉冶炼可使钢中硫含量减少到0.002%，钢中加稀土可使硫含量减少到0.0015%，并有效地控制了硫化物的形状。钢中硫含量的降低及对硫化物形状的控制提高了钢的质量，对减少废品有着重大意义。1．锰中的晶间描述MnS或(Mn·Fe)S是钢中最常见的非金属夹杂物，纯MnS的熔点为1610℃，当硫化锰含硫化铁时，熔点就相对降低，FeS和MnS二元共晶温度为1110℃。锰是与硫亲合力最强的元素，因此钢中的硫就必然形成硫化锰。钢中硫化物的形态和分布分为三类，Ⅰ类：球状、无规则分布、夹杂物为单相或两相，存在于不用铝脱氧的钢中。Ⅱ类：沿晶界分布或呈扇状分布，存在于用少量铝脱氧的钢中。Ⅲ类：片状，无规则分布，存在于加铝量高且有残铝的钢中。硫化锰的这三种形态往往在钢中同时出现，既有球形、块状，也有呈扇状分布或树枝状，但它们都体现了一个共同的熔体形态，尺寸较大，见图1和图2。因此，可以推断这种大颗粒无规则的MnS在钢液中就以液态形态存在，MnS或(Mn·Fe)S熔体的结晶温度远低于钢的凝固温度，当钢已凝固时，它们还处于液态，最终的熔体形状就与所受重力、位置、气体的流动、热量传递方向有关，因此，熔体的随意性形状是MnS在钢液冷却和凝固时的主要特征。在铝镇静钢中，硫溶解于熔融金属中，而在固体钢中却溶解很少，大约在0.020%左右。当钢水凝固时，随着温度降低，硫和锰反应生成MnS或(Mn·Fe)S，沿着晶界析出，形成第二类晶间硫化物夹杂。这种硫化物与熔体形态相比，一是尺寸非常小，二是颗粒均匀弥散分布于晶界上，它们导致钢在断裂时形成等轴穿晶韧窝。钢加热到高温，在随后冷却中，固溶于奥氏体中的硫，就会在奥氏体晶界处析出更加细小的α-MnS。2mns杂夹物对钢的性能影响夹杂物对钢性能(断裂、疲劳、应力腐蚀、切削性等)的影响，在很多情况下是各种夹杂物综合作用的结果。对MnS这类杂夹物由于它本身具有良好的高温塑性，以及它作为钢中最常见的夹杂物，因此它对钢的某些性能，例如，对钢的质点偏析的影响，对切削性能的影响，都起着主导作用。硫化锰的形态、尺寸、含量、分布及变形规律，对性能的影响，对提高钢的质量，减少废品有着重大意义。2.1钢中产品内裂纹是显微裂纹，引起低强度拉拔试验。请看，CrNiMo钢中的质点偏析是个不耐腐蚀的偏析区，它是S、P、C、Cr、Ni、Mn、Si、Al等元素正偏析的结果，在质点偏析处伴有较多的条状MnS夹杂物，严重时这些夹杂物在空间成束状分布，因此，沿晶断口形成台阶状，见图3。钢中的非金属夹杂物破坏了基体的连续性，起着缺口及应力集中作用，钢中夹杂可视为裂纹，对于脆性夹杂物临界尺寸就等于夹杂尺寸。但对于象MnS这种与基体性质相近的夹杂，临界夹杂物的尺寸可以大于临界裂纹尺寸。另外，由于MnS的收缩系数比基体大，因而在冷却时容易在其周围产生裂纹和空隙，MnS形成的空隙可占其本身体积的1.1%。因此，质点处的条状MnS在横向机械性能试验中相当于显微裂纹，在施加载荷时，使这些预裂纹进一步扩展，长大。当钢尚未发生明显变形时，应力值已超过预裂纹区的强度，从而产生孤立的裂纹。各孤立裂纹相互连接导致断裂，因为质点区发生塑变较小，故使材料的δ值降低，由于材料首先沿MnS断裂，故在断口上出现穿晶的沟槽。2.2知识产权生长和安定化过程中的缺陷产生构造和应力集中,横向ak值差异及主要成因分析S20A钢是深冲弹体用钢。在生产中曾遇到的主要质量问题是大圆的横向冲击值经常达不到技术条件要求。为了提高横向ak值，通常采用两个途径，一是控制合适的碳含量，尽量降低钢中的硫含量。二是加稀土控制钢中硫化物的形状。没有加稀土的S20A钢，在其纵向断口上明显看出在显微沟槽的底部躺着一条条沿轧制方向拉长的MnS,MnS和基体界面呈现了一种劈开破坏方式。在打横向冲击时，因拉长的条状MnS与基体有较大的交界面，结合力显然不如其它区域大，所以在受到张应力作用下，瞬间在长条方向的尖端产生显著的应力集中，形成裂纹源。那些深而宽的沟槽证明没有产生明显的塑性变形时MnS就与基体剥离，在瞬间产生了与夹杂物同样长度的显微剥离裂纹，它将大大减弱对冲击能的吸收。因此，MnS数量越多，或者条状MnS间距越窄，MnS延伸程度越大。这种能量减弱效应越显著，横向ak值就越低。在打纵向冲击时，条状MnS在其长轴方向受到的张应力只是使MnS长条断裂，但是MnS的横截面与纵向接触面相比非常小，冲击能绝大部分用来产生塑性变形，其断裂性质是韧性韧窝状断裂。因此纵向ak值大大高于横向。这就是条状MnS造成的S20A钢各向异性的主要原因。钢中加入稀土后，与硫作用生成Ce2S2、CeS、CeOS2、REALO3等稳定的稀土硫化物，在热轧时不易变形，仍呈椭圆形或球形，按上述断裂机理，可以对横向ak值提高给予满意的解释，明显地改善了S20A钢的各向异性，见图4。但是相分析证明并不是所有的MnS都转变成稀土硫化物，还有一半没有改变，它们仍以条状形式存在于钢中，所以各向异性并不能完全消除，这就是横向ak值虽有提高但仍小于纵向ak值的原因。2.3工具和切削加工的作用虽然MnS能破坏钢的连续性，降低横向性能，但对于那些对强度要求无关紧要，而容易切削加工成为主要矛盾的钢来说，钢中的MnS却成为有利因素，易切削钢在冶炼时向钢中加硫，最高硫含量可达0.35%，以便在钢中形成更多的MnS。在切削加工过程中，由于硫化物能起到隔断金属连续性的作用，当刀刃刚好碰到MnS夹杂时很容易产生显微裂纹，使切屑易于折断。MnS起到的主要作用是：在切削的剪切平面内起到应力集中因素作用，以使裂纹生成和切屑脆化；MnS在二次塑性流动区参与金属流变，以增加金属的剪切力，即它对刀刃的作用好比润滑剂，降低了切屑的韧性和粘附性，从而减少了刀具