馬鵬 官平平

【摘 要】如今的機(jī)加工行業(yè)中，硫易切削鋼因其具有較好的可切削性能，常作為含鉛易切削鋼的環(huán)保替代品，并得到了廣泛的使用。通過研究新鋼對高碳高硫易切削鋼的LF精煉工藝，這不僅改善了鋼中硫化物形態(tài)，還顯著提高了該鋼的切削性能，降低了夾雜物出現(xiàn)的機(jī)率與脆性，更好地滿足了用戶需求。

【關(guān)鍵詞】高碳高硫易切削鋼；脆性夾雜物；硫化物

0.引言

易切削鋼作為具有良好的被切削加工性能的1類鋼種，其制法是在鋼中加入數(shù)量一定的磷、硫、鈣、鉛、碲、硒等幾種或1種易切削元素，制作而成的。主要工用是為自動機(jī)床進(jìn)行高速切削制作提供機(jī)械零部件，新鋼的鑄機(jī)為厚板連鑄機(jī)（360 *2270）。

1.易切削鋼存在的生產(chǎn)問題

新鋼的工藝路線為LD+CAS+LF+VD+3#CC，試產(chǎn)后，對BT/XGY55可切削性有影響的主要問題為：1） 脆性夾雜物出現(xiàn)幾率很大，高達(dá)90，而且數(shù)量多，尺寸大；2） 硫化物形態(tài)差，存在大量線條狀硫化物，線條狀硫化物高達(dá)18（長寬比），紡錘體比例不多（紡錘體比例為21）。3）鋼種氧含量難控制到20-30ppm.4）鈦的收得率不穩(wěn)定。

2.易切削鋼LF精煉工藝研究

易切削鋼可分為3類，主要是根據(jù)鋼中硫化物形成的機(jī)理不同而劃分的。其中，易切削鋼中硫化物的分布、大小、數(shù)量以及形態(tài)對鋼的切削性能都能產(chǎn)生較大的影響。

1類硫化物是常與氧化物復(fù)合成氧硫化物，它是一種顆粒大小的球狀物質(zhì)，該硫化物的熔點(diǎn)為1610℃，在鋼液凝固前即可析出，分布并不規(guī)律，有時候也會出現(xiàn)在樹脂晶里。氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)要達(dá)到一定數(shù)量方能析出1類硫化物，因此，在硅錳脫氧或者沸騰鋼的半鎮(zhèn)靜鋼中會產(chǎn)生出大量1類硫化物。

2類硫化物MnS在觀察時，基本以扇形或薄膜形態(tài)存在，該種硫化物出現(xiàn)在用鋁脫氧但又無過多的其他合金元素（Cr、C、Si）的鎮(zhèn)靜鋼中。

3類硫化物是在高硅、高硫、高錳鋁鋼中，或在過量鋁脫氧鋼中出現(xiàn)的。

其中，對鋼材切削性最有利的是1類硫化物。因此，冶煉工藝應(yīng)采取半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧方式。而具體冶煉過程分?jǐn)?shù)可見表1。

2.1.LF脫氧工藝研究

充分發(fā)揮易切削元素S的作用是作為無Pb化的嘗試的重要依據(jù)。首先，必須保證鋼中硫化物為1類硫化物，且讓其鋼中分布均勻，這有利于改善垂直方向和壓制方向的延韌性。促成1類硫化物的生成，要使MnS均勻分布，且必須讓其生成核分布均勻。

結(jié)合以往的生產(chǎn)經(jīng)驗，對硫化物形態(tài)較好的爐次精煉過程中的夾雜物尺寸特性和氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化進(jìn)行了研究（表2可見），隨著脫氧及合金化的進(jìn)行，延長精煉時間，使得氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步降低，夾雜物尺寸變小（顆粒數(shù)上升，平均面積下降），同時降低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括硫化物，其中保證硫化亞鐵的中硫占28%。要控制好氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，要考慮LF精煉爐過程中的合金化及脫氧操作。

為了避免出現(xiàn)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高而引發(fā)的嚴(yán)重鋼水污染等問題，應(yīng)該于原基礎(chǔ)上提高鋼中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并控制好鋼中出站氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0020-0.0030%之間。所形成的合金化及脫氧工藝為：改用Si、Mn脫氧的前提下，采用鋁半脫氧，轉(zhuǎn)爐高碳出鋼。

2.2.LF造渣工藝研究

根據(jù)文獻(xiàn)2可知，MgO熔渣黏度和熔點(diǎn)降低后，能與硅酸鹽、Al 03、SiO2形成低熔點(diǎn)復(fù)合化合物，且此類物質(zhì)的熔點(diǎn)均不高于1 400℃。MgO的存在能使熔渣的黏度不急升，根據(jù)堿度的升高而變化。且由硫容量理論分析可得，MgO對化學(xué)成分S的穩(wěn)定性極其有利，并且其極弱的脫硫能力，能更好地實現(xiàn)熔渣冶煉特性。因此，LF精煉過程中采用富含鎂質(zhì)的原料、中性造渣材料作為造渣原料，使w（MgO）控制在5 %～13%范圍內(nèi)，爐渣堿度控制在1.3%～1.6%范圍內(nèi)即可。

3.易切削鋼LF精煉工藝的成果

3.1實現(xiàn)了對1類硫化物的控制

研究新鋼的易切削鋼LF精煉工藝的結(jié)果表明，形態(tài)以1類硫化物為主的易切削鋼硫化物，不僅形態(tài)得到了控制，數(shù)量的分布還得到了顯著的改善。其中由表3可見，硫化物MnS從15～20減小至5～8（長寬比）。

表2 硫化物形態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.2脆性夾雜物的出現(xiàn)率明顯降低

由易切削鋼LF精煉工藝的研究表明，試樣上的脆性夾雜物尺寸降低，數(shù)量大幅減?。ㄓ?0%大幅降低至15%），易切削鋼中的脆性夾雜物的不利影響得到了很好的控制。

4.結(jié)束語

可行且穩(wěn)定的LF精煉工藝的形成，有賴于易切削鋼LF精煉工藝的研究。采用Mn，硅的脫氧技術(shù)，同時采用低堿度泡沫渣精煉，并把鋼中出站氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制0.0020-0.0030%之間。這一來，不僅有效縮小脆性夾雜物中的尺寸大小，還有效降低了其出現(xiàn)的機(jī)率，使得硫化物的形態(tài)得到更好的改善，切削性能得到更顯著的提高。用戶使用后反饋信息：產(chǎn)品的切削性能較以往有大幅提高，易切削鋼的切削性能與國內(nèi)外含鉛易切削鋼相差無幾，不僅滿足了他們的使用要求，而且滿足了經(jīng)濟(jì)環(huán)保的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]鋼鐵冶金原理[M].黃希祜.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：213.

[2]鋼中大型非金屬夾雜物[M].董履仁.劉新華.北京：冶金工業(yè)出版社.1999：249.

[3]新型低碳硫系易切削鋼切削性能試驗[J].陳明.劉鋼.張曉輝.機(jī)械工程報.2007.43（9）：161—163.