[发明专利]改变结构钢中非金属夹杂物形态的冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金方法，特别涉及一种改变结构钢中非金属夹杂物形态的冶炼方法。

背景技术

冶金行业低、中、高易切削结构钢在冶炼过程中加入一定量的硫铁或硫磺元素材料，这些材料与钢中锰结合形成硫化锰或与其它亲合元素形成的复合性非金属夹杂物存在于金属材料中，其意义在于可改进未硬化钢的切削加工性。易切削钢中添加的金属或非金属元素几乎都不能与钢基体固溶，而是以金属或非金属夹杂物的状态分布于钢中。钢中夹杂物在切削加工过程中，于切屑根部产生显微裂纹，使抵抗切削变形的有效面积减小，并在裂纹尖端附近产生应力集中现象，使材料的流变应力降低，减小了切削力。裂纹扩展与合并使材料更易断裂，改善了切屑的处理性。

对严格控制非金属夹杂物的钢种而言，最好钢中不存在易生成非金属夹杂物的元素，即不生成非金属夹杂物。但这是不可能的。唯一的方法就是尽量减少非金属夹杂物的存在，或通过改性剂在冶炼过程中使非金属夹杂物的形状、大小得到改变及弥散分布于钢中。一般认为：非金属夹杂物呈点状，尺寸越细小越好。

非金属夹杂物控制的最高境界是：非金属夹杂物呈点状，尺寸细小弥散分布于钢中，在后续热、冷加工过程中，非金属夹杂物非但不被延伸变形，还能随着加工变形程度的不同而自行破断细化。

现有的冶炼过程中加硫铁或硫磺存在以下问题：

易切削钢存在的问题：

加硫铁或硫磺虽能满足技术标准规定的成分，但在后续压力加工过程时，钢中已形成的硫化锰质点会随着钢坯的延伸而伸长，使钢材产生各向异性。

碳素、合金结构钢存在的问题：

碳素、合金结构钢中的硫属残存的有害元素，只能通过冶炼时的脱硫手段降低硫含量而无法做到完全脱硫。残余的硫仍会与其它亲和元素结合形成非金属夹杂物而存在于钢中。在后续压力加工过程中，会因非金属夹杂物的延伸塑性与钢的基体塑性不同而造成非金属夹杂物与基体钢发生破裂，萌生钢的延迟断裂等。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种改变结构钢中非金属夹杂物形态的冶炼方法，该方法可使钢中非金属夹杂物呈点状弥散分布，并在后续热、冷压力加工过程中不受影响而造成非金属夹杂物变形或伸长。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：一种改变结构钢中非金属夹杂物形态的冶炼方法，包括以下措施：

a、制备改性剂，该改性剂由以下组份及重量百分比组成：

CaS      35～70；

CaSO₄    10～40；

CaO      5～25；

C≤5；

其它微末≤5；

b、在结构钢的冶炼过程中，当钢的化学成分到位后，控制钢液温度≥1630℃，按每吨钢加入改性剂1～2kg的比例将改性剂加入钢液中，经轻度氩气搅拌后进行连铸或模铸。

所述的改性剂用喷注、包芯线喂入或封口钢管填入改性剂后插入钢液的方法注入钢液中。

所述的结构钢包括低、中、高碳硫系易切削结构钢、碳素结构钢和合金结构钢。

所述的改性剂的粒度为400～1200目。

本发明中的改性剂由硫酸钙粉末与焦炭或木屑在高温下反应制得。或在1000℃下将H₂S与H₂的混合气体通入碳酸钙反应至无水汽产生后，继续通H₂数分钟后，放冷制得。

本发明能改变非金属夹杂物对钢在后续压力加工中带来的钢的各向异性和非金属夹杂物延伸变形问题，使钢中非金属夹杂物形态随着压力加工变形量的增加更加破碎和细小化。在不降低金属材料原有力学性能的前提下，提高了力学和加工性能。

本发明还具有以下优点和积极效果

(1)工艺简单、可操作性强；

(2)生产成本低；

(3)解决了钢中非金属夹杂物在压力加工中延伸的难题；

(4)解决了钢的各向异性难题；

(5)改善了钢中非金属夹杂物级别，提高了钢的力学和加工性能。

附图说明

图1至图5是采用本发明的方法冶炼的硫系易切削钢与国内外同类型易切削钢的金相显微照片对照图，图中黑点所示为硫化物。

图6至图9是采用本发明的改性剂改性后的钢材中的非金属夹杂物在热轧过程中的演变情况的金相显微照片，图中黑点所示为非金属夹杂物。