含硫易切削鋼中硫化錳夾雜物控制的國內(nèi)外對比研究

興 超 伏存田

(1.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000；2.江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 新余 338015)

近年來，隨著國內(nèi)汽車工業(yè)迅速發(fā)展，使得國內(nèi)對易切削非調(diào)質(zhì)鋼的需求越來越大[1]。然而，目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的易切削非調(diào)質(zhì)鋼的綜合性能與國外的差距較大，很難滿足用戶的要求。為了深入認(rèn)識我國易切削非調(diào)質(zhì)鋼與國外的主要差距，分別搜集德國生產(chǎn)的易切削非調(diào)質(zhì)鋼成品鋼材C70S6，以及國產(chǎn)鋼材45MnVS，通過金相顯微鏡觀察與采用定量分析的方法對其成分、顯微組織，以及夾雜物尺寸、形態(tài)、數(shù)量分別進(jìn)行了詳細(xì)分析[2]，以找出我國含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼與國外含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼的主要差距。

1 試樣制備與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

金相試樣制備要經(jīng)過：切樣—磨光—拋光—腐蝕四個過程。本文通過線切割機(jī)直接將含硫鋼試樣切下適當(dāng)大小的試驗(yàn)用樣，規(guī)格為10mm×10mm×20mm。用不同型號砂紙進(jìn)行磨光，分別采用400、600、800和1200目砂紙進(jìn)行打磨，最后用金剛石研磨膏在拋光機(jī)上對實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行拋光處理。拋光后將試樣放入超聲波清洗儀中用乙醇清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)將試樣拋光面進(jìn)行吹干。在實(shí)驗(yàn)室采用OLYMPUS-BX51M顯微鏡(OM)對試樣拋光面進(jìn)行觀察，觀察MnS夾雜物的形貌、尺寸和分布特征，并對MnS夾雜物的形貌進(jìn)行拍照，每個實(shí)驗(yàn)試樣以1000倍的視場，分別拍100張圖片，然后采用軟件統(tǒng)計(jì)分析MnS夾雜物的尺寸、體積分?jǐn)?shù)、數(shù)量、分布和形態(tài)等。

2 國內(nèi)外含硫易切削鋼中硫化錳夾雜物控制對比

2.1 國內(nèi)外含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼成分分析

國內(nèi)外含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分檢測結(jié)果如表1所示。德國生產(chǎn)的C70S6取自汽車連桿，國產(chǎn)45MnVS取自軋材。

表1 國內(nèi)外鋼樣的化學(xué)成分(wt / %)Tab.1 the chemical composition of domestic and foreign steel (wt /%)

2.2 國內(nèi)不同壓縮比時硫化錳形態(tài)對比

本文選取了兩個不同壓縮比的同種鋼材，其壓縮比分別為43和97。圖1為軋制后壓縮比不同的試樣中灰色條狀硫化錳夾雜物的形態(tài)變化。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出這兩個壓縮比不同試樣中硫化錳夾雜物的類型和形態(tài)分布，如表2所示。從圖1可以看出，軋制后壓縮比為97的試樣中灰色條狀硫化錳夾雜物變形很明顯，說明沿軋制方向硫化錳夾雜物伸長很明顯，形成長條狀。這是由于MnS夾雜物具有良好的變形能力，在軋制過程中沿軋制方向延展成為長條狀，長條狀MnS加劇了鋼材各向異性，顯著降低材料的橫向性能，并且這種長條狀MnS夾雜物在鋼材使用過程中容易成為裂紋源，從而降低材料的使用壽命。因此，為了降低MnS夾雜物對鋼力學(xué)性能的影響，通常希望將鋼中MnS夾雜物控制為較小尺寸的球形或紡錘形(即長寬比L /W<3)為好，在熱加工過程中這種夾雜物的變形量很小，不但不會降低鋼材的橫向力學(xué)性能，而且能提高鋼材的易切削性能。

表2 國內(nèi)不同壓縮比的試樣中硫化錳夾雜物統(tǒng)計(jì)Tab. 2 Statistics of the inclusions in the samples of different compression ratio in China

圖1 軋制后壓縮比不同的試樣中硫化錳夾雜物的形態(tài)變化Fig. 1 morphological changes of the inclusions in different samples after rolling

2.3 國內(nèi)外鋼樣中硫化錳夾雜物尺寸對比

從圖2的A和B中可以看出，國外試樣中硫化錳夾雜物的長度尺寸小于3μm的比國內(nèi)的較多，寬度尺寸大體一樣，而國內(nèi)試樣中硫化錳夾雜物長度大于6μm尺寸的夾雜物則比較多。從國內(nèi)外鋼材中硫化錳長寬比來看，如圖2C所示，首先，國內(nèi)外試樣中單位面積上硫化錳夾雜物的數(shù)量差別不大，然而國外的硫含量明顯高于國內(nèi)，說明國內(nèi)在冶煉和凝固過程中S的偏析較為嚴(yán)重，導(dǎo)致析出S多的區(qū)域生成細(xì)小硫化錳夾雜物增多。另外，細(xì)長形的夾雜物數(shù)量多，這可能是在軋制過程中，由于國內(nèi)外軋制工藝參數(shù)的不同，導(dǎo)致在熱軋中硫化錳夾雜物的變形程度不一樣引起的。

圖2 國內(nèi)外軋材縱橫向的硫化錳夾雜物的統(tǒng)計(jì)Fig. 2 Statistics of the transverse and longitudinal sulfide inclusions in domestic and abroad

通過國內(nèi)外軋材中硫化錳夾雜物形態(tài)的比較，可以得出，總體上，國外軋材中硫化錳夾雜物相比較較少，尺寸較大，且細(xì)長條形的夾雜物少，大部分是短粗形的。而國內(nèi)軋制不同壓縮比的試樣比較發(fā)現(xiàn)，軋后鋼材中硫化錳夾雜物細(xì)長形的很多。由此說明國外在冶煉技術(shù)方面對夾雜物數(shù)量控制的好和在軋制工藝過程中有一套控制夾雜物的工藝制度。

2.4 國內(nèi)外縱軸和橫軸夾雜物形狀對比

圖3為國內(nèi)外試樣中縱橫向灰色條狀硫化錳夾雜物的形態(tài)，A1為國外縱向硫化錳夾雜物形態(tài)，A2為國外橫向硫化錳夾雜物形態(tài)，B1為國內(nèi)縱向硫化錳夾雜物形態(tài)，B2為國內(nèi)橫向硫化錳夾雜物形態(tài)，從圖3可以看出，國外的試樣中，縱向面大部分硫化錳夾雜物呈粗長條形，有些成紡錘形，橫軸方向的夾雜物分布呈彌散性，并且長條狀硫化物的平均長度較短、寬度較寬，形態(tài)趨于桿狀或紡錘形。然而國內(nèi)的縱軸方向大部分硫化錳夾雜物則是細(xì)長條形狀，橫軸方向的硫化物分布呈聚集型，夾雜物分布沒有國外的均勻，形態(tài)趨于細(xì)長形。經(jīng)過對國內(nèi)外試樣中硫化錳夾雜物對比，分析得到硫化錳夾雜物形態(tài)分布與其類型，如表3所示。

圖3 國內(nèi)外試樣中縱橫向硫化錳夾雜物的形態(tài)Fig. 3 Morphology of the aspect and aspect of the inclusions in the sample at home and abroad

表3 國內(nèi)外試樣中硫化錳夾雜物統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of inclusions in the samples at home and abroad

2.5 國內(nèi)外金相組織對比

圖4中A'為國外試樣金相組織、a1'為國內(nèi)軋制壓縮比43的試樣組織、 a2'為國內(nèi)軋制壓縮比97的試樣組織，國外的組織以索氏體為主，同時有少量的鐵素體和滲碳體組織，這可能是其碳含量高(C含量為0.70%左右)的原因。圖4a1'和a2'分別為國內(nèi)軋制前后的試樣金相組織圖，可以看出，金相組織是粒狀珠光體和少量滲碳體和鐵素體，并且軋制后試樣中鐵素體較多，大晶粒的珠光體變?yōu)樾【Я５摹７治鰢鴥?nèi)外試樣中金相組織情況，如表4所示，大部分灰色條狀的硫化錳夾雜物分布在鐵素體和晶界上，少量硫化物夾雜物在珠光體中，國外試樣中看出大部分硫化錳夾雜物分布在晶界上。

表4 國內(nèi)外試樣中金相組織珠光體和鐵素體統(tǒng)計(jì)Table 4 microstructure of pearlite and ferrite in the samples at home and abroad

圖4 國內(nèi)外試樣的金相組織Fig. 4 microstructure of samples at home and abroad

3 結(jié)語

(1)國外試樣的單位面積硫化物的數(shù)量較少，分布呈彌散狀，形態(tài)分布較為均勻，長條狀硫化物趨于紡錘形，國內(nèi)單位面積硫化物數(shù)量較多，尤其長條狀的明顯多于國外的，分布大多為聚集型，形態(tài)趨于細(xì)長形。

(2)國內(nèi)外試樣的顯微組織不同，國外的組織主要是索氏體。國內(nèi)的金相組織主要以球粒狀珠光體為主，國內(nèi)組織的晶粒相對細(xì)小。

(3)國外對鋼中夾雜物的數(shù)量、形態(tài)及分布的控制很好，還有軋制的工藝過程比國內(nèi)控制得嚴(yán)格，因此，提高我國的冶煉水平和加強(qiáng)軋制工藝過程的控制是解決硫化錳形態(tài)控制的根本。