[发明专利]含硫钢中硫化物的控制工艺

说明书

本发明涉及一种含硫钢中硫化物的控制工艺，包括(1)钢水在浇铸前进行变性处理，变性剂的主要成分为Fe‑Mn‑Ti‑Zr，以复合包芯线的形式喂入钢水中，变性剂的添加量按照Zr/S质量比0.014‑0.018计算，以此形成以(Zr、Ti)S为核心MnS为包层具有延展性的纺锤、球状复合类硫化夹杂物〔Mn(Zr、Ti)S〕；(2)钢水以连铸的方式浇铸成坯，根据钢水中的硫含量S，设计采用M结晶器电磁搅拌、S铸流电磁搅拌、F末端电磁搅拌中的一项或多项，连铸过程中复合类硫化物在不同搅拌力作用下被进一步破碎，使其尺寸进一步变小和分布；(3)连铸坯热轧成材，热轧过程中确保坯材压延比≥10:1。本发明可以将硫化夹杂物控制成在钢中横向呈点状、纵向呈断续条状分布。

技术领域

本发明涉及铁基合金中硫化物的控制工艺。

背景技术

汽车零部件切削加工的高速、精密和自动化程度的不断提高对材料的可切削性能提出了更高的要求，含硫钢因其优良的切削性能而得到广泛应用。

硫在钢中主要以硫化夹杂物形式存在，由于钢中通常含有一定量的Mn元素，Mn是与S亲和力最强的元素，因此钢中的S常以MnS形式存在，硫化夹杂物的控制也就是MnS的控制。由于MnS是塑性夹杂，可在后续轧制过程中沿轧制方向随钢基体一起变形而呈条带状、聚集分布，原位观察表明这会导致钢的各向异性，尤其是横向性能，条带状MnS在横向力作用下与基体更容易发生分离，分离处将成为裂纹源，并促使裂纹沿MnS扩展。而纺锤、球状形态且弥散、均匀分布的硫化夹杂物不会有上述危害影响。

硫化夹杂物的控制技术是目前热门研究课题。目前，硫化夹杂物的形态控制方法，包括钙合金、镁合金、稀土合金、复合合金变性剂和氧化物冶金等变性处理工艺，或者控制还不稳定、或者效果还不是很理想。

发明内容

本发明通过研究不同工艺条件下氧化夹杂物和硫化夹杂物的变性机理以及热力学计算在凝固过程中MnS析出规律，设计变性剂/硫元素的合理比值和轧制变形过程，以此获得纺锤、球状形态且弥散、均匀分布的硫化夹杂物，减弱了MnS析出物对钢材使用性能的不利影响，保证了钢材的使用性能。

本发明的技术方案为：一种含硫钢中硫化物的控制工艺，包括如下控制工序

(1)钢水在浇铸前进行变性处理，变性剂的主要成分为Fe-Mn-Ti-Zr，其中Ti/Zr质量比为2.5。

以复合包芯线的形式喂入钢水中，变性剂的添加量按照Zr/S质量比0.014-0.018计算，以此形成以(Zr、Ti)S为核心MnS为包层具有延展性的纺锤、球状复合类硫化夹杂物〔Mn(Zr、Ti)S〕；

(2)钢水以连铸的方式浇铸成坯，根据钢水中的硫含量S，设计采用M结晶器电磁搅拌、S铸流电磁搅拌、F末端电磁搅拌中的一项或多项，连铸过程中〔Mn(Zr、Ti)S〕复合类硫化物在不同搅拌力作用下被进一步破碎，使其尺寸进一步变小和均匀分布；

(3)连铸坯热轧成材，热轧过程中确保坯材压延比≥10:1。

具体地，控制工序(2)中，对于0.010％≤S＜0.045％，使用M结晶器电磁搅拌+F末端电磁搅拌，通常设置M搅拌频率在2-4Hz、搅拌电流在100-150A，F搅拌频率在18-20Hz、搅拌电流在350-400A；对于0.045％≤S≤0.090％，使用M结晶器电磁搅拌、S铸流电磁搅拌、F末端电磁搅拌，通常设置M搅拌频率在2-4Hz、搅拌电流在100-150A，S搅拌频率在8-10Hz、搅拌电流在200-250A，F搅拌频率在18-20Hz、搅拌电流在350-400A；

具体地，控制工序(3)中，对于不同规格尺寸的圆钢，使用不同产线的轧机进行轧制，轧制通常分为粗、中、精轧3个部分，其中粗轧为往复式，中/精轧为连续式，通过控制工序(3)的轧制方式，使得具有一定延展性的〔Mn(Zr、Ti)S〕复合硫化物进一步被拉长、细化、碎断和均匀分布。

与现有技术相比，本发明的优点在于：