mns對鋼中常見的硫含量和形狀的影響

硫錳是鋼中最常見的金屬混合材料之一。對大多數鋼來說，這種金屬混合作為鋼的組成部分，其大小、形狀和分布對鋼的性能產生了嚴重影響。為了保證鋼的質量，冶金工作者在生產中要盡量降低鋼中的硫含量和控制硫化物的形狀。目前的電爐冶煉可使鋼中硫含量減少到0.002%，鋼中加稀土可使硫含量減少到0.0015%，并有效地控制了硫化物的形狀。鋼中硫含量的降低及對硫化物形狀的控制提高了鋼的質量，對減少廢品有著重大意義。1．錳中的晶間描述MnS或(Mn·Fe)S是鋼中最常見的非金屬夾雜物，純MnS的熔點為1610℃，當硫化錳含硫化鐵時，熔點就相對降低，FeS和MnS二元共晶溫度為1110℃。錳是與硫親合力最強的元素，因此鋼中的硫就必然形成硫化錳。鋼中硫化物的形態和分布分為三類，Ⅰ類：球狀、無規則分布、夾雜物為單相或兩相，存在于不用鋁脫氧的鋼中。Ⅱ類：沿晶界分布或呈扇狀分布，存在于用少量鋁脫氧的鋼中。Ⅲ類：片狀，無規則分布，存在于加鋁量高且有殘鋁的鋼中。硫化錳的這三種形態往往在鋼中同時出現，既有球形、塊狀，也有呈扇狀分布或樹枝狀，但它們都體現了一個共同的熔體形態，尺寸較大，見圖1和圖2。因此，可以推斷這種大顆粒無規則的MnS在鋼液中就以液態形態存在，MnS或(Mn·Fe)S熔體的結晶溫度遠低于鋼的凝固溫度，當鋼已凝固時，它們還處于液態，最終的熔體形狀就與所受重力、位置、氣體的流動、熱量傳遞方向有關，因此，熔體的隨意性形狀是MnS在鋼液冷卻和凝固時的主要特征。在鋁鎮靜鋼中，硫溶解于熔融金屬中，而在固體鋼中卻溶解很少，大約在0.020%左右。當鋼水凝固時，隨著溫度降低，硫和錳反應生成MnS或(Mn·Fe)S，沿著晶界析出，形成第二類晶間硫化物夾雜。這種硫化物與熔體形態相比，一是尺寸非常小，二是顆粒均勻彌散分布于晶界上，它們導致鋼在斷裂時形成等軸穿晶韌窩。鋼加熱到高溫，在隨后冷卻中，固溶于奧氏體中的硫，就會在奧氏體晶界處析出更加細小的α-MnS。2mns雜夾物對鋼的性能影響夾雜物對鋼性能(斷裂、疲勞、應力腐蝕、切削性等)的影響，在很多情況下是各種夾雜物綜合作用的結果。對MnS這類雜夾物由于它本身具有良好的高溫塑性，以及它作為鋼中最常見的夾雜物，因此它對鋼的某些性能，例如，對鋼的質點偏析的影響，對切削性能的影響，都起著主導作用。硫化錳的形態、尺寸、含量、分布及變形規律，對性能的影響，對提高鋼的質量，減少廢品有著重大意義。2.1鋼中產品內裂紋是顯微裂紋，引起低強度拉拔試驗。請看，CrNiMo鋼中的質點偏析是個不耐腐蝕的偏析區，它是S、P、C、Cr、Ni、Mn、Si、Al等元素正偏析的結果，在質點偏析處伴有較多的條狀MnS夾雜物，嚴重時這些夾雜物在空間成束狀分布，因此，沿晶斷口形成臺階狀，見圖3。鋼中的非金屬夾雜物破壞了基體的連續性，起著缺口及應力集中作用，鋼中夾雜可視為裂紋，對于脆性夾雜物臨界尺寸就等于夾雜尺寸。但對于象MnS這種與基體性質相近的夾雜，臨界夾雜物的尺寸可以大于臨界裂紋尺寸。另外，由于MnS的收縮系數比基體大，因而在冷卻時容易在其周圍產生裂紋和空隙，MnS形成的空隙可占其本身體積的1.1%。因此，質點處的條狀MnS在橫向機械性能試驗中相當于顯微裂紋，在施加載荷時，使這些預裂紋進一步擴展，長大。當鋼尚未發生明顯變形時，應力值已超過預裂紋區的強度，從而產生孤立的裂紋。各孤立裂紋相互連接導致斷裂，因為質點區發生塑變較小，故使材料的δ值降低，由于材料首先沿MnS斷裂，故在斷口上出現穿晶的溝槽。2.2知識產權生長和安定化過程中的缺陷產生構造和應力集中,橫向ak值差異及主要成因分析S20A鋼是深沖彈體用鋼。在生產中曾遇到的主要質量問題是大圓的橫向沖擊值經常達不到技術條件要求。為了提高橫向ak值，通常采用兩個途徑，一是控制合適的碳含量，盡量降低鋼中的硫含量。二是加稀土控制鋼中硫化物的形狀。沒有加稀土的S20A鋼，在其縱向斷口上明顯看出在顯微溝槽的底部躺著一條條沿軋制方向拉長的MnS,MnS和基體界面呈現了一種劈開破壞方式。在打橫向沖擊時，因拉長的條狀MnS與基體有較大的交界面，結合力顯然不如其它區域大，所以在受到張應力作用下，瞬間在長條方向的尖端產生顯著的應力集中，形成裂紋源。那些深而寬的溝槽證明沒有產生明顯的塑性變形時MnS就與基體剝離，在瞬間產生了與夾雜物同樣長度的顯微剝離裂紋，它將大大減弱對沖擊能的吸收。因此，MnS數量越多，或者條狀MnS間距越窄，MnS延伸程度越大。這種能量減弱效應越顯著，橫向ak值就越低。在打縱向沖擊時，條狀MnS在其長軸方向受到的張應力只是使MnS長條斷裂，但是MnS的橫截面與縱向接觸面相比非常小，沖擊能絕大部分用來產生塑性變形，其斷裂性質是韌性韌窩狀斷裂。因此縱向ak值大大高于橫向。這就是條狀MnS造成的S20A鋼各向異性的主要原因。鋼中加入稀土后，與硫作用生成Ce2S2、CeS、CeOS2、REALO3等穩定的稀土硫化物，在熱軋時不易變形，仍呈橢圓形或球形，按上述斷裂機理，可以對橫向ak值提高給予滿意的解釋，明顯地改善了S20A鋼的各向異性，見圖4。但是相分析證明并不是所有的MnS都轉變成稀土硫化物，還有一半沒有改變，它們仍以條狀形式存在于鋼中，所以各向異性并不能完全消除，這就是橫向ak值雖有提高但仍小于縱向ak值的原因。2.3工具和切削加工的作用雖然MnS能破壞鋼的連續性，降低橫向性能，但對于那些對強度要求無關緊要，而容易切削加工成為主要矛盾的鋼來說，鋼中的MnS卻成為有利因素，易切削鋼在冶煉時向鋼中加硫，最高硫含量可達0.35%，以便在鋼中形成更多的MnS。在切削加工過程中，由于硫化物能起到隔斷金屬連續性的作用，當刀刃剛好碰到MnS夾雜時很容易產生顯微裂紋，使切屑易于折斷。MnS起到的主要作用是：在切削的剪切平面內起到應力集中因素作用，以使裂紋生成和切屑脆化；MnS在二次塑性流動區參與金屬流變，以增加金屬的剪切力，即它對刀刃的作用好比潤滑劑，降低了切屑的韌性和粘附性，從而減少了刀具