弹簧钢生产中的夹杂物控制

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弹簧钢丝生产工艺技术

弹簧钢丝生产工艺技术

弹簧钢丝生产工艺技术quotquotquotquot第十三篇弹簧钢丝生产工艺技术第一章国内外重要用途弹簧钢丝发展状况弹簧是一种常用的弹性工作元件,也是各种机械设备和仪器仪表上的基础零件。

它在周期性弯曲、扭转交变应力下工作,能产生较大的弹性变形,因而能把机械能或动能转变成变形能,或把变形能转变为动能、机械能。

它适用于缓冲或减震、机械的储能以及控制运动方向(如气门、离合器、制动器、调节器)。

弹簧在各种工业领域及人们日常生活中具有无法取代的作用。

各种机械、电器、仪器、仪表离不开弹簧,一辆轿车上弹簧的种类就有上百种。

家庭中的弹簧更是不计其数,只要用电池就要用弹簧。

从尺寸和重量上看,小弹簧只有米粒大小,而大弹簧的重量有几十公斤;价值上,别针只值几分钱,而航天飞行器上的专用弹簧价值几万元。

制造弹簧的主要原料是弹簧钢丝。

在线材制品生产中,弹簧钢丝无论在产品数量上还是品种上都占有很重要的地位。

数量上占优质钢丝产量的一半以上,品种上按不同的生产工艺、化学成分和用途可分为quot余种。

按生产工艺可分为冷拉、退火、油回火;按化学成分可分为碳素、合金、不锈钢;按用途可分为非机械弹簧、机械弹簧、气门弹簧。

既能制造普通弹簧,也能制造高级重要弹簧。

在使用上能适应低温、中温和高温工作环境,还能用于静载荷或动载荷。

其产量之高、品种之多、用途之广,是其他钢丝品种无可比拟的。

使用中对弹簧的要求是尺寸精度高,抗松弛性能好,疲劳强度高,能够在应力负荷下不产生松弛,并且在规定的疲劳周期内不会出现早期失效。

这就对弹簧钢丝的力学性能,主要是弹性和韧性,提出了相应的要求。

??quot??第一章国内外重要用途弹簧钢丝发展状况第一节弹簧钢丝的力学性能弹簧钢丝的力学性能本质上是由加工工艺决定的,其次是由材料中的碳和锰含量以及材料规格决定的。

弹簧钢丝的应用多半需要卷成螺旋弹簧,延展性是至关重要的。

抗拉强度本身并不重要,但它是弹性极限的可靠度量,是弹簧应用中的一个控制因素。

夹杂物分析实验报告

夹杂物分析实验报告

一、实验目的本次实验旨在通过对不同材料中的夹杂物进行观察和分析,了解夹杂物在材料中的形态、分布及对材料性能的影响。

通过对实验数据的分析,为材料的质量控制和性能改进提供依据。

二、实验原理夹杂物是指材料中非金属或金属的微小颗粒、液滴或气泡等杂质。

夹杂物在材料中会对材料的力学性能、耐腐蚀性能、电学性能等产生不良影响。

本实验采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对材料中的夹杂物进行观察和分析。

三、实验材料与方法1. 实验材料:本次实验选取了三种不同类型的材料,分别为A356铝合金、20MnCr5齿轮钢和60Si2Mn-Cr弹簧钢。

2. 实验方法:(1)样品制备:将实验材料制成金相试样,经镶嵌、抛光、腐蚀等工艺处理后,用于夹杂物观察。

(2)夹杂物观察:采用扫描电子显微镜(SEM)观察材料中的夹杂物形态、分布及大小。

(3)夹杂物成分分析:采用能谱仪(EDS)对夹杂物进行成分分析。

四、实验结果与分析1. A356铝合金夹杂物分析通过SEM观察,发现A356铝合金中的夹杂物主要为块状、针状和片状。

EDS分析结果显示,夹杂物主要成分为Al2O3、MnS和MgO等。

2. 20MnCr5齿轮钢夹杂物分析通过SEM观察,发现20MnCr5齿轮钢中的夹杂物主要为Al2O3-MnS复合夹杂物、MnS夹杂物和镁铝尖晶石等。

EDS分析结果显示,夹杂物主要成分为Al2O3、MnS、MgO和CaO等。

3. 60Si2Mn-Cr弹簧钢夹杂物分析通过SEM观察,发现60Si2Mn-Cr弹簧钢中的夹杂物主要为MgO-Al2O3尖晶石、CaS 和硫化钙等。

EDS分析结果显示,夹杂物主要成分为MgO、Al2O3、CaS和S等。

五、结论1. 夹杂物在A356铝合金、20MnCr5齿轮钢和60Si2Mn-Cr弹簧钢中均存在,且形态和成分有所不同。

2. 夹杂物对材料的力学性能、耐腐蚀性能和电学性能等产生不良影响。

3. 通过控制材料的生产工艺,如控制合金元素含量、优化熔炼工艺等,可以有效降低夹杂物含量,提高材料质量。

不同碱度精炼渣系对弹簧钢夹杂物的影响

不同碱度精炼渣系对弹簧钢夹杂物的影响

不同碱度精炼渣系对弹簧钢夹杂物的影响吴超;孙宜强;罗德信;鲁修宇【摘要】大颗粒不变形夹杂物是造成弹簧钢疲劳失效的主要原因.为了优化高级别弹簧钢55SiCr中夹杂物的组成、形态与分布,采用两次LF炉进站精炼方式,并在二次精炼过程中设计了两种不同碱度的渣系,通过氧氮分析仪、电子探针等检测手段对比分析两种工艺下钢中全氧含量、夹杂物尺寸与成分.结果表明,低碱度精炼渣使弹簧钢夹杂物成分趋近于Al2O3-SiO2-CaO系统中低熔点塑性化区间,但不利于大颗粒夹杂物的控制与消除;高碱度精炼渣使夹杂物的平均尺寸更小,分布更均匀,但夹杂物中Al2O3含量偏高;高碱度精炼渣有利于钢液的深脱氧,钢的洁净度更高,但需注意连铸过程中钢液的氧化.%The existence of non-deformable inclusions with large size is one of the major factors that cause the fatigue failure of spring steel.To optimize the composition,morphology and distribution of inclusions in high grade spring steel 55SiCr,two LF refining processes were carried out when two kinds of refining slag system with different basicities were designed and employed in steel making process.Total oxygen content,the size and composition of inclusions in spring steel were analyzed with oxygen-nitrogen analyzer and EPMA.It is concluded that refining slag with lower basicity makes the composition of inclusions in spring steel approaching to the plastifying zone with low melting points in ternary system of Al2O3-SiO2-CaO,but is unfavourable for the removal and control of inclusions with larger size.The slag with higher basicity contributes to the formation of inclusions with smaller and even size,but increases Al2O3 content in inclusions.Refining slag with higher basicity isbeneficial for deeply-deoxidation to achieve high purity steel,at the same time,reoxidation of molten steel during continuous casting process should be prevented.【期刊名称】《武汉科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(036)004【总页数】5页(P254-257,285)【关键词】弹簧钢;碱度;精炼渣;夹杂物;塑性化【作者】吴超;孙宜强;罗德信;鲁修宇【作者单位】武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉,430080;武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉,430080;武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉,430080;武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉,430080【正文语种】中文【中图分类】TF769.2疲劳断裂是弹簧钢的主要失效形式。

夹杂物控制攻关方案

夹杂物控制攻关方案

夹杂物控制方案夹杂物控制是高品质钢生产的关键环节,也是控制生产成本的重要环节。

非金属夹杂物降低了钢的塑形、韧性和疲劳寿命,使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。

中厚板生产,采用铝脱氧工艺,容易出现B类夹杂超标,连铸过程往往在铸坯1/4处夹杂物富集,存在大量的大颗粒氧化物脆性夹杂,造成板材B类夹杂物超标。

除此之外,A类硫化物夹杂主要是在钢水凝固过程,随着温度的降低,1415℃时开始大量析出,1000℃左右全部析出,针对凝固过程控制冷却强度等控制A类夹杂物。

接下来要开展的工作方案如下:一、B类夹杂物控制改善1)转炉终点氧含量。

夹杂物的多少与钢水中氧含量有直接的关系,控制终点氧含量,通过副枪测定[%C]和[%O],保证波动在C-O平衡曲线附近。

通过炼几炉235B钢种,统计一下转炉终点[%O].[%C]=0.16 T=1600℃ Pco=100KPa,得出理论[%O]=160ppm。

2)脱氧剂的选择。

ASM复合脱氧剂的脱氧能力大于单一Al脱氧剂,不同脱氧剂形成脱氧产物不同,脱氧剂的消耗量也不同。

选择不同的脱氧剂,加入量如何确定?3)严禁转炉出钢下渣,通过检测包渣(FeO+MgO)。

4)出钢脱氧后吹氩去除脱氧产物。

不同脱氧剂形成的脱氧产物不同,大部分为低熔点液态大颗粒产物,氩气流量的控制加速夹杂物的上浮去除。

5)精炼工艺。

根据进站[%O],目标[%O]决定喂多少铝线,在此基础上进行Ca处理,喂多少Ca线必须通过理论计算,生成C12A7。

根据钙处理后变性产物,决定精炼渣系成分的选择,包括碱度、MI指数、w[%FeO+MgO]、w[Al2O3]。

出站前,软吹气量控制,是根据流量计还是根据渣眼裸露直径?6)防止二次氧化。

全程保护浇注,长水口及浸入式水口氩封。

二、A类夹杂物控制改善硫化物夹杂主要是在钢的凝固过程析出,控制工艺从两方面下手:1、LF深脱硫,使得钢中[%S]降低;2、改善冷却条件,调整冷却速率,二冷配水如何使得MnS选分析出。

科技成果——弹簧钢中非金属夹杂物控制关键技术

科技成果——弹簧钢中非金属夹杂物控制关键技术

科技成果——弹簧钢中非金属夹杂物控制关键技术技术开发单位北京科技大学所属领域钢铁冶金成果简介弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中,是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。

弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下,经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用,有时还要承受极高的短时突加载荷。

除表面脱碳、表面缺陷外,造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。

非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布;另一方面,由于钢基体组织和性质制约,与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。

钢的强度水平愈高,夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。

因此,提高弹簧的疲劳寿命,关键要提高弹簧钢的洁净度,因此就要降低氧含量,减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。

(1)不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。

通过热力学计算预测了弹簧钢中Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O脱氧平衡曲线,以及多元符合脱氧情况下Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O和Al-Si-Ca-O等夹杂物生成相图。

通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s和[O]含量的影响,研究表明高碱度有利于氧含量的降低,低碱度有利于钢中铝含量的去除。

通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型,可以预测钢液凝固和冷过过程中MnS、TiN和氧化物夹杂的变化和析出规律。

图1 弹簧钢中Al-Si-Ca-O系夹杂物热力学稳定相图(2)铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。

通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比,可以看出,合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。

在LF合金调整后夹杂物成分相差较大,优化合金可以有效的控制夹杂物中Al2O3含量,而对于MgO含量影响不大,提升夹杂物塑性化比例。

钢中夹杂物控制技术研究

钢中夹杂物控制技术研究
钢中夹杂物控制技术研究
王立峰 王万军 王新华
( 北京科技大学)
摘 要 脆性夹杂物是影响轮胎子午线钢、弹簧钢和轴承钢等特殊钢种疲劳强度的一个重 要原因,塑性央杂物的控制成为提高超级洁净钢质量的一个关键问题。通过详细总结和对 比不同的夹杂物控制技术可知,渣控夹杂物技术具有较为明显的优势,为一些特殊钢种冶 炼过程中的夹杂物控制提供了一条有效的途径。 关键词 夹杂物 夹杂物控制 钙处理 渣
Ab O,
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反应为铝脱氧、锰脱硫,钙不能有效控
制夹杂物的形态及组成; aSO2 当C/=. -
05时,钙处理能使氧化铝夹杂变为铝 . 酸钙夹杂, 但对硫化锰夹杂无明显影响:
A23 1 和Mn 夹杂的形成;aS 0 S C/ 再大时, 钙除了继续变性A23 还全部取代锰 1 外, 0 形成硫化钙。 33 通过调整渣的成分控制夹杂物的成 .
间的平衡热力学来预测, 当钢渣间达到热 力学平衡时, 夹杂物的成分与钢渣的成分 相同。 在冶金生产过程中, 绝对的钢液与 夹杂物之间的平衡是少见的, 但可达到局 部的钢与夹杂物、渣与钢、炉衬与钢渣、 炉衬与钢液的准平衡状态。 夹杂物的成分 在很大程度上受顶渣成分和炉衬材料的 影响。 硅和锰脱氧平衡如式3 和式4 所示, 铝硅平衡用式 5 来表示:
不 a
为球形的高熔点的 C S 提高管线钢的 a,以 抗裂纹性能。钙对夹杂物变性的反应式如
下:
3 夹杂物的变性处理
3C +A2 ) = [I ( O ; 1 ]( I 3}2A]3 a ) ( [a 0; . +C . ) }
根据钢坯中硫化物的形态及分布的

夹杂物对钢材性能与生产顺行的影响

夹杂物对钢材性能与生产顺行的影响

夹杂物控制工艺技术与理论刘建华、包燕平、崔衡教授北京科技大学冶金工程研究院liujianhua@李为缪,《钢中非金属夹杂物》,冶金工业出版社,1988董履仁,刘新华等,《钢中大型非金属夹杂物》,1991李代锺,《钢中的非金属夹杂物》,科学出版社,1983中国金属学会译. 洁净钢--洁净钢生产工艺技术,冶金工业出版社,2006非金属夹杂物对钢性能及生产顺行的影响非金属夹杂物特征及来源分析夹杂物与钢液和炉渣反应热力学及夹杂物控制夹杂物研究方法及国内外夹杂物控制研究进展炼钢过程各工段夹杂物去除对策典型钢种清洁度研究(管线钢、IF钢、钢帘线硅钢等)图1 夹杂物控制思路夹杂物控制要求钢材性能和质量对夹杂物控制的要求用户对钢材性能的要求冶金设备、工艺、原料、流程等的要求冶金生产对夹杂物控制要求夹杂物对管线钢质量的影响管线钢中有害夹杂物1.1 各种夹杂对钢性能的影响有害影响Crack of DI CanFlaw of IF steelFracture of steel codeFatigue of bearing and valve spring steelsHydrogen induced cracking of pipelineNozzle clogging1.1 各种夹杂对钢性能的影响有益影响硫化物可改善切削性能;细小弥散的MnS及AlN可阻止硅钢初生晶粒的长大,促进硅钢二次再结晶,提高硅钢的磁性;氧化物冶金作用。

1)钢中夹杂物均是有害的?2)钢中哪些夹杂物对钢有益?有哪些有益作用?3)如何确定钢中夹杂物控制策略?1.1.1 对切削性能的影响硫化物夹杂增加钢中含S量,对切削性能有益(如提高刀具寿命)快速切削和快速切割钢:含S量大于0.3%。

硫是易切削钢中使用最早的易切削元素,易切削钢中的主导元素。

关键:使硫形成细小弥散的纺锤状或球状硫化锰。

不同的产品对硫化物的尺寸及分布要求不同。

缺点:导致钢横向机械性能的降低。

高硅弹簧钢夹杂物控制技术的研究

高硅弹簧钢夹杂物控制技术的研究

表 2 高硅 弹 簧 钢 新 旧 工 艺 对 比
( 转第 3 下 6页 )
2 7
总 第 l 5期 8
1 7

表 3 A 区 成分 分 析
一 一 一
l 5
/ \ / 、 \ | / f 鐾l 1 \ \/ /
1 3




出 版 社 ,9 8 3~1 . 1 9 1 8
( ) 0 0年 高 硅 弹 簧 钢 夹 杂 物 比例 大 幅 降 低 , 121
降低 幅度 约 5 . % , 果 明显 。 69 效
( )波动 甩坯 得 到有 效 控 制 ,0 0年 全年 甩 坯 2 21
2 . 8t比 2 0 0 1 , 0 9年 减 少 2 0 t 0 。
就 更 多 , 加 了 后 期 夹 杂 物 去 除 的 难 度 。 基 于 以 上 增
(e F O)+[ =F XO] x] e 上式中, x为脱 氧 元素 A1s 等 。 、i 平衡 常 数为 :

理论 , 炉冶炼 高硅 弹 簧钢 时采用 高拉 碳操 作 , 转 保证
终点 氧含 量稳 定及 夹杂 物生成 量 的稳定 。
3 3 高 硅 弹 簧 钢 的 无 钙 化 处 理 技 术 .
初炼 炉 出钢过程 中 , 结合 脱氧 制度 , 采用 低熔 点 的预熔 精炼 渣 并辅 以强 制 改 质 剂进 行 出钢 渣 洗 , 提 高 了钢水 的纯净 度 。
3 2 2精 炼 造 渣 与 渣 系 组 元 精 确 控 制 ..
( ) 硅弹 簧钢 冶 炼 工艺 的进 步 使产 品档 次 得 4高 到提 高 , 0 0年 成 功 开 发 了 客 专 高 级 别 弹 条 用 21
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12 K时按反应() 9析出的夹杂物组成 83 7一() 与 钢液中 钙和铝浓度或活度的关系见图2
23 合余化后钢中的残钥含量L . , ]
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区 域析出 单体顺粒比 较大的A2: 1 0 夹杂物是不可避 免的。 根据数模预测川, 有效去除5 户 为了 。 m以下的 A:, I 夹杂, 0 最佳的吹氢气泡尺寸应分布在 。5 . ̄2 m m之间。 前的L 精炼条件下, 在目 F 透气砖底吹氢 产生的气泡尺寸在 1 ̄2 m 。因此, 0 0 m 在钢包精炼 过程中 大量地去除粒径小于5 尸 。 m的A刃, I 夹杂是 十分困难的【 J 川。 本研究工作旨 在使夹杂物无害化, 即使夹杂物 细化和软化。 具体措施是通过合金化控制和二次精 炼控制, 使钢中强脱氧元素的含量控制在适宜范围,
以使析出的夹杂物在热轧温度下具有塑性。首先在
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3 精炼渣对钢中强脱饭元案的影响 将含酸溶铝 。。6 .。 7%的钢样置 于 尹8 3 5 x8 m m的Mg o峪涡中, 用碳管炉加热钢样, 83 在12 K 时对钢样进行二次精炼。 每次称取钢样8 9预熔 0 、 合成渣4 9反应时间4 m 。 0 , 0 i 分析反应后试样中 n 酸溶铝和全氧含量的变化, 和图 5 图4 为试验结果。 若将含酸溶铝 。。 2%、 。o 8肠的钢样 ,0 1 钙 .0 用组成为CO 5 2 3 A,。 %, g , a /1 2 , I 7 M OS5%. 0. 0 C F4%的预熔精炼渣精炼, a2 测定的结果见图 6
a . tem d nmi cl l i hs e i l etd sd te a eul r m l te r o ya c a ua o a b n e ne b e o h lcl ibi l h h s c t n e mp m a n o q i u etbi e bt en x d l, la d ls n . o d te et snht f x salhd w e f a me me n i ui s Scn , e c o y tei l s e l n u t t n o c e h f f f c u o te tn o esy ii be m ns s n erhd dr oaoy n io . n cnet ai o dz l e e t h be rsace u e l rtr c dt n h o f l x a l e a e e n a b o i
第 3 卷 增刊 5
2000年 9月


V t3 , p o.5 S p t u
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I RON AND TEEL S
弹簧钢生产中的夹杂物控制
薛正良 李正邦 张家雯
( 钢铁研究总院)
甘朝福 王 玉 李胜顺 李 琦
( 重庆特殊钢公司)
摘 要 为避免钥液脱氧和冷凝过程中析出大顺粒不变形夹杂物, 开展了一系列试验研究。首先根据钢 渣、 钢一 夹杂物之间建立的局部平衡关系进行了 热力学计算; 其次, 在实验室条件下研究了 精炼渣性质对钢中强脱 氧元素的形晌; 最后进行了工业试验, 通过合金化控制和合成渣精炼控制将钢中强脱氧元素含量控制在适当 的范围。用扫描电镜、 能谱仪和图象分析仪脸验了热轧棒材中夹杂物的性质和分布。结果表明当弹簧钢 S E 20 A 96 中酸溶铝降到001 . 5%以下时, 0 钢中的夹杂物主要是热轧过程中己延伸成长条状的硫化物和硅酸
仁 1 4 7 3头o 5」・ 1. n a f l Mn
2 . 6M 2 a 幻 0
实验室条件下 进行研究, 然后与重庆特殊钢公司合 作进行工 业生产试 钢种为s E 2 。 验, A 96 0 2 热力学计算 21 合 ・ 金化过程中析出的夹杂物组成 弹簧钢S 96 用硅铁和锰铁合金化时, E 2。 A 合金
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T i , pout n t be cre o t ot l slb a mnm d c m h d te dci t hs n r d t cnr te ul l i a clu r h r o e a e a i u o o h o e s u u n ai i poe rne truh oi ad nht f x f i . e oet s d e n pr gs og a y g s te c r in T p pre a s r a h l n n y l i l en g h r u i n i z d tbt n i l i s ht e rd r ea ie b S M eg d pr v aa s ir ui o n u o i o rld w e mnd E e ry es e l i s i o f s n n o c l o e x y n i i n ys s f i y ad ae lzr A a s so e ta slh e si t w r peo i t a l , i g aa e. l i hw d t pi ad c e e dmn e ci n m t ny n y s h u d n ia e r l ad i i l i ppl i w i i e na d fr s i e d r g t lg e te n u o ou t n c s gt t om r gr i h rln w n n s n a o h h l c o e o tn u n o oi h h
元素硅和锰将同时参与脱氧反应, 即: [i + 20] 1 〔 2、 Sj 〔 =5 . 0
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关性词
弹赞钢
夹杂物控制
疲劳性能
二次精炼
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X E egi g I n bn Z A G w n U Z nln L Z egag H N J e h a h i a
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图 I S E 2 合金化后析出的夹杂物组成(8 K时的计算值) A 9翻 12 3
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