《鋼中硫化物的形成機理與控制研究》是依託北京科技大學，由王福明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋼中硫化物的形成機理與控制研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王福明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋼中硫化物的析出形態、數量、大小及分布對鋼的加工和使用性能有著重要影響。本項目針對鋼中不同形態（球形、紡錘形、珊瑚形、樹枝狀、棒狀、片狀以及不規則形狀）硫化物的形成機理與控制研究的缺乏，開展研究不同硫含量以及不同凝固條件下硫化物的形態、數量、大小及分布；基於高溫共焦雷射掃描電鏡原位觀察硫化物的形成過程與定向凝固實驗，分析不同形態硫化物的形成機理；研究氧以及合金元素對硫化物形態的影響。通過Gleeble熱模擬機模擬軋制過程對硫化物的控制以及後續均質化過程對硫化物的影響，並結合Procast軟體模擬凝固過程中硫的分布規律，達到弄清不同形態硫化物的形成機理，找出其控制方法，並以低硫取向電工鋼、中硫易切削非調質鋼和高硫易切削鋼為研究背景，利用對鋼硫化物的形態、數量、大小及分布的控制，提高其加工以及使用性能。將所得結果用於指導生產實踐。
結題摘要
硫作為一種環保的元素（相比較於Pb），加到鋼中與錳結合形成MnS使鋼具有優良的易切削性。但是，與國外先進鋼鐵公司所生產的易切削鋼實物質量對比，我國目前生產的易切削鋼實物質量的主要問題是MnS的分布與大小不均勻，導致切削性能與力學性能下降。國內外對不同形態硫化物的形成機理研究還缺乏。因此，本項目的主要研究內容為：（1）不同硫含量與不同凝固條件下硫化物的大小、數量、形態以及分布；（2）不同形態硫化物的形成機理以及對鋼性能的影響；（3）氧含量與合金元素C、Si、Al、Cu等對硫化物形成過程的影響；（4）不同變形溫度與變形量下，硫化物相對塑性的變化；（5）熱處理下溫度與時間對硫化物形態、大小、數量與分布的影響；（6）鋼中硫化物析出的熱力學研究。重要的結果如下：（1）採用Thermocalc熱力學軟體對含硫易切削鋼中硫化物析出規律進行計算，獲得了析出相圖；隨碳、矽、鋁含量的增加MnS開始析出溫度降低，析出量基本不變。隨錳、硫含量的增加MnS開始析出溫度升高，並促進高溫區域MnS的析出；錳、硫含量非常低時，MnS完全從固相中析出。（2）凝固過程的Scheil-Gulliver模擬以及合金元素偏析研究，Mn、S元素的平衡分配係數分別為0.70、0.02。（3）隨S含量增加，鋼中II類MnS群聚現象更明顯；III類MnS的比例基本不變，說明S含量對MnS類型的轉變沒有影響。因此，在S含量的許可範圍內，應儘量將S含量控制在較低水平。（4）高冷速會促進非平衡共晶反應，抑制MnS分離析出，導致凝固末期在共晶點發生共晶反應，產生第Ⅱ類MnS。在冷速較慢的爐冷條件下，酸溶鋁含量0.044%時鋼中生成大量III類MnS，但隨酸溶鋁含量進一步增加，鋼中生成大量沿晶分布的不規則MnS。易切削非調質鋼鋼中為獲得均勻分布的第III類MnS，應首先降低凝固冷卻速率，使冷速保持在較低水平；同時鋼中酸溶鋁含量控制在合理水平。（5）合理的熱加工工藝可以降低硫化物在加工過程中的相對塑性，促使伸長的硫化物發生斷裂，減小對鋼材橫向性能危害，但對改善硫化物的分布影響較小。（6）探討了不同條件下硫化物形成機理。（7）鋼中的氧含量對硫化物形態的控制至關重要；（8）熱軋工藝參數與均質化處理對硫化物的形態、大小與數量有一定的影響。這些結果的獲得對含硫易切削鋼中硫化物的控制具有重要的指導意義。
