洛阳会议特殊钢冶金与钢中非金属夹杂物控制技术-王新华演示幻灯.pptx

特殊钢冶金与钢中非金属 夹杂物控制技术王新华2015年5月特殊钢抗疲劳性能与夹杂物控制合金结构钢棒线材用于制作机械设备中的轴件、齿轮、弹簧、轴承等；大多在动载荷，即冲击、振动或承受周期性交变应力的条件下工作，疲劳破坏是导致工件失效的重要原因；非金属夹杂物往往成为疲劳裂纹的起源。夹杂物与钢基体构成镶嵌结构在钢加热或冷却过程，由于膨胀系数的不同，夹杂物周围产生嵌镶应力(?T)；夹杂物周围(4×R)为受夹杂物嵌镶应力影响区域；夹杂物数量多、直径大，嵌镶应力场会叠加；工件服役过程所受应力与嵌镶应力叠加，夹杂物周围应力超过钢的屈服极限，导致裂纹产生，形成疲劳源。热膨胀系数差R. Kiessling, Non-metallic Inclusion in Steel, The Institute of Metals，London, 1989，46~93夹杂物相对变形能力S.Rudnik研究指出：?＝0.5~1 时，在钢与夹杂物界面上很少由于形变产生微裂纹；?＝0.03~0.5时，经常产生带有锥形间隙的鱼尾形裂纹； ?＝0时，锥形间隙与热裂纹撕裂是常见的。软硬度不同夹杂物周边区域的应力分布 J. Kawahara, et al., “Advance of Valve Spring Steel”, Wire Journal International., Nov. 1992, p.55-62影响疲劳性能的夹杂物临界尺寸M.Lasson et al. Mater. Sci. Tech., 1993,9(3), p235斋藤誠，熱処理，1987, vol.27, No.1, p.23R.Kiessling, et al., Production and Application of Clean Steel,1970, p179Lasson等研究发现：夹杂物小于10?m时，夹杂物萌生疲劳裂纹的几率非常小；夹杂物大于10?m时，疲劳裂纹则在夹杂物周围萌生。斋藤誠研究发现：10?m程度的TiN夹杂物导致弹簧疲劳破坏。Kiessling等认为：大多数疲劳破坏起源于表面或亚表面的单个夹杂物，萌生疲劳裂纹的表面或表面附近的夹杂物尺寸并不太重要。不同类别夹杂物对钢疲劳性能的影响“D类”或“DS类”“D类”或“DS类”J. Monnot, et al., Amer. Soc. For Test Mat., 1988, p.149常规夹杂物检验标准（ASTM E45）试样分析检验的表面积不低于160mm2。每个视场0.49mm2；总计320个视场。夹杂物控制标准非金属夹杂物稳定性控制高端重要钢材性能稳定性差，非金属夹杂物控制不稳定是重要原因之一；主要表现在个别大尺寸夹杂物控制方面（DS类夹杂物）；以轴承、高铁车轮、车轴为例：即便将总氧含量控制在3.5~ 5ppm极低含量范围，钢中仍有个别数十、数百微米，甚至毫米级大型夹杂物存在，德国Mubea泰倉厂弹簧钢试样分析德国Sarrstahl钢厂韩国浦项制铁国内高水平特钢厂：A厂B厂汽车弹簧钢盘条不变形夹杂物尺寸比较42CrMo钢疲劳断口（T.O：10ppm）旋转弯曲疲劳实验：三种热处理制度得到三个不同强度水平的材料，进行疲劳实验22个疲劳断口裂纹起源为夹杂物；最大夹杂物为66μm，最小夹杂物为14.8μm，平均为33.3 μm尺寸60μm的夹杂物个别大型夹杂物为外来夹杂物？尺寸60μm的夹杂物超低氧特殊钢（T.O：3~6ppm）K. Kawakami, et al., Proceedings of the 3rd International Congress on the Science and Technology of Steelmaking, May 9-12, 2005, Charlotte, AIST, 209超低氧特殊钢工艺流程爱知制钢公司超低氧特殊钢工艺流程山阳特殊钢公司超低氧特殊钢关键工艺技术偏心炉底出钢；出钢后扒净钢包内顶渣。超低氧特殊钢（T.O：3~6ppm）K. Kawakami, et al., Proceedings of the 3rd International Congress on the Science and Technology of Steelmaking, May 9-12, 2005, Charlotte, AIST, 209超低氧特殊钢关键工艺技术铝脱氧（直接与间接脱氧）；高碱度精炼渣：碱度：5~8；?FeO?1%。足够强搅拌（比搅拌功控制）。脱氧能力比较采用铝脱氧，首先将溶解氧[O]含量降低至0.0001~ 0.0003%；通过渣-钢精炼、RH真空处理、连铸等，去除钢液中铝脱氧产物；将钢总氧降低至数个ppm水平。E.T. Turkdog