不銹鋼管中硫化物夾雜的產(chǎn)生及其形態(tài)控制

 硫化物是不銹鋼管中最常見的夾雜物之一,它對不銹鋼管的性能有顯著影響,因此,為改善不銹鋼管的性能,盡可能排除不銹鋼管中夾雜物到最低限度,是冶金工作者多年的愿望。然而,近年來人們對夾雜物及其存在又有了新的認(rèn)識和評價。對不少的鋼種如易切削鋼、滾珠鋼、高速工具鋼等、鋼中存在適量的硫并使其以適當(dāng)形態(tài)的硫化物存在,不但無害反而有利。因此,控制鋼中硫化物形態(tài)和硫含量是至關(guān)重要的。

一、硫化物夾雜物的形成和類型

 不銹鋼管在脫氧過程中,一定含量的錳與硫生成了硫化錳夾雜物。那么這種硫化錳是怎樣形成的呢 ? 從熱力學(xué)關(guān)系得知，根據(jù)氣態(tài)硫變成溶解硫的溫度關(guān)系,用各種化合物的生成自由能數(shù)值,可算出溶解于鐵中的硫反應(yīng)的平衡常數(shù)。反應(yīng)自左向右進(jìn)行。當(dāng)不銹鋼管中的Mn和S達(dá)到一個定值時,才能形成硫化錳，在鋼水凝固過程中,硫的溶解度低時殘留在不銹鋼管中的硫含量較高,鋼中的硫與錳互相反應(yīng)生成硫化錳。至德鋼業(yè)提出按鑄鋼中硫化物的形態(tài)和分布的不同分為三類。類:球狀,無規(guī)則分布,夾雜物為單相或兩相,存在于不用鋁脫氧的鋼中。類:沿晶界分布或呈扇狀分布,存在于用少量鋁脫氧的鋼中。類:塊狀,無規(guī)則分布,存在于加鋁量高且有殘鋁的鋼中。鋼中硫化錳究竟形成哪種形態(tài)硫化物,主要取決于:  1. 氧、鋁、碳、硅等元素含量;  2. 冷卻速度; 3. 硫含量。影響硫化物類型的最顯著的因素是氧。氧量>01012%,形成類硫化物,氧量在0.1012%、0.1008%,形成類硫化物,氧量<010008%時,形成類硫化物。當(dāng)氧量為0.102%0.101%時形成球形的類硫化物和沿晶界分布的類硫化物,而類硫化物的形成,還受其它元素的影響,碳、硅含量高,促使形成類硫化物。如果沒有碳和硅存在,鋁高也不會形成類硫化物。所以類硫化物通常不存在于普碳鋼中，而類硫化物通常存在于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼中,類硫化物則存在于鎮(zhèn)靜鋼中。以表所列成分的鋼為例,含氧0.102%時,鋼中形成類硫化物;用鋁脫氧形成類硫化物；而含碳、鋁、硅量高時,則產(chǎn)生類硫化物。

 鋼液緩冷時形成類或類硫化物,快冷時形成類硫化物,但化學(xué)成分對硫化物形態(tài)的影響超過了冷卻速度的影響。早已證明,硫化物顆粒大小也受凝固速度的影響，如圖所示。硫化物的平均直徑隨凝固時間的增加而增大。硫化錳的形態(tài)還受鋼中硫量的影響,鋼中分別加入0.1004%,0.101%,0.105%,0.110%,0.165%S,得出硫為0.104%、0.101%時,形成類硫化物，含0.105%硫形成類硫化物;硫量增高時,類硫化物的量亦隨之增多。

二、硫化物夾雜對不銹鋼管的性能的影響

 硫化物夾雜對不銹鋼管的塑性、韌性的不良影響人們早已熟知。硫的有害影響主要取決于MnS的數(shù)量、延伸程度和分布狀況。浙江至德鋼業(yè)有限公司通過測定含硫易削鋼中硫化物的塑性,得出了不同軋制溫度和硫化物相對塑性的關(guān)系。兩類硫化錳的相對塑性都隨著軋制溫度的下降而增高,類硫化錳在熱軋中的變形比基體小,最大相對塑性為0.164,對應(yīng)的溫度為900℃,類硫化錳的變形最大,在800℃其相對塑性為110,類硫化錳的相對塑性也隨軋制溫度的降低而增加,其塑性介于硫類和錳類之間。

三、硫化物夾雜的控制

   硫化物夾雜的控制主要指控制不銹鋼管中硫含量和確保軋后硫化物呈球形。

  1. 脫硫

   根據(jù)鋼材質(zhì)量的不同要求,將鋼含硫量分成4組,一般結(jié)構(gòu)鋼 硫：<0.103%,高級優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 硫：<0.102%,管線用鋼 硫：<0.101%,耐腐蝕用鋼 硫：<0.1004%,也可考慮對鐵水預(yù)脫硫,大量工業(yè)試驗表明,采用各種措施可將鋼中的硫降到0.1002%。鋼水爐外精煉的方法比較多,最常用的是合成渣法吹氬攪拌。鋼包合成渣脫硫的最大優(yōu)點是操作成本低。

  2. 硫化物夾雜物的形態(tài)控制

  改變硫化物夾雜物形態(tài)最主要的辦法是在出鋼過程中,在鋼包內(nèi)加入某些元素,使所形成的新硫化物比原來的MnS熔點更高,熱力學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定,加工過程不變形,這是一種提高鋼材力學(xué)性能和減輕各向異性的有效方法。改變硫化物形態(tài)的可能性主要取決于不銹鋼管中氧含量和微量合金元素的特性,能夠生成高熔點球狀硫化物的元素可起到變形劑的作用。隨著變形劑數(shù)量的增加,伸長的硫化錳型夾雜物數(shù)量逐漸減少,直到長條狀硫化錳全部轉(zhuǎn)變成球狀硫化物為止。常用的變形劑是Ca和Re,不論使用那種方法,都要把硫降到0.1008%(最好0.1006%)水平以后再進(jìn)行硫化物變形處理才最為有效。

四、結(jié)論

  硫化物夾雜的控制主要是控制不銹鋼管中硫含量在一定的范圍。改變硫化物形態(tài)主要取決于不銹鋼管中氧和微量合金元素的特性,在不銹鋼管中加入適量的變形劑,使長條狀硫化錳全部轉(zhuǎn)變成球狀硫化物。提高脫硫率,改變硫化物的形態(tài),必須控制好必要的工藝條件。