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低碳鑄鋼丸中的夾雜物分析

發布時間:2015-6-8      閱讀人次:776次

對船舶涂裝前的表面清理, 國內外使用的鑄鋼丸(砂)產品主要有低碳和高碳兩大類。 高碳鑄鋼丸因含碳量高(0.8%~1.2%),經離心或霧化成丸后冷卻到室溫形成高碳片狀馬氏體組織,并產生大量裂紋,雖經再次加熱淬火和回火處理,裂紋仍會存在,因而脆性大,不耐沖擊,在表面拋丸、噴砂清理和噴丸強化過程中容易破碎和耗損。 低碳鑄鋼丸含碳量低(小于0.2%),韌性高,是近年來開發的新型鑄鋼丸,但硬度低,不耐磨,而且由于熔點高,鋼液流動性差,收縮大,造成鋼丸疏松和空心缺陷多。為提高低碳鑄鋼丸的使用壽命和拋噴丸清理效率, 以及提高被清理表面的質量, 本文采用掃描電鏡和能譜分析研究了低碳鑄鋼丸中的夾雜物形貌、組成和類型,并提出了控制夾雜物的途徑和方法。
  1 實驗方法
  實驗用低碳鑄鋼丸的化學成分見表1。 采用20t電弧爐熔煉,離心法鑄造成丸。成型的低碳鑄鋼丸經鑲嵌、磨平和拋光制樣后,采用FEI Sirion200型掃描電子顯微鏡及其能譜分析附件, 對其中的夾雜物進行形貌觀察、成分測定和類型判定。
  2 試驗結果與分析
  2.1 夾雜物的形貌、組成和類型
  圖1分別是鑄鋼丸中不同形貌夾雜物的掃描電鏡照片及其能譜分析結果。 可見, 夾雜物主要有球形、沿枝晶間分布的不規則形狀和帶尖角的3種形貌類型。 球形夾雜物含有Mn、Si、Al、Mg、Ca和O等元素,屬于多元復合氧化物夾雜物。分布在枝晶間的不規則形狀夾雜物含有硫、磷和鐵,屬于硫化鐵和磷化鐵二元復合夾雜物。 帶尖角的夾雜物主要含有磷、硫、鐵和碳,屬于磷化鐵、硫化鐵和碳化鐵三元復合夾雜物。
  2.2 夾雜物的形成機理
  Mn、Si、Al、Mg、Ca等元素的多元復雜氧化物夾雜物,表面能大,在鋼中易于呈球形狀態存在。 低碳鑄鋼丸中含有較多的這類夾雜物, 說明氧化物夾雜的去除不充分。 硫和磷在凝固過程中容易偏析到最后凝固區,降低最后凝固區的凝固溫度,在最后凝固的枝晶間形成FeS與Fe低熔點(985 ℃)二元共晶當硫和磷同時偏聚到最后凝固的枝晶間區時, 形成更低熔點三元共晶。 該試驗低碳鑄鋼丸中含有大量分布在枝晶間不規則的和帶尖角的硫化物與磷化物, 說明該低碳鑄鋼丸含有過高的硫、磷,冶煉低碳鑄鋼丸時需要進一步脫硫和脫磷。
  2.3 夾雜物的去除
  夾雜物的存在, 尤其是分布在枝晶間不規則形狀的和帶尖角的硫化鐵、 磷化鐵類夾雜物將嚴重損害鑄鋼丸的韌性,增加鋼丸在使用過程中的破碎幾率,降低鋼丸的使用壽命。 為減少夾雜物的數量,本文提出了采用添加稀土復合脫氧劑的脫氧和深度脫 硫的改進工藝,以降低鋼液中硫、磷含量均在0.020%以下等措施。 圖2分別是工藝改進前、后生產的低碳鑄鋼丸中的夾雜物分布情況。 可以看出,工藝改進后鋼丸中的夾雜物尺寸和數量明顯減小。
  3 結論
  低碳鑄鋼丸中存在的夾雜物主要有球形的多元復合氧化物夾雜物、 分布在枝晶間的不規則形狀的硫化鐵和磷化鐵二元復合夾雜物以及帶尖角的磷化鐵、硫化鐵和碳化鐵的三元復合夾雜物。夾雜物的存在與脫氧不充分和硫、磷含量偏高有關。通過稀土復合脫氧和深度脫磷、脫硫可以顯著降低夾雜物的水平。