中高碳铝镇静钢形成MnS塑性夹杂的工艺开发与实践

为提高中高碳钢产品的抗疲劳性能,利用中高碳钢的成分特点,研究开发了中高碳铝镇静钢中MnS以Al_(2)O_(3)为形核质点的非均质形核工艺,将钢中Al_(2)O_(3)脆性夹杂用塑性MnS包裹,解决了疲劳应力钢因脆性非金属夹杂引起的疲劳断裂问题。通过对微细、弥散Al_(2)O_(3)夹杂生成条件、MnS非均质形核析出热力学条件的研究,开展了钢中关键元素的成分设计、精炼及连铸集成工艺的设计与开发。工业实践表明,低活度氧条件下进行铝终脱氧可以形成3~5μm微细弥散的Al_(2)O_(3)夹杂,并作为非均质形核的核心在二次枝晶晶间的凝固末端析出弥散、细小的粒状MnS;通过梯度脱氧、真空碳脱氧以及保护浇铸等操作可以有效稳定控制钢中全氧含量,提高钢水洁净度,成品T[O]质量分数平均为0.000 618%,较原工艺的0.000 739%降低了16%;成品的夹杂物中MnS及MnS包裹Al_(2)O_(3)夹杂所占比例大于96%,与世界领先产品的夹杂物控制水平相当,考虑到产品使用过程中Al_(2)O_(3)夹杂外部的MnS包裹层必须足够厚,塑性夹杂才能起作用,建立了MnS "有效包裹率"的概念,当硬相夹杂物被MnS包裹且硬相夹杂物的最大半径不大于MnS包裹部位半径的1/2时,认为MnS对硬相夹杂物实现了"有效包裹";MnS塑性夹杂工艺可明显提高材料的疲劳性能,成品的平均断裂韧性为83.47 MPa·m^(1/2),较原工艺的67.31 MPa·m^(1/2)提高了24%。