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s-bi易切削钢中mns的形成规律 铅粉体易切割钢的生产受环境保护法律法规的限制。环保硫粉体易切割钢是高产特殊钢，如“高性能、低成本、高精度、易于加工和绿化”。硫代扣除钢的mns的形状控制是为了保证质量。硫系易切削钢的性能比铅系稍差, 合理探索Pb的替代品, 提高现有硫系易切削钢的性能是一个具有意义的研究内容。国内外学者研究了Ti, Ca, Sn, Bi等易切削钢及对钢中MnS的影响, 目前已公认的Bi为替代Pb的最佳环保易切削钢元素之一, 但是由于Bi金属的价格昂贵, 在工业生产中大量添加无疑会大大提高产品成本, 因此本文研究了S-Bi复合易切削钢中微量Bi元素对钢中MnS形貌的影响规律及效果。 1 bi2o3与bi共存 金属Bi的熔点和沸点均较低 (1572℃) , 精炼期炼钢温度足以使Bi气化, 高温将降低Bi的收得率。由图1可知, Bi在空气中容易和氧反应, 产生稳定存在的Bi2O3与Bi共存。鉴于Bi与O之间的强结合性及弱的稳定性, 钢中的Si, Al脱氧剂均会与Bi2O3发生反应, 置换出Bi (图2) 。这一反应的最终冶金效果为:Bi首先与O反应产生Bi2O3, 增加钢中的结合氧, 后被脱氧元素夺走, 生成的Bi溶解于钢水中, 或在高温时产生Bi蒸气逸出钢水, 导致低效的合金化。 2 试验和结果检测 2.1 试验钢的性能检测 为研究微量Bi元素对易切削钢中MnS形貌的影响, 在低碳高硫易切削钢基础上添加微量的Bi元素, 采用10kg感应炉进行冶炼并铸锭, 分别标记为试验钢1, 2及3。钢锭的尺寸:钢锭锭尾ue78862mm、钢锭帽口ue78875mm、钢锭高度100mm。在国家钢铁材料测试中心对试验钢的化学成分进行检测, 见表1。锻造工艺:切除帽口部位后在1 100~1 200℃进行锻造, 单次锻压变形量小于等于5%, 钢锭帽口端锻造比约2.25, 锻后圆棒为:ue78850mm×190mm。考虑到钢锭锻造比较小, 分别在铸锭帽口端和锻后圆棒的相应部位取样, 并运用Q500图像分析仪对钢中夹杂物的尺寸、面积等进行测量, 采用JSM6480LV型扫描电镜对夹杂物形貌进行观察, 并结合能谱分析夹杂物成分。 2.2 被安氏钢体的分类 S-Bi易切削钢中Bi的存在形式分为3种:第1种为单独存在于钢基体中 (图3 (a) ) , 特点为没有与夹杂物接触, 粒径很小;第2种为被硫化物包裹 (图3 (c) ) , 特点为Bi金属为形核中心后被夹杂物包裹并长大;第3种为介于钢基体与硫化物之间 (图3 (e) ) , 特点为Bi一部分与夹杂物接触, 一部分与钢基体接触。在电镜观察时发现, 试验钢1中Bi-硫化物复合夹杂的数量较少, 试验钢2居中, 以试验钢3数量最多且最易观察, 这与钢中Bi含量的检测结果完全相符。 3 mns的质量 铸锭和锻造钢中MnS的长宽比分别见图4和图5。虽然3个钢锭的Bi和TO略有差异, 但MnS的长宽比随MnS面积的分布基本相当, 均在1.0~1.6, 三者之间差距很小。 在钢锭锻造后, MnS的长宽比均有所增加。在MnS面积小于10μm2时, 试验钢3的MnS长宽比波动在1.3~2.5。在MnS面积大于10μm2时, 由于MnS的个数少而致使随机性增加, Bi和O含量的影响规律不明显, MnS长宽比在1.2~3.2。但S-Bi易切削钢锻造后MnS的长宽比低于部分硫易切削钢铸造状态下的MnS长宽比。 MnS随钢锭锻造比变化率见图6。由图可知, 在钢锭帽口锻造比为2.25情况下, 钢中MnS的长宽比增长率基本在1.0以下。MnS夹杂长宽比的增长率随着MnS面积的增大而增大, 随钢中Bi含量升高而降低, 分析认为钢中与硫化物共存的Bi金属在钢锭锻造过程中可起到抑制硫化物变形的作用。 4 mns的伸长比 1) Bi在S-Bi易切削钢中主要以3种形态存在:单独存在于钢基体中, 被硫化物包裹和介于钢基体与硫化物之间。 2) 在S-Bi易切削钢铸锭帽口端MnS的长宽比均在1.0~1.6, 在帽口端锻造比为2.25时MnS的长宽比为1.2~3.2。锻造后MnS长宽比的增长率在1.0以下, 且MnS夹杂长宽比的增长率随钢中Bi含量升高而降低。分析认为钢中与硫化物共存的Bi金属在钢锭锻造过程中可起到抑制硫化物变形的作用。