铸钢件裂纹、钢中夹杂物的消除措施！

钢液在冶炼过程中产生的夹杂物, 是铸钢件产生裂纹的重要原因之一。为减少钢液中的夹杂物, 在冶炼过程中, 要加强对脱氧、脱硫、除杂、去气等冶炼操作, 并在炉后钢包内采取必要的措施, 如加稀土等进行变质处理来改变夹杂物的形状, 以减少夹杂物的存在, 更好的消除铸钢件的裂纹。

1 钢中夹杂物的种类及产生原因

钢中夹杂物主要指钢中非金属夹杂物, 一般认为钢中非金属夹杂物常以下列形式存在:氧化物 :F eO 、 Fe2 O 3 、M nO 、Al2 O 3 、SiO 2 、M gO 等;硫化物 :M nS 、FeS 等 ;硅酸盐 :FeSiO 4 、M nSiO 4 、FeO ·A l2 O3 ·SiO2等;氮化物 :A lN 、Si3 N 4 等。

钢中的非金属夹杂物来源于两个方面 :一是随冶炼过程产生, 即在出钢时加入铁合金的脱氧产物和浇注过程中钢液和空气的二次氧化产物, 称内生夹杂物, 此类夹杂物一般颗粒细小, 在钢中分布均匀;二是因种种原因从外界带入的, 称外来夹杂物, 此类夹杂物外形多不规则、尺寸较大且分布不均匀 , 是产生裂纹的主要原因, 对钢的危害性较大。

内生夹杂物主要产生于下列几种情况 :①在冶炼过程中, 脱氧产物未能全部排除, 或浇注过程中温度下降, 继续反应生成的脱氧产物来不及上浮残留于钢液中, 它们有的以小质点存在于钢的基体组织中, 有的则集聚成大颗粒 Al2 O 3 ), 有的则以固溶状态存在于钢中(如 M nO 、F eO);②在出钢及浇注过程中, 钢液与空气接触被氧化, 氧与钢中元素结合形成二次氧化物留在钢液中;在钢液凝固过程中 , 低熔点的 FeS 、FeO 等由于钢液“ 选分结晶” , 最后在晶粒边界及树枝晶间析出。

外来夹杂物 :这类夹杂主要由原料带入泥沙、熔渣及保护渣等卷入, 浇注系统的耐火材料受钢液冲刷、浸蚀等进入, 滞留于钢液中, 多为大颗粒夹杂物。

非金属夹杂物在高温下或溶解于钢液中, 或单独存在于钢液中, 但随着温度的下降及成分、气体压力等条件的改变, 原来溶解于钢液中的夹杂物, 将以独立相分离出来, 在结晶过程中聚集于晶界上, 成为割断铸钢基体连接的微小单元, 形成裂纹的最初源头, 从而形成了裂纹的潜在隐患。

2 主要夹杂物与铸钢裂纹的关系及减少的措施

在非金属夹杂物中, 使铸钢件产生裂纹的主要原因是硫化物夹杂, 而且它常常和其他因素共同作用, 使铸钢件裂纹倾向增大。铸钢中, 硫化物夹杂分成三类:Ⅰ类 — —球状;Ⅱ类 — —点链状晶间薄膜状;Ⅲ类 — —任意分布的尖角状。其中Ⅱ类夹杂对钢危害最大, Ⅲ类次之, Ⅰ 类较小。而硫化物夹杂与钢的脱氧程度以及钢中残留铝量有关。铝固溶量低, 氧残留少时, 可得Ⅰ类夹杂。

脱氧剂对夹杂物的形成及钢的性能都有较大影响。复合脱氧剂的脱氧效果要比单一脱氧剂好, 这是因为复合脱氧剂形成的夹杂物较大, 容易上浮去除。若钢液脱氧不足, 易出现气孔类缺陷, 易使铸钢件产生裂纹。但终脱氧用铝量刚够脱氧而无剩余, 铝固溶量低, 氧残留少, 会产生Ⅱ类夹杂, 一般用过量铝脱氧, 会得到Ⅲ类夹杂。值得注意的是, 如用过量铝就会形成较多的氮化铝夹杂沿晶界析出, 导致“ 岩石状”脆性断口, 恶化钢的性能。所以说, 用过量铝脱氧是不合理的。炼钢时的加铝量及钢中的残余铝量既不能太低也不能太高。

用铝脱氧是目前应用广泛的钢脱氧方法。工业生产中通常采用两种脱氧工艺, 一种是加铝脱氧工艺, 另一种是控铝脱氧工艺。前者是先用铝将钢中的溶解氧完全脱除, 然后通过各种方式的搅拌将Al2 O3 夹杂尽可能多地去除 ;后者是仅用硅锰粗脱氧, 并严格控制钢中的铝和钙含量, 以便控制钢中析出的氧化物夹杂的成分、性质和形态[ 3] 。前者的一次脱氧率大于 90 , 脱氧产物主要是 Al2 O3 ;后者一次脱氧析出的脱氧产物量大大减少, 一次脱氧产物主要是SiO2 。