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低碳铸钢丸中的夹杂物分析

发布时间:2015-6-8      阅读人次:725次

对船舶涂装前的表面清理, 国内外使用的铸钢丸(砂)产品主要有低碳和高碳两大类。 高碳铸钢丸因含碳量高(0.8%~1.2%),经离心或雾化成丸后冷却到室温形成高碳片状马氏体组织,并产生大量裂纹,虽经再次加热淬火和回火处理,裂纹仍会存在,因而脆性大,不耐冲击,在表面抛丸、喷砂清理和喷丸强化过程中容易破碎和耗损。 低碳铸钢丸含碳量低(小于0.2%),韧性高,是近年来开发的新型铸钢丸,但硬度低,不耐磨,而且由于熔点高,钢液流动性差,收缩大,造成钢丸疏松和空心缺陷多。为提高低碳铸钢丸的使用寿命和抛喷丸清理效率, 以及提高被清理表面的质量, 本文采用扫描电镜和能谱分析研究了低碳铸钢丸中的夹杂物形貌、组成和类型,并提出了控制夹杂物的途径和方法。
  1 实验方法
  实验用低碳铸钢丸的化学成分见表1。 采用20t电弧炉熔炼,离心法铸造成丸。成型的低碳铸钢丸经镶嵌、磨平和抛光制样后,采用FEI Sirion200型扫描电子显微镜及其能谱分析附件, 对其中的夹杂物进行形貌观察、成分测定和类型判定。
  2 试验结果与分析
  2.1 夹杂物的形貌、组成和类型
  图1分别是铸钢丸中不同形貌夹杂物的扫描电镜照片及其能谱分析结果。 可见, 夹杂物主要有球形、沿枝晶间分布的不规则形状和带尖角的3种形貌类型。 球形夹杂物含有Mn、Si、Al、Mg、Ca和O等元素,属于多元复合氧化物夹杂物。分布在枝晶间的不规则形状夹杂物含有硫、磷和铁,属于硫化铁和磷化铁二元复合夹杂物。 带尖角的夹杂物主要含有磷、硫、铁和碳,属于磷化铁、硫化铁和碳化铁三元复合夹杂物。
  2.2 夹杂物的形成机理
  Mn、Si、Al、Mg、Ca等元素的多元复杂氧化物夹杂物,表面能大,在钢中易于呈球形状态存在。 低碳铸钢丸中含有较多的这类夹杂物, 说明氧化物夹杂的去除不充分。 硫和磷在凝固过程中容易偏析到最后凝固区,降低最后凝固区的凝固温度,在最后凝固的枝晶间形成FeS与Fe低熔点(985 ℃)二元共晶当硫和磷同时偏聚到最后凝固的枝晶间区时, 形成更低熔点三元共晶。 该试验低碳铸钢丸中含有大量分布在枝晶间不规则的和带尖角的硫化物与磷化物, 说明该低碳铸钢丸含有过高的硫、磷,冶炼低碳铸钢丸时需要进一步脱硫和脱磷。
  2.3 夹杂物的去除
  夹杂物的存在, 尤其是分布在枝晶间不规则形状的和带尖角的硫化铁、 磷化铁类夹杂物将严重损害铸钢丸的韧性,增加钢丸在使用过程中的破碎几率,降低钢丸的使用寿命。 为减少夹杂物的数量,本文提出了采用添加稀土复合脱氧剂的脱氧和深度脱 硫的改进工艺,以降低钢液中硫、磷含量均在0.020%以下等措施。 图2分别是工艺改进前、后生产的低碳铸钢丸中的夹杂物分布情况。 可以看出,工艺改进后钢丸中的夹杂物尺寸和数量明显减小。
  3 结论
  低碳铸钢丸中存在的夹杂物主要有球形的多元复合氧化物夹杂物、 分布在枝晶间的不规则形状的硫化铁和磷化铁二元复合夹杂物以及带尖角的磷化铁、硫化铁和碳化铁的三元复合夹杂物。夹杂物的存在与脱氧不充分和硫、磷含量偏高有关。通过稀土复合脱氧和深度脱磷、脱硫可以显著降低夹杂物的水平。