我校获1989年度国家教委科技进步一等奖项目简介

1. 高韧性易切削塑料模具（5NiSCa）的研究 高韧性易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa（简种5NiSCa）属复合系预硬型塑料模具钢。用中碳加镍多元少量合金化方案,保证了钢的强韧性和良好的工艺性能,采用硫钙复合系易切削元素,促进了易切削相硫化物     

我校五项成果荣获国家教委科技进奖步

1989年度国家教委科技进步奖评审工作已经结束,我校的“高韧性易切削塑料模具钢(5NiSCa)的研究”等5项科研成果分别荣获一等,二等奖。获奖项目如下:1.高韧性易切削塑料模具钢(5NiSCa)的研究一等奖(机二系)     

中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制

在实验室进行了1 kg坩埚实验,研究了中碳高硫结构钢钙处理前后夹杂物的形态、尺寸及组?结果表明:钢钙处理后获得了可以改善钢切削性的纺锤形夹杂物,夹杂物的平均纺锤形率为68.11%,并且随钢中[Ca]/[S]增加夹杂物纺锤形化趋势增加;钙处理后小于2.5 μm的夹杂物占夹杂物总量的76.05%,夹杂物细小、弥散分布于钢基体中;夹杂物类型以钙铝酸盐芯硫化物外壳的复合夹杂物、(Mn,Ca)S形式的硫化物为主,有少量的铝酸钙与CaS的复合夹杂物;含钙硫的45钢铸态钢锭比普通45钢铸态钢锭切削性能有所改善.     

切削2种易切钢刀具磨损机理研究

文章通过YT15硬质合金刀具在不同切削速度下切削硫系和钙硫系易切钢试验,研究了这2种易切钢的切削刀具磨损机理,由试验数据和电镜扫描图像的对比分析,得到试样的刀具寿命曲线和磨损形态。试验结果显示,切削速度对切削2种易切钢的刀具寿命影响都十分明显,硫系易切钢在切削速度150m/min时刀具寿命是钙硫系易切钢的1.5倍,而在200、300m/min时,两者的刀具寿命相当。2种易切钢试样的磨损形态大致相似,黏结磨损和扩散磨损是其主要磨损原因,在速度为150、200m/min时都出现了积屑瘤。     

高速铣削高强高硬钢加工表面硬化实验

研究高速铣削高强高硬钢加工表面层金相组织和硬度变化.进行了高速铣削高强高硬钢的切削温度实验,分析了不同铣削条件下高速铣削高强高硬钢加工表面层微观组织和加工变质层硬度变化.结果表明,高速铣削高强高硬钢时,加工表面层微观组织和加工变质层硬度发生明显变化,切削热对变质层金相组织结构和深度的影响显著.随着切削区平均温度的升高,变质层的深度增加,变质层主要为塑性变形硬化层、回火索氏体、回火屈氏体;切削温度达到一定程度后,在工件表面形成包含自激淬火与塑性变形特点的加工硬化层,可大幅提高工件表面硬度、塑性、韧性和抗腐蚀性.     

我院和大冶钢厂联合研制出高韧性易切削塑料模具钢

9月12日,我院金属材料教研室和大冶钢厂联合研制的高韧性易切削塑料模具钢(5NiSCa)通过国家鉴定。专家们认为:新钢种填补了我国复合系易切削塑料模具钢的空白,在国际上属独创,达到世界先进水平。 这种新钢种,已在全国三十多家厂矿企业的生产中试用,用于注塑模、胶木模、橡胶模、印刷线路板凹板及精密冷冲模等。生产试用表明,新钢种可锻性好,热处理简单,预硬后制模直接使用,提高了模具精度和光洁度,从而提高了塑料制品的表面质量,保证了制品精度,缩短了制模周期,减少了修模次数,提高了模具寿命,降低了成本,能代替进口模具。     

钙处理齿轮钢中氧硫复合夹杂物的热变形能力

采用金相分析、扫描电镜和能谱仪等分析手段,研究了钙处理加硫的DIN 18CrNiMo7-6齿轮钢中氧硫复合夹杂物的形貌、成分和热变形行为. 结果表明:外围硫化物的钙抑制了氧硫复合夹杂物的变形,当外围硫化物的钙原子分数约为5.0%时抑制作用达到饱和;高熔点核心氧化物的面积分数增加,复合夹杂物的变形能力降低,而低熔点核心氧化物对复合夹杂物变形能力的影响不明显.     

热处理对高硫钢硫化物形态及性能的影响

研究淬回火热处理工艺对高硫钢的基体组织和硫化物形态的影响,分析了其力学性能和磨损性能.结果表明,热处理后高硫钢中硫化物主要为FeS,其形态趋于球化;淬火温度由880 ℃升至900 ℃,高硫钢的抗拉强度由460 MPa提高到590 MPa,伸长率由1.7%变化到3.0%,但其仍为脆性材料,这与组织中含有大量硫化物有关;由于硫化物的自润滑作用,热处理后高硫钢的耐磨性随连续磨损时间的延长而改善,并明显优于淬火后低温回火的GCr15钢.     

预硬型贝氏体钢中合金元素的作用

研究了新型预硬型贝氏体钢（Ｙ８２）的合金设计及性能,分析了合金元素Ｓｉ, Ｓ, Ｃａ 的作用。结果表明： 新型预硬型贝氏体钢（Ｙ８２）成分简单,价格低廉,空冷淬透性好; 合金元素Ｓｉ改变了奥氏体连续冷却转变曲线（ＣＣＴ）的位置,使ＣＣＴ曲线中贝氏体转变区向右下方移动。使贝氏体转变发生在较低的温度,可以形成细小的针状下贝氏体,从而提高了钢的机械性能; 合金元素Ｓ提高了钢的易切削性,元素Ｃａ 对夹杂物有变质作用,使钢中ＭｎＳ形成一种特殊的形态,因而使Ｙ８２ 在预硬状态时（硬度约为３５～４０ ＨＲＣ）仍具有良好的切削加工性能。     

低碳高硫含锡锑复合易切削钢

对复合添加少量Sn和Sb或Sn和Bi的低碳高硫易切削钢做了切削和高温热塑性实验. 结果表明:试样在长时间的高速切削条件下刀具后刀面磨损很小,其易切削性能明显优于SAE1215钢. 含Sn和Sb的钢样在750～950℃温度范围内塑性较差,在1050～1300℃范围内具有良好的塑性. 扫描电镜及能谱分析表明:钢中Sn和Sb元素在晶界、MnS夹杂物内及MnS边界处均存在;大部分的Bi元素附着在MnS夹杂物上,一部分弥散分布在钢的基体中;钢中MnS夹杂主要呈球状和纺锤状.     

精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析

针对轴承钢中钙铝酸盐大型夹杂物的控制问题,通过计算GCr15轴承钢中尖晶石MgO·Al2 O3、钙的铝酸盐CaO·6Al2 O3夹杂物生成热力学,分析精炼渣成分与夹杂物类型之间的定量关系.结果表明：当钢水中含有质量分数0.10×10-6的溶解钙[Ca]时,只要溶解镁[Mg]质量分数小于10×10-6,MgO·Al2O3就会被[Ca]还原成 CaO·6Al2O3;当精炼渣碱度为7.04,(MgO)质量分数为1.38%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低56%,夹杂物以尺寸大于10μm的CaO-Al2O3系复合夹杂为主;当精炼渣碱度为3.75,(MgO)质量分数3.14%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低14%,夹杂物以尺寸小于8μm的MnS包裹MgO·Al2 O3复合夹杂为主;当精炼渣钙铝比C/A为1.8~2.0时,控制精炼渣碱度R为4.5~5.5,(MgO)质量分数为3%~5%,即能使钢中MgO·Al2O3保持稳定而不转变为CaO·6Al2O3.     

Novel mechanism for the modification of Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>-based inclusions in ultra-low carbon Al-killed steel considering the effects of magnesium and calcium

Many researchers have explored the inclusion modification mechanism to improve non-metallic inclusion modifications in steelmaking. In this study, two types of industrial trials on inclusion modifications in liquid steel were conducted using ultra-low-carbon Al-killed steel with different Mg and Ca contents to verify the effects of Ca and Mg contents on the modification mechanism of Al₂O₃-based inclusions during secondary refining. The results showed that Al₂O₃-based inclusions can be modified into liquid calcium aluminate or a multi-component inclusion with the addition of a suitable amount of Ca. In addition,[Mg] in liquid steel can further reduce CaO in liquid calcium aluminate to drive its evolution into CaO-MgO-Al₂O₃ multi-component inclusions. Thermodynamic analysis confirmed that the reaction between[Mg] and CaO in liquid calcium aluminate occurs when the MgO content of liquid calcium aluminate is less than 3wt% and the temperature is higher than 1843 K.     

高级别管线钢钙处理效果评价标准

对X70管线钢进行了六炉钙处理实验.结果表明:钙处理后管线钢生产的后续工序中钢中钙含量显著下降,夹杂物组成和形貌发生显著变化;二次氧化会降低管线钢钙处理效果,但钢中溶解钙和较高CaO含量的CaO-Al2O3复合夹杂可对钢水二次氧化产生的Al2O3发生改性作用;高级别管线钢钙处理效果与钢中钙含量、氧含量、硫含量、钢水二次氧化程度以及钙处理后续时间等有关,采用钢中Ca含量、[%Ca]Tot/[%Al]s、[%Ca]Tot/T[O]、ACR和[%Ca]Tot/[%S]作为钙处理效果的评判标准均存在缺陷.本文建议钙处理效果评判标准为:①铸坯中心部位或轧后板带中心部位不存在单纯的MnS夹杂;②中间包和结晶器中夹杂的nCaO/Al2O3应该与12CaO.7Al2O3相近;③钙处理后夹杂的nCaO/Al2O3应稍高于12CaO.7Al2O3的夹杂.同时还必须注意钙处理应在最后精炼工序的后期进行,尽量防止钢水的二次氧化.     

Al--Ca复合合金钢水脱氧机理的研究

通过Al-Ca复合合金钢水脱氧的平衡热力学计算,确定了钢液的氧的质量分数在3×10-6~1×10-4条件下,1600℃时的Al-Ca复合合金脱氧产物的稳定区域图.以此为基础,假定钙的收得率为100%,预测了钢液在Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为5,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为0.2M kg三种不同脱氧制度下夹杂物的演变历程.结果表明,在Ca/Al=5,复合合金加入量使初始钢液中的[Ca]为0.01%,[Al]为0.002%时,夹杂物在钢液精炼过程中的演变历程为:12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l)→CaO(s)→12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l)→CaO(s)→12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l),并确定了固态和液态脱氧产物在脱氧过程中交替形成为最理想的Al-Ca复合合金脱氧制度,可为钢铁企业脱氧剂的选择和应用提供参考和借鉴.     

Effects of sulfur addition methods and Ca-Si treatment on the microstructure and properties of 30MnVS

The effects of sulfur addition methods and Ca-Si treatment on the microstructure and properties of free-cutting non-quenched and tempered steel 30MnVS were investigated by using optical microscopy, SEM and tensile test methods. The results show that sulfur addition methods influence the morphology of sulfides and the properties of 30MnVS slightly. Ca-Si treatment is beneficial for the formation of complex sulfides which normally have oxide cores, therefore, improving the distribution of sulfides in the tested steel and enhancing its toughness. The two methods, pyrite addition during LF process and S wire feeding during VD process, slightly influence the morphology and distribution of sulfides and the properties of 30MnVS; Ca addition not only promotes the nucleation of sulfides on the cores of calcium aluminate inclusions, but also creates modification effect on MnS, reducing the relative plasticity and hot deformability of sulfides during hot rolling process, thereby reducing the length/width value of sulfides and improving their distribution, and significantly enhancing its mechanical properties, in particular, the impact toughness increased by 30%.     

F对CaO-Al2O3-SiO2三元系铝酸钙熟料烧结和浸出性能的影响

以分析纯化学试剂为原料,研究了不同F含量的CaO-Al2O3-SiO2三元系铝酸钙熟料的自粉性能、烧结规律和Al2O3的浸出性能,并通过XRF,XRD,SEM-EDS等手段探索了其作用机理.结果表明:F的加入不影响β-2CaO·SiO2向γ-2CaO·SiO2转变,熟料的自粉性良好;F对铝酸钙熟料的物相组成产生明显影响,促进2CaO·Al2O3·SiO2和11CaO·7Al2O3·CaF2相的生成,并减少12CaO·7Al2O3,CaO·Al2O3相的生成;生成的2CaO·Al2O3·SiO2进入渣中造成Al2O3浸出率降低;当F的质量分数为0~20%时,Al2O3的浸出率随着F含量的增加急剧下降,由9501%降至70%左右;铝酸钙熟料中F的质量分数应低于05%.     

Recovery of iron and calcium aluminate slag from high-ferrous bauxite by high-temperature reduction and smelting process

A high-temperature reduction and smelting process was used to recover iron and calcium aluminate slag from high-ferrous bauxite. The effects of w(CaO)/w(SiO₂) ratio, anthracite ratio, and reduction temperature and time on the recovery and size of iron nuggets and on the Al₂O₃ grade of the calcium aluminate slag were investigated through thermodynamic calculations and experiments. The optimized process conditions were the bauxite/anthracite/slaked lime weight ratio of 100:16.17:59.37, reduction temperature of 1450°C and reduction time of 20 min. Under these conditions, high-quality iron nuggets and calcium aluminate slag were obtained. The largest size and the highest recovery rate of iron nuggets were 11.42 mm and 92.79wt%, respectively. The calcium aluminate slag mainly comprised Ca₂SiO₄ and Ca₁₂Al₁₄O₃₃, with small amounts of FeAl₂O₄, CaAl₂O₄, and Ca₂Al₂SiO₇.     

12 CaO·7 Al2 O3晶体结构及其氧化铝浸出性能

使用分析纯试剂配料,在1350℃保温1 h的条件下合成了A/S=5(Al2O3与SiO2质量比)的铝酸钙熟料.研究了钙铝比C/A(除去与SiO2结合的CaO后CaO与Al2 O3的摩尔比)对熟料中12CaO·7Al2 O3晶体结构及其氧化铝浸出性能的影响,并通过X射线衍射和X射线荧光等分析手段对其作用机理进行了探讨.结果表明：由于12CaO·7Al2 O3量的增加,C/A=1.0~1.4时,石灰烧结法熟料溶出率随着C/A的提高而提高;在C/A=1.4时,熟料溶出率最高可达93.30%,此时CaO的缺失形成了有缺陷的12CaO·7Al2 O3,且其中CaO的物质的量小于11.3 mol;钙铝比提高到1.7时熟料溶出率又出现了下降趋势,这是由于CaO的饱和导致12CaO·7Al2 O3晶体择优生长取向发生变化,由(211)面开始向(420)晶面转变.     

低碳含铝钢20Mn2精炼渣系CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2的优化

通过对低碳含铝钢20Mn2精炼过程的取样分析,得出精炼渣的熔化温度偏高,渣中存在大量固相CaO,并导致钢中含有CaO类夹杂物,精炼渣吸附夹杂物能力差. 利用FactSage热力学计算,从渣的低熔点区域控制和渣-钢反应这两个方面对渣系进行研究与优化. 结果表明,CaO/Al2 O3 质量比在1. 5左右添加质量分数为3% CaF2 可以有效降低渣的熔化温度,渣的熔化温度随着CaF2 含量的升高呈现先降低后升高的趋势,MgO的质量分数控制5%左右低熔点区域面积达到最大. 在SiO2 质量分数大于30%区域,钢中氧含量大体上随着CaO/Al2 O3 质量比的增加而降低,在SiO2 的质量分数低于30%区域随着CaO含量的升高而降低,钢中酸溶铝含量在SiO2 含量高的区域随着Al2 O3/SiO2 质量比的增加而升高,在SiO2 含量低的区域随着CaO/SiO2 质量比的增加而增加. 根据热力学分析结果得出合理的渣系范围:CaO 50% ~60%, Al2 O3 20% ~35%, SiO2 5% ~10%, MgO 5% ~8%, CaF2 0~5%. 优化渣系的实验结果表明,优化后渣系熔化温度降低,钢中夹杂物数量、面积和平均尺寸均有明显下降.     

高品质GCr15轴承钢二次精炼过程中夹杂物的演变规律

采用FE-SEM/EDS研究了转炉流程生产的GCr15轴承钢LF、RH精炼过程中夹杂物的演变规律,分析了其演变机理。结果表明:钢中复合夹杂物的演变规律可归纳为:Al2O3→MgO·Al2O3→(CaO-MgO-Al2O3-(CaS))复合氧化物夹杂和Al2O3→(Al2O3-MnS)→(Al2O3-MnS-Ti(C,N))复合氧硫碳氮物夹杂2种方式。LF精炼过程脱硫作用明显,钢中的硫化物夹杂数量大幅减少。LF精炼初期钢中主要是MnS、Al2O3、TiN的单相夹杂物。LF精炼结束后钢中的夹杂物演变为Al2O3为核心外包氧化物及MnS、TiN、Ti(C,N)、CaS的复合夹杂物。精炼渣中的CaO和耐火材料中的MgO经还原后与钢中溶解氧反应导致LF精炼结束时D类夹杂物增加。RH及软吹处理进一步强化了去除钢中的硫化物,但D类及其与A、T类复合的夹杂物含量增加。在LF阶段,夹杂物尺寸主要集中在1~3μm范围内,到RH阶段,夹杂物尺寸则主要集中分布在小于1μm的粒度范围。最大夹杂物尺寸由10.79μm降到5.68μm,单位面积夹杂个数由372个/mm2降到258个/mm2。RH及软吹处理有效地降低了钢中大于3μm的夹杂物。