加热保温处理对重轨钢中MnS 夹杂的影响.PDF

加热保温处理对重轨钢中 MnS 夹杂的影响 齐江华，杨成威，朱万军，区铁，刘洋，吉玉 （武汉钢铁（集团）公司研究院，武汉：430080 ） 摘 要： 以U75V 高速重轨钢为例，研究了加热保温处理对MnS 夹杂的影响。采用高温共聚焦激光显微镜分别对铸坯 和钢轨中MnS 夹杂在连续升温过程中的行为进行了动态原位观察，结果表明MnS 夹杂在600-870 ℃发生球化，在1180℃ 左右时， MnS 夹杂开始发生固溶。根据原位观察结果，在电阻炉中进行了加热保温处理实验。实验结果表明，830℃保 温后，MnS 夹杂尺寸只是略有减少，长宽比降低。在1180℃保温后，大型MnS 夹杂数量明显减少，小尺寸MnS 数量增 多，且随保温时间的延长，夹杂物数量减少，长宽比进一步降低。通过加热保温处理可以改善重轨钢中长条状大型MnS 夹杂。 关键词：重轨钢；MnS 夹杂; 原位观察；固溶；加热温度 前言 由于MnS 夹杂的良好塑性，重轨大方坯（280 mm×380 mm ）轧制成百米钢轨过程中形变量大，延 伸的MnS 却成为夹杂物超标和引起超声波探伤不合的重要原因。常见的MnS 夹杂的控制技术报道很多 [1-3]，如通过加入Ca 或稀土等形成元素来控制硫化物的形态，再如通过控制作为硫化物析出核心的氧化 物使硫化物细小、分散析出等。然而，对于总氧、夹杂物形态及成分控制都很严格的高速重轨钢，上述 方法很难用于控制重轨钢中硫化物的形态和尺寸。有研究表明[4-9]，在易切削钢中通过加热保温处理改 变固态钢中MnS 夹杂的尺寸和形态，得到适宜形态（如纺锤形或近球形）的MnS 夹杂物。基于此，本 文以U75V 高速重轨钢为例，在前期进行理论分析基础上[10]，对利用加热保温处理改善重轨钢中MnS 夹杂的方法进行了探索，以期为重轨钢乃至纯净钢中的MnS 夹杂形态和尺寸控制提供一条新思路。 1. 实验材料与方法 实验选取高速重轨钢U75V 连铸坯和钢轨试样，主要化学成分如表1。首先切取试样，磨至抛光面， 利用扫描电镜对重轨钢中夹杂物进行观察，确定夹杂物类型和形貌，便于原位观察时对MnS 夹杂进行 确认。利用线切割分别对铸坯和钢轨上截取直径7.5 mm，长3.5 mm 的圆棒，打磨抛光后用于高温共聚 焦激光显微镜对MnS 夹杂的原位观察。 表1 U75V钢轨的主要化学成分（%） C Si Mn P S Alt V O 0.76 0.57 0.086 0.014 0.01 0.0035 0.052 0.0012 然后，采用日本Yonekura 公司生产的高温共聚焦激光显微镜分别对铸坯和钢轨中MnS 夹杂在连续 升温过程中的行为进行了动态原位观察。将试样装入刚玉坩埚，抽真空后在高纯氩气保护气氛下，以 0.5℃/s 的速率连续升温至一定温度，用He-Ne 激光束照射试样表面，将反射信号传入计算机系统，记 录在视频文件中。 根据原位观察结果，制定了对钢轨进行相应的加热保温的试验方案，切取 10×10×20mm 大小的 试样，在硅钼电阻炉中进行了加热保温处理实验。实验完毕后对试样打磨抛光，利用扫描电镜观察各个 试样中典型MnS 夹杂的形貌。 2. 原位观察的结果与讨论 将重轨钢铸坯试样以 0.5℃/s 的速率连续升温至中 1377℃，MnS 夹杂物的典型形貌如图 1，图 1a 中标示的1，2 ，3 号为MnS 夹杂。将钢轨试样以0.5℃/s 的速率连续升温至1200℃后保温30min，MnS 夹杂物的典型形貌如图2 ，其中图2f 为图2e 局部放大形貌，图2g 为 1200℃时保温30min 后的形貌， 图2h 为图2i 的局部放大形貌，图2i 为冷却后形貌。 a b 3 1 2 20 μm 15 ℃ 20 μm 817 ℃ c d 20 μm