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小口径精密钢管夹杂物分析

小口径精密钢管材料的冶炼至浇注整个过程中都有夹杂物的形成,如出钢时耐火材料被冲刷,钢水二次氧化、混渣及冶炼浇注时操作不当均会造成夹杂物的增加。与此同时要不断进行夹杂物的排除工作。应严格执行冶炼操作规程,精选原料,在炉体良好情况下进行冶炼,控制好出钢和浇注温度, 掌握好镇静时间等。采用电弧炉冶炼轴承钢,在对操作技术严格要求的情况下,小口径精密钢管材料的纯净度可以有所提高,但始终停留在某一个水平上。为进一步减少钢中的夹杂物,应采用新的冶炼方法和冶炼技术,臂如,真空熔炼、电渣重熔,炉外精炼、真空脱气和吹氩冲洗等。用真空自耗重熔得到的钢氧含量极低,纯净度高,对提高轴承钢的寿命很有效。电渣重熔设备比较简单,冶炼成本较低,电炉钢经电渣重熔后氧含量能减少50%,总的污染程度减少约一半,夹杂物细小均匀分布,疲劳寿命比电炉钢提高2.5〜3.0倍,它还能减少硫化物,但对氮化物夹杂降低不多。

经真空脱气的钢气体含量显著减少(氧≤25ppm;氢≤3ppm;氮≤50ppm),钢的疲劳寿命可提高1.5〜2.0倍。因此,国外对轴承钢普遍采用真空脱气处理。吹氩冲洗对降低小口径精密合金管材料中夹杂物亦有效果,能减少夹杂约60%。采用钢包精炼可使钢中氢含量降低到2ppm以下,氧含量减少40〜60%,并使钢液成分和温度均匀,还可提高电炉产量20〜30%。

硫是由小口径精密光亮管原料带入的,在冶炼时未能除尽。硫在室温在钢中的溶解度极小,绝大部分以硫化物形式存在。小口径精密钢管材料中的硫含量提高,硫化物量也随之增加。轴承钢中硫化物的分布有三种类型。

类型1是以复合形式出现的。当钢液中氧含量较高时,硫的溶解度降低,硫在较高温度就达到饱和,氧化物和硫化物同时析出,形成复合夹杂物;或者液态硅酸盐同时富集硫和氧,随后在冷却过程中从硅酸盐中同时析出硫化物和氧化物。

类型2是沿晶分布的。如果加铝量增大,小口径精密钢管材料中氧含量较低(≤50ppm),则硫的溶解度增加,在凝固过程中硫能存在于钢中暂不析出,待残余钢液中硫达到饱和时,硫化物以共晶或离异共晶的形式分布在初生晶界上,使钢的塑性和韧性显著降低。

类型3是均匀分布的。若小口径精密管中残铝量很高,因增加铝量同样会降低硫在钢液中的溶解度,促使硫化物在结晶开始前就析出。它以刚玉质点为核心,形成硫化物包围氧化物的共生夹杂物,可减少氧化物的有害影响,提高小口径精密钢管材料中的硫含量,可增加硫化物包围氧化物的几率。

在冶炼成本不增加的条件下,利用一种夹杂物来减少另一种夹杂物的有害作用,这是提高小口径精密钢管的疲劳寿命最经济的方法。关键的问题是如何形成小口径精密无缝钢管共生夹杂物,这是值得进一步探讨的课题。

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