鍛造在鋼中添加S或S-Ca是改善結(jié)構(gòu)鋼切削性能的常用合金化手段。轉(zhuǎn)爐煉鋼使用80%以上的鐵水,即使是電弧爐也可以使用超過(guò)60%的鐵水,冷軋鋼板或高純凈鋼要求的鐵水預(yù)脫硫技術(shù)以及其它高純凈鋼冶煉技術(shù)被用于鍛造熱軋棒、線材或鑄錠的生產(chǎn),此時(shí),如果不在鋼包精煉或真空脫氣后實(shí)施回硫工藝,鋼中硫含量降到0.01%以下,材料的切削性能將大幅降低。根據(jù)切削性能和零件性能的綜合要求,回硫鋼中硫含量分為0.015%~0.035%、0.040%~0.065%、0.050%~0.070%等區(qū)間,硫含量越高,鋼的切削性能越好。
實(shí)踐證明,如果滲碳齒輪鋼20CrMnTiH的硫含量由0.008%提高到0.015%,齒輪高速干切刀具的耐用度可提高1.67倍;如果將曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼48MnV的硫含量由0.015%提高到0.045%,則曲軸內(nèi)銑(干銑)刀片的耐用度將提高49%~66%。硫含量越高,鋼或鍛件的鍛造流線越嚴(yán)重,橫向性能下降越明顯。以半軸用40MnBH為例,淬火和低溫回火狀態(tài)下,硫含量為0.0057%和0.064%的40MnBH的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度比值分別為0.82和0.74,前者的扭轉(zhuǎn)斷口斷面與軸線垂直,為切應(yīng)力斷口,而后者則出現(xiàn)縱向開(kāi)裂。因此,承受扭轉(zhuǎn)載荷的零件,如汽車驅(qū)動(dòng)橋半軸、傳動(dòng)軸叉等不宜采用回硫鋼。在熱模鍛件分模面對(duì)應(yīng)部位,如果金屬產(chǎn)生激烈的橫向流動(dòng),將導(dǎo)致絲線狀、棒狀硫化物的扁平化,加劇硫化物分割基體的作用,使零件在該部位的橫向性能進(jìn)一步惡化,增加零件淬火開(kāi)裂和磨削開(kāi)裂的傾向。
為防止回硫鋼模鍛分模面產(chǎn)生缺陷,減輕硫易切削化對(duì)鋼材或鍛件橫向性能的影響,可從工藝和材料兩個(gè)方面采取措施。其一是采用楔橫軋、閉式鍛模等鍛造工藝,代替模鍛工藝,因?yàn)榍岸卟划a(chǎn)生分模面;其二是通過(guò)控制夾雜物形態(tài),防止鋼中硫偏聚和硫化物的過(guò)分粗化,是降低硫化物對(duì)回硫鋼及其鍛件上述危害的有效措施。硫化物變質(zhì)處理技術(shù)、連鑄工藝的末端攪拌或輕壓下技術(shù),是冶煉此類鋼必要的關(guān)鍵技術(shù)。采用大截面鑄坯,增加棒材軋制比,減小硫化物的橫向尺寸,也有益于改善回硫鋼的橫向性能。
鍛造鋼坯斷面尺寸應(yīng)滿足軋制變形量和成品質(zhì)量的要求,還要考慮軋輥強(qiáng)度和咬入條件的限制。一般鋼坯斷面高度H與軋輥輥徑D之比 (即H/D) 應(yīng)小于或等于0.5。鋼坯長(zhǎng)度受終軋溫度、軋制時(shí)間和產(chǎn)品的定尺或倍尺的限制。加熱時(shí)鋼坯過(guò)長(zhǎng)容易產(chǎn)生撞爐墻事故,過(guò)短則爐底利用率不高,影響加熱爐產(chǎn)量。為生產(chǎn)各種鋼材而選用鋼坯時(shí),應(yīng)盡量考慮鋼坯的共用性,以提高開(kāi)坯機(jī)的生產(chǎn)力,以便簡(jiǎn)化車間的坯料管理。