烧结台车高铬篦条的工艺优化

2016-12-13刘洪峰

甘肃科技 2016年21期

关键词：缩孔铸铁碳化物

刘洪峰

（甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

烧结台车高铬篦条的工艺优化

刘洪峰

（甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

烧结台车篦条采用潮模砂生产工艺，通过计算机模拟优化浇注系统，消除篦条缩孔缩松缺陷；采用复合合金化和稀土合金变质处理，细化篦条金相组织，改善碳化物分布，大幅度提高烧结台车篦条的使用寿命。

潮模砂;篦条;计算机模拟;变质处理

烧结台车高铬篦条是烧结机消耗量最大的备件，根据烧结机台车的大小分两排或三排安装在台车梁上的耐磨套上，与台车栏板构成凹型储料工作空间，矿料均匀在其间进行高温烧结，在运行过程中，篦条与烧结矿粒直接接触，处于高温-常温交替工作环境中，最高温度900℃左右，长期经受冷热循环冲击，经受负压高温炉气的氧化侵蚀，表面不断侵蚀导致篦条变薄，发生扭曲变形或断裂而失效。图1和图2为失效前后篦条照片，从图中可以看出，如果篦条存在缩孔、缩松铸造缺陷，极易断裂，寿命大幅降低。将前期生产的篦条从中部敲断，断面为图3所示，中心部位存在缩孔、缩松缺陷，此种缺陷严重影响其使用寿命。此外篦条的力学性能和耐热性也是影响使用寿面的重要因素，之前烧结台车篦条的使用寿命不到1年。

图1 失效后的篦条

图2 未使用的篦条

图3 失效篦条断面图

本文从篦条的铸造工艺、熔炼工艺和后处理工艺三个方面对篦条的生产工艺进行优化，对篦条的缺陷和力学性能进行改善，取得了较好的使用效果和经济效益。

1 篦条铸造工艺的优化

1.1 铸造工艺改进

原工艺方案为：一箱2件，上箱吃砂量75mm，下箱60mm，侧面吃砂量35mm，采用模板造型，分型面敷撒石英粉，采用封闭式浇口。

采用华铸CAE软件对原工艺方案中的参数予以优化。图4为原工艺方案的温度场和缩孔预测图。图5为优化后的工艺方案。

图4 原工艺方案

图5 优化工艺方案

2 篦条的熔炼工艺优化

原篦条控制成分为Cr18，本文作者采用Cr26。

采用500kg中频炉熔炼，炉料配比为Z18生铁40%，废钢14%，低碳铬铁46%，温度升至1630℃左右时，加入1%镍，待充分熔解后取样调整硅、锰等化学元素至控制范围内准备出炉。浇包采用堤坝式，用煤气烘烤至300℃，在铁水冲入的对面一侧包底加入0.15%～0.2%稀土镁硅铁合金，铁水迅速倒入浇包，待反应结束使用聚渣剂扒除浮渣，取样、浇注。

3 工艺优化效果及分析

铸造缺陷分析：高铬合金铸铁线收缩较大，实测达到1.5%～2.0%，原工艺如图4所示，铸件内部质量不稳定，断口存在不同程度的缩孔、缩松铸造缺陷。原因为；原工艺的浇注系统为同时凝固工艺，因浇注过程中铁水进入型腔内温度不均匀，不能形成有效的补缩通道，在较大面积和热节位置出现缩孔、缩松缺陷。针对以上不足，作者采用最新的铸造工艺优化软件华铸CAE对篦条的浇注系统和凝固方式进行了优化，图5为优化后工艺，通过图4和图5的对比可以看出，将内浇口由原来的两个改为一个，强化了顺序凝固，同时将浇口冒口的尺寸加大，加强了液态补缩效果。通过计算机模拟和实际生产显示，显著改善了篦条的内部质量。图3中缩孔、缩松基本消除。

图6为改进后Cr26篦条金相照片。Cr26主要组织为回火马氏体+M7C3型共晶碳化物+M23C6型二次碳化物+残余奥氏体[1]。

图6 Cr26篦条金相照片

本文在改进化学成分的同时采用了复合合金化，即为同时加入了铬和镍和与合金元素相适应的其他元素的含量。此外为了改善金相组织，采用稀土镁硅铁合金进行变质处理。

铬：铬是基础元素，它延长等温转变的孕育期，使冷却转变线右移，当提高铬含量时，有可能获得全奥氏体组织，铬在高铬铸铁中的分布主要是固溶在奥氏体和富集在铬的碳化物中，少量分布在其他类型的碳化物和夹杂物中，由于铬含量较高，形成一层致密的复杂结构的氧化膜，主要为Cr2O3,还有类似尖晶石结构的FeCr2O4相，在氧化膜中降低了FeO相的量，相对减少了Fe通过FeO相扩散，随着铬含量的增加，抗氧化性不断增强，有资料表明，在其他化学成分不变情况下，在700℃，保温480h后，Cr15的氧化速率是Cr25的2.6倍，实践证明，铬的含量越高，其耐热性、耐磨性越好，但含量过高时，一方面脆性增加，材质熔炼困难，另一方面铸造性能恶化，铬含量控制在25%～27%[2]。

碳：碳含量的提高，增加了组织中的碳化物数量，碳化物是高铬铸铁的主要耐磨相，因而提高了高铬铸铁的硬度，同时碳的另一作用是强烈强化金属基体。因此选用较高的含碳量，对高铬铸-的耐磨性非常有利，但含量过高，铸件的脆性增加，为保证高铬铸铁具有良好的冲击韧性，又保证足够的硬度，我们选用碳含量在1.6%～2.2%范围。

硅：在高铬铸铁中，硅主要固溶于基体中，在共晶碳化物周边浓度有所富集，造成铬的浓度降低，易于形成硬而脆的马氏体伴随微观裂纹，并沿界面扩展，是材料微观剥落的促成因素，但硅的提高可明显改善铸件的抗氧化性，增加合金流动性，改善铸造性能，综合考虑，硅的含量取0.8%～1.2%为宜。

锰：锰具有扩大奥氏体相区，降低马氏体开始转变温度，有资料显示，锰对高铬合金抗氧化性能会产生不利的影响，但在熔炼过程中，锰可起脱氧作用，因此，锰的含量一般取0.7%～1.0%。

硫、磷：在高铬铸铁中，硫磷都易形成金属化合物而成为夹杂物，严重降低其冲击韧性，因此，含量越低越好，P≤0.03%,S≤0.03%。

镍：镍固溶于金属基体，主要提高基体的耐热、耐蚀性，同时提高铸件的淬透性，加入量0.8%～1.2%。

稀土镁硅铁合金：通过加入0.15%～0.3%的稀土镁硅铁合金，一方面能够细化晶粒，促使碳化物呈断续网状分布，进一步强化了基体，另一方面稀土镁硅铁合金强烈的脱氧、脱硫作用，能够降低氧、硫在铁液中的含量，从而减少氧、硫夹渣的危害性。

对改进后的篦条做整个生命周期实验，原Cr18篦条使用寿命在5～9个月，改进后Cr26篦条的使用寿命在24～48个月。