熔煉工藝對無限冷硬軋輥石墨含量及形態(tài)的影響

■孟效軻，蒲遠忠，劉紅才

熔煉工藝對無限冷硬軋輥石墨含量及形態(tài)的影響

■孟效軻，蒲遠忠，劉紅才

摘要：石墨形態(tài)及含量對無限冷硬軋輥的耐磨性及抗事故性有重大影響。從熔煉工藝的角度出發(fā)，研發(fā)了增碳工藝及孕育工藝對無限冷硬軋輥石墨含量及形態(tài)的影響。結(jié)果表明，采用增碳工藝，可有效增加石墨含量，同時可細化石墨，但石墨形態(tài)以蠕蟲狀和團絮狀居多，對軋輥性能不利。與包底孕育相比，通過包底孕育+表面二次孕育，可以使石墨含量略有增加，且有改善石墨形貌、細化石墨的作用。

1. 概述

無限冷硬鑄鐵由于具有硬度高、硬度差小及良好的抗熱裂性，且其熱處理工藝簡單，在軋輥制造中得到了廣泛的應(yīng)用。影響無限冷硬鑄鐵軋輥性能的主要因素是硬度、化學(xué)成分和組織。其中，石墨和碳化物含量對無限冷硬軋輥使用性能有很大影響。表1反映了碳化物和石墨與軋輥性能的關(guān)系。通過調(diào)整石墨和碳化物的比例來調(diào)整軋輥的性能以適用于不同的工況。

研究表明，在中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵過程中，通過增碳處理，可降低鐵液中雜質(zhì)元素含量，改善爐料的遺傳影響，從而改善石墨大小、分布和形態(tài)，細化石墨等級。同時，孕育處理過程中孕育劑的加入時間、方法、加入量、粒度和形態(tài)等工藝條件都會影響鑄件組織和石墨的形態(tài)與分布。本文嘗試采用增碳及孕育處理方法調(diào)整無限冷硬軋輥中的石墨及碳化物的形態(tài)、數(shù)量。通過試制無限冷硬軋輥，研究了增碳工藝及孕育處理方式對無限冷硬軋輥石墨含量及形態(tài)的影響。

2. 試驗方法

常規(guī)工藝中采用不增碳或少增碳方法熔煉，孕育方式為包底孕育。對比增碳處理及包底孕育+表面二次孕育方式對無限冷硬軋輥石墨含量及形態(tài)的影響，共澆注6支軋輥（編號Ⅰ～Ⅵ）。各軋輥的熔煉工藝對比見表2。

表1　石墨和碳化物數(shù)量與軋輥性能的關(guān)系

表2　不同熔煉工藝方案

表3　試驗用原材料化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）　　（%）

試驗中原材料化學(xué)成分見表3。采用10t/h中頻感應(yīng)電爐熔煉。使用石油焦類增碳劑，碳含量98.5%以上，粒度1～5mm。孕

育劑為75SiFe，粒度1～3mm。

加入增碳劑時，先在包底熔一定量鐵液，加入增碳劑后，再加入剩余金屬料，將增碳劑壓入鐵液中。應(yīng)使增碳劑與鐵液充分潤濕，避免增碳劑漂浮在鐵液表面產(chǎn)生結(jié)團燃燒，保證收得率。表4為增碳工藝與常規(guī)工藝配料組成對比。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號軋輥孕育劑通過包底沖入法加入；Ⅴ、Ⅵ號軋輥孕育處理分兩步進行，出鐵時預(yù)先在包底放置一部分孕育劑（60%），澆注前再在表面撒入剩余孕育劑。

在輥身上切環(huán)進行金相檢測，包括基體組織、石墨含量及形態(tài)，檢測輥身硬度，進行比較和分析。

3. 試驗結(jié)果分析

無限冷硬軋輥金相照片對比見圖1。組織組成均為萊氏體+回火馬氏體+下貝氏體+不規(guī)則塊條狀碳化物+石墨。與常規(guī)工藝軋輥相比，增碳劑的使用及孕育工藝的調(diào)整并不會對基體組織及碳化物形貌產(chǎn)生明顯的影響。

無限冷硬軋輥石墨形態(tài)對比見圖2。常規(guī)方案（Ⅰ、Ⅱ）以團塊狀石墨居多，石墨團較大。與常規(guī)方案相比，增碳方案（Ⅲ、Ⅳ）處理的軋輥石墨數(shù)量明顯增多，以蠕蟲狀和團絮狀居多，石墨團細小。孕育方案（Ⅴ、Ⅵ）處理軋輥的石墨數(shù)量多，石墨細小、圓整。

6支無限冷硬軋輥硬度、石墨量對比見表5。增碳及孕育方案對軋輥的硬度無影響。常規(guī)工藝軋輥石墨量1.7%～2.2%，平均1.95%，增碳方案平均為2.3%，孕育方案平均為2.15%，石墨量均略有增加。

分析認為，經(jīng)過增碳劑增碳處理后的鐵液中，生成了大量彌散分布的非均質(zhì)結(jié)晶核心，石墨晶核數(shù)量顯著增多，改善了石墨形核生長條件，從而明顯提高石墨含量。但增碳方案中石墨結(jié)晶核心為加入增碳劑后非均質(zhì)生成的，其石墨形態(tài)以團絮狀和蠕蟲狀居多。而通過包底孕育+表面二次孕育，可有效防止孕育衰退，在鐵液凝固時有效促進石墨的生成。孕育方案也在一定程度上增加了石墨含量。孕育方案和常規(guī)方案中石墨核心均為鐵液中均質(zhì)形核，以團塊狀石墨居多，且石墨更圓整。無限冷硬軋輥中均勻分布的球形石墨可以在一定程度上延緩熱裂紋的形成，減少軋輥產(chǎn)生大塊掉皮和斷輥的惡性事故發(fā)生率。因此，增碳方案產(chǎn)生的石墨形態(tài)對軋輥使用性能不利，推薦采用孕育處理調(diào)整石墨含量。

4. 結(jié)語

圖1　熔煉工藝對無限冷硬軋輥金相組織的影響（100×）

圖2　熔煉工藝對無限冷硬軋輥石墨含量的影響（100×）

表4　增碳工藝與常規(guī)工藝配料組分對比　（%）

表5　熔煉工藝對無限冷硬軋輥硬度和石墨量的影響

（1）通過增碳工藝和孕育處理，可起到調(diào)整無限冷硬軋輥石墨含量及形態(tài)的作用。

（2）采用增碳工藝，可有

效增加無限冷硬軋輥的石墨含量，同時可細化石墨，石墨數(shù)量增加顯著。石墨形態(tài)以團絮狀或蠕蟲狀居多。對基體組織和硬度則無明顯影響。

（3）與包底沖入一次孕育相比，通過包底沖入+表面孕育兩次孕育方法，可以使石墨含量略有增加，石墨形貌以團塊狀居多，且石墨更為圓整。對基體組織和硬度則無明顯影響。

（4）推薦采用孕育方案調(diào)整無限冷硬軋輥中的石墨含量。

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20150409

作者簡介：孟效軻、蒲遠忠、劉紅才，天津重型裝備工程研究有限公司