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1、稀在ZG20RE铸钢渣罐中的应用试验研究l997年第4期?43?包钢轨梁厂有三座加热炉.正常情况两座炉生产,则其年经济效益可达180余万元.生产厂的经济效益:机总厂每年生产三套滑轨.合格率可达98.而原材质Cr28的合格率仅为0左右.三套滑轨的盈利加上减少废品损失获经济效益20多万元生产厂祀用户年经济效益合计为200万元以上6结论通过生产实践和试验研究可以得出以下结论:稀土具有脱硫,减少夹杂物并改变其形态等作用.即净化和变质作用.一定量的稀土还可减轻元素的晶间偏析.稀土使ZG3Cr20RE钢的柱状晶区缩短,等轴粒细化;次枝晶臂减小.二次枝晶臂细化细化作用的机理:一是稀土夹杂可作为非自发形核的核
2、心.二是由于稀土元素的台金化(富集)作用所促成的游离晶块亦可作为非自发形核的核心.(上接第51而)即加稀土的渣罐每年可创造经济效益:796320+2989351095255元注:渣罐重量按20t/个计算.实重21.4t5结论通过对比试验和有关的检验.可得出如下结论.实际生产条件下,稀土具有显着的脱硫效果,脱硫率可达50.从而使钢液净化.稀土可显着提高ZG20钢的抗氧化性能和抗热疲劳性能.减少或消除渣罐的铸造裂纹.稀土使ZG20钢初生相形核过冷度减小或消失.说明稀土夹杂有作为非自发晶核的作用.使晶粒细化在定向凝固,排除稀土夹杂的情况下,稀土ZG3Cr20RE钢固相线温度升高结晶温度间隔减小.热裂
3、力增加.铸造应力减小,从而有利于改善铸造性能.提高流动性减少疏松和热裂倾向.加入0.4左右的ZG3Cr2ORE耐热钢具有良好的高温抗氧化性,高温韧塑性和耐磨性,可以满足1000至l100c范同内各种炉用耐热构件的使用要求.而且成本较低.经济效益显着6参考文献1ZGSCr24NiTSiNRE耐热钢的性能及其应用重庆特钢,重庆大学资料2Cr28加稀士后的抗氧化性能包钢钢研所8O年9月3耐热钢译文集鞍钢机械总厂83年6月致谢:本文曾得到陈厚桔教授级高级I程师的审阅,修改.表0感谢.稀土降低ZG20钢的胞晶稳定性.促使枝晶的游离,而且使柱状晶区缩短.等轴晶区扩大.等轴晶粒细化.稀土可使ZG20钢二次枝
4、晶臂间距减小.稀土元素使ZG20钢中的Mu,Si等元素的枝晶偏析减小.但当RE残量超过某数值后,有使杖晶偏析回升的趋势使用效果说明,在钢中加入0.20.3的稀土.可使ZG20RE铸钢渣罐寿命提高20到一倍,从而可获得显着的经济效益和社会效益参加该课题试验研完的主要有张荣柯,陈厚祜,贾fJl-,王珍等同志收稿期171022?44?包钢科技1997年第4期一J稀土在ZG20RE铸钢渣罐中的应用试验研究贾伯垠张荣柯胡汉起/,1一2L>.h机械总厂京科技大学-1c三r2/bII,摘要_车文首先通过生产条件下加与不加稀土zG20(RE)铸铜渣对比试验,检验实际生产条件下稀土.对ZG20钢垒相组织机
5、械性能,抗氧化和抗热瘴劳性瞻的影响以亚两种罅钢渣罐的使用寿命.在.此基础上,又在试验条件下用相同成分的锕料加入不同量的稀土.进一步研究稀土对铸造性能和一次凝嗣结晶组织的影响.试验结果表明.稀土对ZG20锕具有显着聪藏,净化阿液,细化晶粒,改善铸造性能,提高冲击韧性和抗氧化,抗热痘劳性能的良好作用,井使ZG2ORE诗锕谴簟使用寿命提高30到一倍,经济拽益显着.试验研究又捐示了稀土细化ZG20锕晶粒改善其铸造性髓的机理.试蛩研究辱羽懒篷作者简升贾伯根见本新.,.一张荣柯男,炼钢高级工程师,已退体.胡援起男.见本期.概述包钢生产的ZG20RE铸钢渣罐,容积15.5m.,重21.4t,呈椭圆锥形,最大
6、轮廓尺寸41422960mm,罐底壁厚90ram,罐身6570ram,其余筋和罐耳为突出部分与主壁连接形成热节(见图1).多年来,2G20RE铬钢渣罐一直采用播加稀土硅铁的方法以消除或减少铸造裂纹,提高渣罐的内在质量进而提高其使用寿命.通过实际生产条件下加与不加稀土ZG20RE铸钢渣罐的对比试验与使用寿命考察,效果良好,加入0.2到0.3稀土的铸钢渣罐其使用寿命比不加稀土渣罐提高3O到一倍现场对比试验与检验后,又先后委托包头稀土研究院,北京钢研总院,北京科技大学和内蒙古工学院等高校和科研单位进行了稀土对该钢种抗氧化,抗热疲劳性能检验和稀土对铸造性能及其一次结晶组织影响机理试验研究,取得了较为完
7、整的试验数据,对稀土在ZG20钢中的作用有了进一步认识.该项试验研究成果曾获得冶金部科技进步二等奖.图1渣罐2稀土对ZG20钢金相组织和性能的影响我们在工艺条件基本相同的条件下,在30t平炉上对比制傲了两个不加稀土的r一1_Tr1997年第4期?45?ZG20渣罐,三个ZG20RE渣罐,在包钢炼铁厂对比使用.每炉另浇注4件梅花试样,进行了金相和性能检验.2.1对比试验钢的化学成分和金相组织2.1.1化学成分对比试验钢的化学成分见表l.衰l对比钢的化学成分稀土回收率约59,RE/sl42.1.2稀土的脱硫作用我们发现,不加稀土的ZG20出钢后硫含量略有增加,而ZG20RE每炉都有50左右的脱硫率
8、.详见表2.这是因为RE元素能与硫生成稀土硫化物和稀土硫氧化物:2(RE+3<S3一RES2(RE+2(O+(S一REOS衰2稀土的脱硫效果2.1.3空相组织生产条件下基尔试样的晶粒度:ZG20钢为7级,ZG20RE为8级(见图2a,b)2.1.4夹杂物检验发现,ZG20钢加稀土后,夹杂物总量减少(见表3),且分布均匀.不加稀土时,ZG20夹杂主要为硅酸铝和硫化物;加稀土的zG20RE还发现夹杂物中有ce,Al,O,si等的复合物及稀土硫化物和硫氧化物.(a)(b)图2ZG20(a)和ZG20RE(b)钢的晶粒度?46?1997年第4期衰3加稀土与不加稀土试样夹杂物总量的比较2.2稀土对
9、ZG20钢性能的影响2.2.1机械性能表4常温机械性能试样的常温机械性能见表4.由表4看出,加稀土后,拉伸性能略有提高,但常温和低温冲击韧性提高显着.2,2.2抗氧化性能ZG20(613炉次)和ZG20RE(647炉次)铸态试样,900C对比抗氧化试验500小时,推算的年蚀率分别为7.19ram/年和6.78ram/年,即加RE后抗氧化性能约提高22.2.2.2热疲劳性能我们模仿渣罐盛热渣和翻渣后的冷热变化,分别用ZG20和ZG20RE试样加工了三个垂392Gram高,厚为2ram的空心圆锥体试样+在箱式电阻炉内加热至900,保温2小时,出炉淬水,反复试验,直至烧穿.试验结果.ZG20钢为91
10、0次,ZG20RE钢为12l4次.约提高30,我们还委托北京钢铁研究总院进行了冷热疲劳试验试佯(如图3)在BPl2型热疲劳试验机上加热至800C立即水冷至20C,返复加热冷却100次,测定试样开口处裂纹长度,检验结果见表5可以看出,稀土对ZG20钢抗热疲劳裂纹的作用非常显着.哀5热寂劳裂纹比较厂三一一蜀_拦1一一f一一一1.一_l辜lL+r11-TT厂囤3热疲劳试样|1997年第4期2.2.4稀土对铸造性能的影响由于渣罐外形尺寸较大,结构较复杂,工艺要求底注,不易实现顺序凝固,两耳之间常产生热裂纹.不加稀土的渣罐,不论炉况如何,裂纹都较严重.加稀土的渣罐裂纹大大减轻或消失.内蒙古工学院的试验结
11、果表明,裂纹减小或消失的原因是由于稀土改善了ZG20钢的铸造性能,显着提高了该钢的抗热裂力的结果(见表6).表6稀土对ZG2o钢铸造性能的形响主;浇诖温度在浇包内测量,近似控制在1550C3稀主对ZG20钢凝固过程和一次结晶组织的影响我们委托北京科技大学进行了不同稀土加入量对ZG20钢凝固过程和一次结晶组织影响的试验研究(试验方法和装置详见本期稀土在ZG3Cr20RE耐热钢中的应用研究),试验的化学成分见表7.稀土加入量分别为0.1,0.2和0.3.衰7试验钢的化学成分3.1稀土对ZG20钢凝固过程的影响不同稀土加入量对ZG20钢凝固温度(热分析曲线)及热分析曲线特征值的影响分别见图4和表8.
12、衰8稀土对热分析曲线特征位的形响一,一-1,+0,?,0.,一l_.iJ(a)未加RE(b)REL加入量0.1?48?1997年第4期(c)RE加入量0.2(d)RE加入量0.3图4RE加入量对ZG20冷却曲线的影响注:冷却曲线滞后8ram可以看出,稀土使ZG20钢的液相线和固相线温度降低,结晶间隔增大,但RE加入量小于0.2时增加较小;稀土使形核过冷度消失.使包晶反应(L+87)温度降低,包晶过冷度减小或消失从而使韧生晶粒细化.3,2稀土对ZG20钢常规凝固结晶组织的影响在常规凝固条件下,其组织为等轴晶.不同稀土加入量对zG20铜晶粒大小的影响见表9从表9可以看出,晶粒度明显细化.表9RE加
13、人t对晶粒大小的影响RE加入量(,6)等轴晶品粒尺寸(ram/个)00.10.20.33.3稀土对ZG20钢定向凝固一次结晶组织的影响3.3,1稀土元素对胞晶稳定性的影响本试验在不加稀土的条件下,ZG20钢得到了稳定的胞晶组织.见图5(a).随着稀土量的增加,胞晶的稳定性被破坏当稀土加入量为0.1时.出现了二次枝晶臂(见图6(b)当稀土加入量增加到0.2时,变成了树枝晶组织(图5(c),3.3.2稀土对ZG20钢柱状晶区长度及等轴晶粒大小的影响在同一试样中,柱状晶区和等轴晶区是互相联系,互相制约的,因此,柱状晶区的长度也说明了等轴晶区的大小.实验测得的不同稀土残留量时,柱状晶区长度和等轴晶粒大
14、小见表1o.对应曲线分别见图6和图7.可以看到,随着稀土残留量的增加,柱状晶区长度缩短,等轴晶粮被细化.一.【a)ORE1997年第4期?49?1.,I?lb-,J.,.?.:.0?,(b)0.1RE(c)0.2RE圈5稀土加入量对ZGZ0钢胞晶稳定性的影响50X衰10不同RE加人量时柱状正区长度和晶垃尺寸c荨j0I【=l=;=1-一一一一-?J2HRE圈6RE斑对ZG20钢柱状晶区长度的影响图8是稀土加入量所对应试样定向凝固等轴晶区枝晶组织的金相照片.RC硅n.图7RE残对ZG2o钢等袖晶粒大小的影响(a)0RE残.:=_二=一.,.,.:.一.!.0I,.,1;.一毒0f.一乏,-,jr,
15、1.,.,L._,.豫.譬?5O?1997年第4期rrr.-黑.1.,:*一l?:-,一三戳:r:?1一,.:(b)0.073RE残3.3.3稀土对ZG2O钢二次枝晶臂问距的影响在定向凝固条件下,稀土对ZG2O钢二次枝晶臂间距的影响见表11,对应的规律性曲线见图9.表11稀土对ZG20钢二次枝晶臂间距的彤响一一.(c)O.12%RE残(d)O.16RE残圈8不同稀土加八量对等轴晶区枝晶组织的影响iJ-j-IIJJI6Rr圉9稀土对ZG20钢二次枝晶臂问距的影响由以上图表看出,随着稀土量的增加?二次枝晶臂显着细化当稀土达一定量后,变化不明显.3.3.4稀土元素对ZG20钢枝晶偏析的影响稀土对ZG
16、20钢Mn和Si偏析的影响见表11.1.431.331141.oo1.041.03l24l29上表说明,当RE残较低时.ZG20钢中的Mn和Si的偏析降低;但RE残达0?16时,Mn,Si的偏析出现了回升,.,曩mj,:一1997年第4期4ZG20RE渣罐使用效果及经济效益4.1在包钢炼铁厂的使用效果ZG20RE渣罐,用于包钢含氟铁渣,寿命可达1000次.较不加RE的ZG20渣罐寿命提高30.对比考察使用结果见表l3.衰13对比试驻渣蠕使用考察结果由上表看出,两个不加稀土ZG20渣罐平均寿命为700次,而ZG20RE渣罐平均超过1000次.还可看出.加稀土后,渣罐使用过程中的疲劳裂纹出现较晚,
17、变形较轻.这也说明稀土可提高ZG20钢的抗热疲劳性能.4.2ZG20RE渣罐在外地的使用效果包钢机总每年生产ZG20RE渣罐上百个,除包钢自用外,还供首钢,太钢,酒钢等单位使用.每年外销3o个左右.均取得良好效果.由于外地铁渣不含氟或含氟较低,熔点高热焓低.粘度大,腐蚀性少,稀土作用得以发挥,故寿命成倍增加.4.3经济效益稀土铸钢渣罐的经济效益:包钢使用条件下,由前所述加稀土渣罐比不加能提高使用寿命30,以85年为倒:年消耗渣罐42个,实际应节约4230一13个渣罐,1321吨一273吨,公司内部售价1115元/吨.减稀土费20元/吨,即2731095298935元.b,外地使用条件下,以太钢,首钢,酒钢为例,85年共销售3o个渣罐,每个罐使用寿命可提高1倍,我们可按80计算;3080=24个罐,2421吨一504吨.公司外售价格1600元/吨,减稀土费20元/吨为l580元/吨5041580796320元(下转第43页)