新型化學(xué)熱處理在連鑄結(jié)晶器上的應(yīng)用王華兵莊秉寰摘要新型化學(xué)熱處理工藝已用于連續(xù)鑄鋼機(jī)的結(jié)晶器。實(shí)踐證明,經(jīng)化學(xué)熱處理的結(jié)晶器具有良好的導(dǎo)熱性,耐磨性,抗氧化性和高的熱疲勞強(qiáng)度,顯著延長使用壽命，降低成本。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場使用結(jié)果,分析討論這些特性。關(guān)鍵詞多元共滲結(jié)晶器耐磨性耐氧化性APPLICATIONOFNEWCHEMICALHEATTREATMENTINMOULDINCONTINUOUSCASTINGWANGHUABING（SHANGHAIPUDONGIRON而經(jīng)處理者,在相同部位沒有找到凹坑。圖3滲層硬度分布4分析與討論41結(jié)晶器的耐磨性從結(jié)晶器的磨損形態(tài)看,它主要遭受著粘附磨損和犁溝磨損。在某種條件下,例如當(dāng)保護(hù)渣的粘度和拉坯速率不當(dāng),或者結(jié)晶器結(jié)構(gòu)等因素影響下,造成部分鋼坯和結(jié)晶器壁直接接觸,這時鋼坯溫度高很易和結(jié)晶器壁粘附,由于鋼坯和銅的界面能大于銅的自身結(jié)合強(qiáng)度,要使粘附點(diǎn)分離,在結(jié)晶器振動和拉坯剪力作用下,使銅內(nèi)部發(fā)生分離,于是造成了粘附磨損。兩種金屬這樣的粘合,和晶格類型有關(guān)。不同晶格類型粘附鍵的幾率不同,面心立方晶格為1,體心立方晶格為2/3,稠密六方晶格為1/2。采用化學(xué)熱處理滲入異類原子,在銅表面形成復(fù)雜立方的相,使粘附鍵的幾率降低兩種金屬的粘合,還和滲入元素的特性有關(guān),所滲入元素的原子在銅內(nèi)存在另一種形式是固溶體,這種固溶體當(dāng)溫度升高時,溶質(zhì)原子向表面偏聚,其結(jié)果可降低鋼和銅的粘附力。選擇異類原子滲入銅內(nèi),還可以降低層錯能。層錯能越高,摩擦表面越易形成胞狀結(jié)構(gòu),而粘附磨損產(chǎn)生磨屑的裂紋源正是在胞狀結(jié)構(gòu)的胞壁處產(chǎn)生并擴(kuò)展,因此降低層錯能,就能減少形成磨屑裂紋成核的幾率。不言而喻,異類原子的滲入,也提高了硬度,只要金相組織控制適當(dāng),硬度的提高,可以降低粘附磨損。綜上所述,所以經(jīng)化學(xué)熱處理的結(jié)晶器抗粘附磨損的能力大大增強(qiáng)。表1導(dǎo)熱性對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)試件分類升溫時間/S升溫速率/MVS1升溫時間/S升溫速率/MVS1升溫時間/S升溫速率/MVS1升溫時間/S升溫速率/MVS14MV372001100116MV525001186300069526100238MV2560031101000079210MV630001637400271243000805527001912MV8450014582002116370007337965001514MV13720008171100202184000641144MV1428MV19800007276700190005642551未經(jīng)化學(xué)熱處理平均0011200236000756001384MV24700169000446MV356001715500398MV515001692390033509001610MV36600276800015458002212MV721001744000279700012645001914MV1519000925870024106600131428MV164400087635002211990012經(jīng)化學(xué)熱處理平均0014000309001400165表2結(jié)晶器生產(chǎn)使用結(jié)果對比結(jié)晶器壽命開澆調(diào)包澆鑄時間澆鑄噸位澆鑄鋼坯次數(shù)/次/T長度/M未經(jīng)處理的結(jié)晶器842H3MIN4341622經(jīng)化學(xué)熱處理的結(jié)晶器70339H21MIN385414816結(jié)晶器內(nèi)壁和鋼坯之間,有保護(hù)渣存在,其熔點(diǎn)一般在11001200,在鋼坯表面以液膜形態(tài)存在,但結(jié)晶器一側(cè)可能存在固體顆粒,這些顆粒如果硬度高,可向結(jié)晶器錐度表面壓入,很容易產(chǎn)生犁溝磨損。顆粒硬度H粒和結(jié)晶器表面硬度H結(jié)相互間有如下關(guān)系H結(jié)125H粒時為低磨損區(qū)H結(jié)08H粒時為高磨損區(qū)H結(jié)08125H粒時為過渡磨損區(qū)結(jié)晶器經(jīng)化學(xué)熱處理后,H結(jié)從4050HV10提高到340HV10,抗犁溝磨損能力大大提高。耐磨性同樣由此而獲得增強(qiáng)。42抗氧化性銅加熱到350時表面即出現(xiàn)棕色的CU2O,再加熱到400時,表面產(chǎn)生黑色的CUO。當(dāng)氧化銅和保護(hù)渣接觸時,氧化銅被溶入渣中,結(jié)晶器表面又形成新的氧化膜,周而復(fù)始,就易在彎月部位出現(xiàn)凹坑。這是結(jié)晶器使用壽命下降的主要原因之一。銅經(jīng)化學(xué)熱處理后,結(jié)晶器表面形成一層保護(hù)膜,加熱到400后,表面仍保持原狀,所以在彎月部位找不出凹坑。43結(jié)晶器的冷卻效果化學(xué)熱處理后結(jié)晶器的冷卻效果所以較好,有下列因素。這種處理工藝將異質(zhì)原子滲入銅內(nèi),形成固溶體和金屬化合物,它們?nèi)砸越饘冁I方式鍵合。所形成的化合物為相,相內(nèi)還可溶解溶質(zhì)原子。相為電子化合物,電子濃度為21/13,自由電子數(shù)目較多,導(dǎo)熱性所以較好其次,由于化學(xué)熱處理改善了切削性能,表面粗糙度大大降低,有效傳熱面積增加第三,滲層的結(jié)構(gòu)較緊密,無孔隙,熱阻減小,導(dǎo)熱性的改善使冷卻效果提高。這是衡量結(jié)晶器熱效率的重要依據(jù)。44熱疲勞性熱疲勞強(qiáng)度是非常重要的指標(biāo)之。根據(jù)上述的對比試驗(yàn),銅上的鍍鉻層,經(jīng)4次急冷急熱的循環(huán),鍍層開始脫落。銅上的化學(xué)熱處理滲層經(jīng)14次急冷急熱,仍未剝落,可見滲層滲入基體后的熱疲勞強(qiáng)度是較好的。其原因可能和熱膨脹系數(shù)有關(guān)。鉻加熱到400時的熱膨脹系數(shù)為84106/,銅在200時為172106/,500時為183106/。銅經(jīng)化學(xué)熱處理所得相的膨脹系數(shù),用德制HTV型精密膨脹儀測定,在400時為1481106/。在相與基體之間,還有固溶體相存在,它能使熱應(yīng)力松弛。所以滲層在熱循環(huán)過程中,不易與基體分離,使結(jié)晶器的壽命獲得了延長。5結(jié)語1銅質(zhì)結(jié)晶器經(jīng)化學(xué)熱處理后可提高耐磨性和抗氧化性,滲層和基體結(jié)合牢固,能承受多次熱循環(huán)而不剝落,滲層對銅質(zhì)結(jié)晶器的導(dǎo)熱性沒有不良影響,相反還能提高結(jié)晶器的冷卻效果。2銅質(zhì)結(jié)晶器經(jīng)化學(xué)熱處理后不僅能改善其性能,提高使用壽命,降低消耗,減少事故等等,是值得推廣和應(yīng)用的一種技術(shù)發(fā)展。作者簡介聯(lián)系人王華兵,助理工程師,上海200126上海浦