新型化学热处理连铸结晶器应
王华兵 庄秉寰
摘 ：新型化学热处理工艺已连续铸钢机结晶器实践证明化学热处理结晶器具良导热性耐磨性抗氧化性高热疲劳强度显著延长寿命降低钱实验数现场结果分析讨特性
关键词：元渗 结晶器 耐磨性 耐氧化性
Application of New Chemical Heat Treatment
in Mould in Continuous Casting
Wang Huabing
〔Shanghai Pudong Iron & Steel CoLtd〕
Zhuang Binghuan
〔East China University of Science & Technology〕
Abstract：A new technology of chemical heat treatment has been applied in mould of continuous casting machine The results show that chemically heattreated mould can obtain good heat conductivity wear resistance antioxidation and high heat fatigue strength which can prolong the service life and reduce cost These characteristics are discussed based on test data and practical results
Keywords：multielement copenetrating mould wear resistance antioxidation
前 言
结晶器连续铸钢机心脏改善结晶器材质性延长寿命降低制造钱连铸机生产力铸机质量提高起着十分重作1998年国连铸已达676 估计2000年达80 ［1］延长结晶器寿命效益观
结晶器必须具良导热性耐磨性服役温度高达350～500 ℃必须具抗氧化性高热疲劳强度提高性年结晶器外表进行镀层处理镀镍镀铬等实践证明镀层基体结合力够理想达预期指标钱较高
10年铜合金化学热处理新工艺已冶金设备广泛初轧机衬板传动万联轴节中滑块轧钢机横梁螺母轴瓦……等取满意效益［2］根底调整工艺参数铜质结晶器时具备良导热性耐磨性抗氧化性高热疲劳强度幅度延长寿命降低钱通实验生产应情况特性进行分析讨
2 实验室实验
21 导热性实验
铜合金化学热处理倍提高摩擦件寿命结晶器高温条件服役导热性否满足求
导热性坏反映试件端置恒定热源受热时端温升速率快慢点出发采图1示装置试件图2示8件中4件化学热处理4件热处理试件材料工业纯铜试件孔中熔入焊锡测量试件温度热电偶2插入中热电势UJ33a型电位差计测量
图1 导热性试验装置
1电位差计 2热电偶 3焊锡 4试样 5导热体
6坩锅炉 7精密温度控制仪 8高温绝热材料 9热电偶
图2 试件
先坩锅炉升温700 ℃恒温温度精密温度控制仪DWT—702控制温度波动幅度±05 ℃试件先高温绝热材料包裹渗层端紧贴置放导热体5开始测量UJ33a型电位差计达4 mV6 mV8 mV……1428 mV（相350 ℃）需时间减少误差采取已渗件未渗件交进行测量结果见表1实验结果充分说明化学热处理试件导热性远高未处理试件
22 热疲劳抗氧化实验
结晶器弯月面附温度达350 ℃特殊情况高结晶器承受屡次加热冷热循环程材料必须具备热疲劳性外表镀覆层化学热处理渗透层应易脱落
选镀铬铜块化学热处理具12 mm厚渗层铜块均加热350 ℃然水冷室温重复程镀铬铜块4次热循环镀层开始脱落渗层10次热循环450 ℃进行4次热循环渗层尚未脱落
400 ℃加热时铜外表已发黑渗层外表保持原颜色
3 生产试
根钢厂生产务选160 mm×220 mm矩形结晶器进行试采R6 m二机四流弧形连铸机中两流化学热处理结晶器两流未处理者钢水温度拉坯速度率冷条件均相结晶器纯铜制成化学热处理外表硬度340 Hv10渗层厚度16 mm（图3）外表粗糙度达Ra 125 μm浇铸Q215AQ235A20MnSi等钢种钢水温度拉坯速率条件化学热处理结晶器出钢坯外表温度稍低试寿命数见表2表2出化学热处理结晶器寿命原根底延长8倍结晶器拆检查外表状况未处理者弯月面部位明显凹坑处理者相部位没找凹坑
图3 渗层硬度分布
4 分析讨
41 结晶器耐磨性
结晶器磨损形态遭受着粘附磨损犁沟磨损某种条件例保护渣粘度拉坯速率者结晶器结构等素影响造成局部钢坯结晶器壁直接接触时钢坯温度高易结晶器壁粘附钢坯铜界面铜身结合强度粘附点离结晶器振动拉坯剪力作铜部发生离造成粘附磨损两种金属样粘合晶格类型关晶格类型粘附键率面心立方晶格1 体心立方晶格23稠密六方晶格12采化学热处理渗入异类原子铜外表形成复杂立方γ相粘附键率降低两种金属粘合渗入元素特性关渗入元素原子铜存种形式固溶体种固溶体温度升高时溶质原子外表偏聚结果降低钢铜粘附力选择异类原子渗入铜降低层错层错越高摩擦外表越易形成胞状结构粘附磨损产生磨屑裂纹源正胞状结构胞壁处产生扩展降低层错减少形成磨屑裂纹成核率言喻异类原子渗入提高硬度金相组织控制适硬度提高降低粘附磨损综述化学热处理结晶器抗粘附磨损力增强
表1 导热性实验数
试件分类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
升温时间
s
升温速率
mVs1
升温时间
s
升温速率
mVs1
升温时间
s
升温速率
mVs1
升温时间
s
升温速率
mVs1
未
化
学
热
处
理
4mV
372
0011
0011
6mV
525
0011
863
000695
261
0023
8mV
256
0031
1010
000792
10mV
630
0016
374
0027
1243
000805
527
0019
12mV
845
0014
582
0021
1637
000733
7965
0015
14mV
1372
00081
711
0020
2184
000641
（144mV）
1428mV
1980
00072
767
0019
000564
2551
均
00112
00236
000756
00138
化
学
热
处
理
4mV
247
0016
90
0044
6mV
356
0017
155
0039
8mV
515
00169
239
0033
509
0016
10mV
366
0027
680
0015
458
0022
12mV
721
0017
440
0027
970
0012
645
0019
14mV
1519
00092
587
0024
1066
0013
1428mV
1644
00087
635
0022
1199
0012
均
00140
00309
0014
00165
表2 结晶器生产结果
结晶器寿命
开浇调包
次数次
浇铸时间
浇铸吨位
t
浇铸钢坯
长度m
未处理
结晶器
8
42h3min
434
1 622
化学热处理
结晶器
70
339h21min
3854
14 816
结晶器壁钢坯间保护渣存熔点般1 100～1 200 ℃钢坯外表液膜形态存结晶器侧存固体颗粒颗粒果硬度高结晶器锥度外表压入容易产生犁沟磨损颗粒硬度（H粒）结晶器外表硬度（H结）相互间关系
H结＞125H粒时低磨损区
H结＜08H粒时高磨损区
H结（08～125）H粒时渡磨损区
结晶器化学热处理H结40～50 Hv10提高340 Hv10抗犁沟磨损力提高耐磨性样获增强
42 抗氧化性
铜加热350 ℃时外表出现棕色Cu2O加热400 ℃时外表产生黑色CuO氧化铜保护渣接触时氧化铜溶入渣中结晶器外表形成新氧化膜周复始易弯月部位出现凹坑结晶器寿命降原铜化学热处理结晶器外表形成层保护膜加热400 ℃外表保持原状弯月部位找出凹坑
43 结晶器冷效果
化学热处理结晶器冷效果较素种处理工艺异质原子渗入铜形成固溶体金属化合物金属键方式键合形成化合物γ相γ相溶解溶质原子γ相电子化合物电子浓度2113电子数目较导热性较次化学热处理改善切削性外表粗糙度降低效传热面积增加第三渗层结构较紧密孔隙热阻减导热性改善冷效果提高衡量结晶器热效率重
44 热疲劳性
热疲劳强度非常重指标根述试验铜镀铬层4次急冷急热循环镀层开始脱落铜化学热处理渗层14次急冷急热未剥落见渗层渗入基体热疲劳强度较原热膨胀系数关铬加热400 ℃时热膨胀系数84×106℃铜200 ℃时172×106℃500 ℃时183×106℃铜化学热处理γ相膨胀系数德制HTV型精密膨胀仪测定400 ℃时1481×106℃γ相基体间固溶体相存热应力松弛渗层热循环程中易基体离结晶器寿命获延长
5 结 语
（1）铜质结晶器化学热处理提高耐磨性抗氧化性渗层基体结合牢固承受屡次热循环剥落渗层铜质结晶器导热性没良影响相反提高结晶器冷效果
（2）铜质结晶器化学热处理仅改善性提高寿命降低消耗减少事等等值推广应种技术开展
作者简介：联系：王华兵助理工程师海（200126）海浦东钢铁集团公司转炉炼钢厂技质科
作者单位：王华兵〔海浦东钢铁集团〕
庄秉寰〔华东理工学〕
参考文献：
［1］殷瑞钰等中国加快开展连铸途径钢铁1998（3）72～76
［2］庄秉寰等铜合金化学热处理中国八五〞科学技术成果选北京科学出版社1996（2）176
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王华兵 庄秉寰
摘 ：新型化学热处理工艺已连续铸钢机结晶器实践证明化学热处理结晶器具良导热性耐磨性抗氧化性高热疲劳强度显著延长寿命降低钱实验数现场结果分析讨特性
关键词：元渗 结晶器 耐磨性 耐氧化性
Application of New Chemical Heat Treatment
in Mould in Continuous Casting
Wang Huabing
〔Shanghai Pudong Iron & Steel CoLtd〕
Zhuang Binghuan
〔East China University of Science & Technology〕
Abstract：A new technology of chemical heat treatment has been applied in mould of continuous casting machine The results show that chemically heattreated mould can obtain good heat conductivity wear resistance antioxidation and high heat fatigue strength which can prolong the service life and reduce cost These characteristics are discussed based on test data and practical results
Keywords：multielement copenetrating mould wear resistance antioxidation
前 言
结晶器连续铸钢机心脏改善结晶器材质性延长寿命降低制造钱连铸机生产力铸机质量提高起着十分重作1998年国连铸已达676 估计2000年达80 ［1］延长结晶器寿命效益观
结晶器必须具良导热性耐磨性服役温度高达350～500 ℃必须具抗氧化性高热疲劳强度提高性年结晶器外表进行镀层处理镀镍镀铬等实践证明镀层基体结合力够理想达预期指标钱较高
10年铜合金化学热处理新工艺已冶金设备广泛初轧机衬板传动万联轴节中滑块轧钢机横梁螺母轴瓦……等取满意效益［2］根底调整工艺参数铜质结晶器时具备良导热性耐磨性抗氧化性高热疲劳强度幅度延长寿命降低钱通实验生产应情况特性进行分析讨
2 实验室实验
21 导热性实验
铜合金化学热处理倍提高摩擦件寿命结晶器高温条件服役导热性否满足求
导热性坏反映试件端置恒定热源受热时端温升速率快慢点出发采图1示装置试件图2示8件中4件化学热处理4件热处理试件材料工业纯铜试件孔中熔入焊锡测量试件温度热电偶2插入中热电势UJ33a型电位差计测量
图1 导热性试验装置
1电位差计 2热电偶 3焊锡 4试样 5导热体
6坩锅炉 7精密温度控制仪 8高温绝热材料 9热电偶
图2 试件
先坩锅炉升温700 ℃恒温温度精密温度控制仪DWT—702控制温度波动幅度±05 ℃试件先高温绝热材料包裹渗层端紧贴置放导热体5开始测量UJ33a型电位差计达4 mV6 mV8 mV……1428 mV（相350 ℃）需时间减少误差采取已渗件未渗件交进行测量结果见表1实验结果充分说明化学热处理试件导热性远高未处理试件
22 热疲劳抗氧化实验
结晶器弯月面附温度达350 ℃特殊情况高结晶器承受屡次加热冷热循环程材料必须具备热疲劳性外表镀覆层化学热处理渗透层应易脱落
选镀铬铜块化学热处理具12 mm厚渗层铜块均加热350 ℃然水冷室温重复程镀铬铜块4次热循环镀层开始脱落渗层10次热循环450 ℃进行4次热循环渗层尚未脱落
400 ℃加热时铜外表已发黑渗层外表保持原颜色
3 生产试
根钢厂生产务选160 mm×220 mm矩形结晶器进行试采R6 m二机四流弧形连铸机中两流化学热处理结晶器两流未处理者钢水温度拉坯速度率冷条件均相结晶器纯铜制成化学热处理外表硬度340 Hv10渗层厚度16 mm（图3）外表粗糙度达Ra 125 μm浇铸Q215AQ235A20MnSi等钢种钢水温度拉坯速率条件化学热处理结晶器出钢坯外表温度稍低试寿命数见表2表2出化学热处理结晶器寿命原根底延长8倍结晶器拆检查外表状况未处理者弯月面部位明显凹坑处理者相部位没找凹坑
图3 渗层硬度分布
4 分析讨
41 结晶器耐磨性
结晶器磨损形态遭受着粘附磨损犁沟磨损某种条件例保护渣粘度拉坯速率者结晶器结构等素影响造成局部钢坯结晶器壁直接接触时钢坯温度高易结晶器壁粘附钢坯铜界面铜身结合强度粘附点离结晶器振动拉坯剪力作铜部发生离造成粘附磨损两种金属样粘合晶格类型关晶格类型粘附键率面心立方晶格1 体心立方晶格23稠密六方晶格12采化学热处理渗入异类原子铜外表形成复杂立方γ相粘附键率降低两种金属粘合渗入元素特性关渗入元素原子铜存种形式固溶体种固溶体温度升高时溶质原子外表偏聚结果降低钢铜粘附力选择异类原子渗入铜降低层错层错越高摩擦外表越易形成胞状结构粘附磨损产生磨屑裂纹源正胞状结构胞壁处产生扩展降低层错减少形成磨屑裂纹成核率言喻异类原子渗入提高硬度金相组织控制适硬度提高降低粘附磨损综述化学热处理结晶器抗粘附磨损力增强
表1 导热性实验数
试件分类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
升温时间
s
升温速率
mVs1
升温时间
s
升温速率
mVs1
升温时间
s
升温速率
mVs1
升温时间
s
升温速率
mVs1
未
化
学
热
处
理
4mV
372
0011
0011
6mV
525
0011
863
000695
261
0023
8mV
256
0031
1010
000792
10mV
630
0016
374
0027
1243
000805
527
0019
12mV
845
0014
582
0021
1637
000733
7965
0015
14mV
1372
00081
711
0020
2184
000641
（144mV）
1428mV
1980
00072
767
0019
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2551
均
00112
00236
000756
00138
化
学
热
处
理
4mV
247
0016
90
0044
6mV
356
0017
155
0039
8mV
515
00169
239
0033
509
0016
10mV
366
0027
680
0015
458
0022
12mV
721
0017
440
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0012
645
0019
14mV
1519
00092
587
0024
1066
0013
1428mV
1644
00087
635
0022
1199
0012
均
00140
00309
0014
00165
表2 结晶器生产结果
结晶器寿命
开浇调包
次数次
浇铸时间
浇铸吨位
t
浇铸钢坯
长度m
未处理
结晶器
8
42h3min
434
1 622
化学热处理
结晶器
70
339h21min
3854
14 816
结晶器壁钢坯间保护渣存熔点般1 100～1 200 ℃钢坯外表液膜形态存结晶器侧存固体颗粒颗粒果硬度高结晶器锥度外表压入容易产生犁沟磨损颗粒硬度（H粒）结晶器外表硬度（H结）相互间关系
H结＞125H粒时低磨损区
H结＜08H粒时高磨损区
H结（08～125）H粒时渡磨损区
结晶器化学热处理H结40～50 Hv10提高340 Hv10抗犁沟磨损力提高耐磨性样获增强
42 抗氧化性
铜加热350 ℃时外表出现棕色Cu2O加热400 ℃时外表产生黑色CuO氧化铜保护渣接触时氧化铜溶入渣中结晶器外表形成新氧化膜周复始易弯月部位出现凹坑结晶器寿命降原铜化学热处理结晶器外表形成层保护膜加热400 ℃外表保持原状弯月部位找出凹坑
43 结晶器冷效果
化学热处理结晶器冷效果较素种处理工艺异质原子渗入铜形成固溶体金属化合物金属键方式键合形成化合物γ相γ相溶解溶质原子γ相电子化合物电子浓度2113电子数目较导热性较次化学热处理改善切削性外表粗糙度降低效传热面积增加第三渗层结构较紧密孔隙热阻减导热性改善冷效果提高衡量结晶器热效率重
44 热疲劳性
热疲劳强度非常重指标根述试验铜镀铬层4次急冷急热循环镀层开始脱落铜化学热处理渗层14次急冷急热未剥落见渗层渗入基体热疲劳强度较原热膨胀系数关铬加热400 ℃时热膨胀系数84×106℃铜200 ℃时172×106℃500 ℃时183×106℃铜化学热处理γ相膨胀系数德制HTV型精密膨胀仪测定400 ℃时1481×106℃γ相基体间固溶体相存热应力松弛渗层热循环程中易基体离结晶器寿命获延长
5 结 语
（1）铜质结晶器化学热处理提高耐磨性抗氧化性渗层基体结合牢固承受屡次热循环剥落渗层铜质结晶器导热性没良影响相反提高结晶器冷效果
（2）铜质结晶器化学热处理仅改善性提高寿命降低消耗减少事等等值推广应种技术开展
作者简介：联系：王华兵助理工程师海（200126）海浦东钢铁集团公司转炉炼钢厂技质科
作者单位：王华兵〔海浦东钢铁集团〕
庄秉寰〔华东理工学〕
参考文献：
［1］殷瑞钰等中国加快开展连铸途径钢铁1998（3）72～76
［2］庄秉寰等铜合金化学热处理中国八五〞科学技术成果选北京科学出版社1996（2）176
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