更新时间：2023-08-14 21:58
中注管耐火砖成型模内衬的失效分析与选材
中注管耐火砖成型模具工作面大，在2000kN压力机上承受着耐火材料坚硬颗粒的挤压、刮削和研磨，其服役条件较恶劣。因此，要求模具工作面具有高硬度、高耐磨性、足够的强度和适当的韧性。国外有使用高合金冷作模具钢制作模具内衬，热处理后表面硬度高、耐磨性好，但脆性大，模具安装时易开裂，且成本高。国内不少耐火材料厂曾试用高铬铸铁、高碳铬钼耐磨合金以及硬质合金等制作模具内衬，但由于种种原因没有得到广泛应用。
根据模具的服役条件，要求模具内衬工作面具有高硬度、高耐磨性，同时模具整体应具有足够的强度和适当的韧性，因此所选用的稀土镁球墨铸铁的化学成分为：3.6%～3.8%C、2.0%～2.4%Si、0.5%～0.7%Mn、<0.1%P、<0.03 %S、0.03 %～0.05 %Mg、0.03 %～0.05 %RE。
所用炉料为本溪铸造生铁 (Z14、Z18、Q10、Q12)、硅铁 (含硅量为75%)、锰铁 (含Mn 量为65%)、废钢以及回炉料。采用铸造焦 ，固定碳大于80%。生铁及回炉料均预先砸成尺寸小于200mm 、重量小于10kg 的块料， 废钢切割成尺寸小于200mm， 重量小于7kg 的块料，并清除表面粘砂和铁锈。
球化剂 FeSiMg10RE9， 加入量为铁水重量的1.6%，其粒度为10～ 15mm，采用堤坝式仓底冲入法进行球化处理。孕育剂为75Si-Fe，加入量为铁水重量的0.8%，其粒度为10 ～15mm ，二次孕育加入量为铁水重量的0.2%，其粒度为3～5mm。
模具内衬毛坯在切削加工之前先进行去应力退火，即加热到500 ～550℃，保温3h后缓冷， 消除铸造内应力，防止模具机加工之后发生变形模具内衬切削加工后，须进行高温渗碳、淬火和低温回火处理。
采用固体渗碳，模具内衬与渗碳剂装入箱中，密封后于车底式加热炉中加热到950℃，保温2h进行渗碳处理。如前所述，在渗碳温度下，炉气中的碳不断渗入工件表层，同时球铁组织中 “碳库”(球状石墨)中的碳也不断溶入奥氏体中，只需950℃、2h保温就足以保证球铁内衬的表层和内层具有足够高的含碳量。
渗碳后预冷到880℃，于油中淬火，由于球铁的淬透性高，模具内衬心部也可淬硬。淬火后组织不稳定，脆性大，淬火内应力也较大，须立即进行回火，以防止模具变形开裂。回火温度为180℃、保温2.5h。经低温回火后，模具工作面仍然具有高硬度、高耐磨性，但脆性大为降低，内应力基本消除。
中注管砖成型模内衬选材分析
选用 10 钢制作中注管砖成型模具内衬， 毛坯料为供应状态下的无缝钢管。原材料需外购，价格较贵，且供应困难。选用稀土镁球铁，可采用冲天炉或中频感应炉熔炼，设备简单，加工简易，成本较低。
中注管砖模内衬经机加工后须进行高温固体渗碳，以使内衬内表面获得足够厚的渗碳层，预冷后淬火获得足够深的淬硬层 ，具有高硬度、高耐磨性的淬硬层愈深，模具的使用寿命则愈长。要达此目的，10钢制内衬须经 980℃、8h 高温渗碳，预冷到 880 ℃后冰盐水中淬火。尽管如此，内衬表层碳浓度不高，渗碳层浅，过渡区窄，淬硬层也浅，表面硬度不均匀，内层硬度低，因而模具内衬失效较早，使用寿命不长。
选用稀土镁球铁制作内衬，可避免10钢制内衬的诸多不足。球铁组织中存在着大量的球状石墨，它相当于一个天然的 “碳库”。在渗碳温度下，“碳库”中的碳可部分地溶于奥氏体中，温度越高，保温时间越长，奥氏体中的含碳量愈高。选用稀土镁球铁代替10钢(无缝钢管)制作中注管砖成型模内衬是完全可行的，且可降低成本，提高使用寿命。
中心注管钢流中加稀土的试验生产表明，钢中稀土可腐蚀中注管和汤道的粘土质耐火材料，并随稀土加入量和加入时间的增加而加，剧腐蚀产物中SiO、Al2O3逐渐减少或消失，REAIO、RE 一 Al 一 Si 一O、RE2SiO5等复合氧化物相依次出现，腐蚀层逐渐增厚。稀土与耐火材料反应对钢中夹杂物有一定影响，中注管部位出现大型外来RE 一 Al 一 Si 一O 复合夹杂，但能被汤道耐火材料及保护渣吸收。本稀土处理工艺可使钢中夹杂数量减少， 不会引起汤道结瘤。
稀土与耐火材料作用片
实验中，10号钢的稀土加入量差别较大，RF/S值分别为1.16 和3.67，且钢液浇注至帽口的全过程中一直从中注管加入1号稀土合金。上述条件有利于稀土与耐火材料的充分作用及进行分析研究。
加稀土后耐火材料腐蚀层的颜色和厚度均发生明显变化。稀土含量分析表明，同一样品对应的耐火材料腐蚀 层与铸态钢样边部的稀土含量相比，81+ RE高2至3倍；93+RE则高10倍左右。在中注管部位二者的比值高于汤道 部位，93+RE尤为明显。可见稀土在中注管和汤道耐火材料边部富集相当明显，说明稀土对耐火材料有腐蚀作用，尤其对中注管部位的耐火材料。
钢中夹杂物分析表明，稀土夹杂物主要以REAIO3、RExOy 和REO2S2 型式存在。说明钢中稀土可与 Al2O3 、MnS 等夹杂物反应，有使夹杂物变质的作用。定量分析表明，中注管加稀土处理可减少夹杂，净化钢质。在试验的加稀土工艺条件下，不会增加钢中夹杂物数量，因而对提高钢质量有益。
性质
l、 中注管加入稀土，稀土对中注管和汤道粘土质耐火材料有 一定的腐蚀作用，腐蚀产物除常见的莫来石外 ，还有REAIO3、RE2SiO5、RE一AI一Si一O等复合氧化物相。随稀土加入量增加，耐火材料腐蚀层中SiO2、Al2O3逐渐减少、消失，稀土铝酸盐和稀土硅酸盐依次出现，腐蚀层逐渐增厚，腐蚀作用加剧。
2、 中注管加入稀土，当混合稀土加入量小等于300g/t，或1号硅稀土合金加入量小等于2.0g/t，在大量工业试验 ( 近30炉 ) 的浇注过程中均未出现汤道结瘤堵塞现象。
3、 中注管加入稀土，稀土对中注管上部耐火材料作用强烈，扬道耐火材料及保护渣有吸收夹杂物作用。实验稀土加入工艺不会增加钢中夹杂物数量。