鋼管

    20號石油裂化管中鈮鐵的溶解分析

    20號石油裂化管與碳極強的親和力使其在鑄鐵及相似的高碳熔池中的回收變得復雜化。在鐵合金或熔煉界面快速形成一層鈮的碳化物，其溶解情況決定了鈮在熔池中的回收率。通過對鈮鐵溶解過程的研究，進一步確定鈮在鑄鐵中的行為。 1實驗材料及設備 根據制動盤性能以及鑄造工藝要求，實驗用鈮鐵純度為65%的標準鈮鐵，鈮鐵的熔點范圍為1580～1630℃（固相線和液相線溫度），遠高于鑄鐵，略高于鑄鋼。鈮與鐵不發生放熱反應。因此，鈮鐵在鐵水中不是熔化過程，而是一個以界面擴散為基礎的溶解過程。這個溶解過程需要一定時間，根據實驗條件，將鈮鐵塊加工為大小為Ф5mm×30mm的圓柱型。

    實驗設備包括10kg中頻感應電爐，每次試驗熔煉量為7kg，Ф35mm×150mm砂鑄型，實驗前砂型預熱到200℃，鐵水過熱到1500℃澆注。分析儀器包括4XB金相顯微鏡、掃描電鏡、MCO120-MHV-2000型顯微硬度計等。 2實驗結果及分析 對鈮鐵溶解擴散的研究分為水平方向和垂直方向。在鑄鐵熔液中水平方向上的溶解擴散情況如圖3所示，擴散層的寬度為80～150μm，在界面擴散前沿存在著大量的細小石墨。 研究發現，在水平擴散前沿方向上，石墨中的碳與擴散前沿的鈮發生作用，形成了鈮的化合物，從而使石墨變得細小卷曲，石墨受鈮鐵的蠶食分解情況。 在遠離擴散前沿方向上的石墨形態受到的影響不大。 線掃描分析及顯微硬度測試結果表明，在水平擴散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴散徑向方向越遠，鈮含量越低，當鈮含量很低的時候，其對石墨組織的形態影響不大，這與前人及本課題組之前所做單鈮成分研究的結果一致。

   對比研究表明，鈮鐵在垂直方向上的溶解擴散情況與在水平方向上相似。在垂直擴散方向上，由于擴散溫度條件較水平擴散情況要高，擴散層的寬度也相對寬些，約為200～300μm，在界面擴散前沿同樣存在著一定數量的細小石墨。

   在遠離擴散前沿方向上的石墨形態受到的影響不大。線分析及顯微硬度測試結果表明，在垂直擴散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴散徑向方向越遠，鈮含量越低，當鈮含量很低的時候，其對石墨組織的形態影響不大，這與水平擴散情況一致。 無論是水平擴散還是垂直擴散，研究結果均表明，鈮對珠光體基體組織的影響在于使組織細化，但對珠光體量基本沒有影響，靠近擴散前沿方向上的珠光體基體組織，遠離擴散前沿方向上的珠光體基體組織。在擴散前沿，由于鈮含量較高，珠光體基體明顯得到了細化，片層間距得到了縮短。此研究結果與前人及本課題組所做單鈮成分研究的結果一致。 3結論 1)鈮鐵在鐵水中不是熔化過程，而是一個以界面擴散為基礎的溶解過程。在擴散前沿上，鈮與石墨中的碳相互作用，使得石墨形態變得細小卷曲，在遠離擴散方向上，由于鈮含量較低，石墨形態受到的影響不大。 2)在垂直方向上，由于擴散溫度較水平方向上高，其擴散層的寬度也較大，即垂直方向上更有利于鈮鐵的溶解擴散。 3)研究表明，鈮對珠光體基體的影響在于使其細化，從而提高了材料的強度。