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1、大型铸钢件钛微合金化的研究及应用探讨摘要:针对大型铸钢件铸造生产存在晶粒粗大的难题,进行了材质钛微合金化试验研究,并对其力学性能，金相组织,晶粒度及可探性等性能进行对比分析。试验证明材质钛微合金化细化晶粒作用比较显著，经过一次正火和回火处理基本能满足大型铸钢件的探伤要求，提高了铸件的内部质量，并可改善性能。关键词：大型铸钢件；钛微合金化；晶粒细化大型铸钢件是大型机械设备重要的基础部件。但大型铸钢件在生产过程中，因厚大部位热节集中，冷却条件较差，易出现晶粒粗大的问题，往往通过多次正火，才能达到晶粒细化和探伤要求，影响大型铸件生产进度及质量，是厚大铸钢件生产的一个难题。针对大型铸钢件铸造生产存在的
2、难题，在材质试验的基础上，选择碳钢及碳镭钢材质典型厚大铸件，进行材质钛微合金化的应用的试验研究。通过在材质中加入微量钛合金预先细化铸件铸件铸态组织的晶粒，加上适当的热处理，一次正火和回火热处理基本达到晶粒细化效果，提高了铸件的内部质量，满足厚大件的探伤要求，也改善铸件材质性能，并在厚大铸钢件生产中推广应用。1试验方案1.l试验铸件选择大型铸钢件主要以碳钢及碳锦钢为主，选择材质ZG270-500厚大铸钢件牌坊等铸件，进行钛微合金化对比试验。铸件的一般壁厚500mm,端头最大壁厚600mm,对比试验铸件基本条件如表1.铸件附铸大试样的尺寸为15OmmXl50mm250mm,钛微合金化试验件和对比件
3、各附铸16个试样进行对比试验。表1钛微合金化试验件明细试验编号试验材质一般壁厚mm最大壁厚mm备注10-04-24ZG270-500Ti500600试验件10-04-25ZG270-500500600对比件1.2微合金化材质试验方案试验材质为ZG270-500,选择FeTi30钛铁合金材料进行钛微合金化实验。确定钛微合金化的试验工艺为，在精炼钢水终脱氧后加FeTi30钛铁进行微合金化处理，试验确定的大型铸钢件钛微合金化钛的质量分数的范围为0.005%0.012%冶炼浇注钛微合金化实验件与未加合金的对比件后，按照铸态、退火、正火+回火不同热处理状态，对试验件和对比件附铸试块，进行化学成分、力学性
4、能、显微组织组织、晶粒度、气体含量等试验，分析材质钛微合金化后的性能及显微组织变化，对实验结果进行总结。2试验结果分析2.1 化学成分对比分析根据试验件的钢水重量，采用相同冶炼浇注工艺浇注试验件和对比件，其中试验件进行了钛微合金化，化学成分分析如表2.从分析看，试验件含Ti质量分数为0.010%,达到试验方案要求。表2化学成分试验分析（质量分数，%）试验编号试验材质CMnSiPSTi10-04-24ZG270-500Ti0.350.540.260.0190.0120.01010-04-25ZG270-5000.340.610.250.0210.0212.2 铸件气体含量对比试验对试验件和对比铸
5、件的气体含量9)、（三）.(N)对比分析。钛与氧和氮的化学亲合力非常强，材质钛微合金化不但细化了晶粒，而且还有脱氧、固氮剂及储氢的作用，降低了钢水的气体含量，起到净化钢水作用，提高铸件材质质量。从表3分析可看出，钛微合金化的实验件与对比件相比，氧质量分数降低16x10.4%,氮含量和氢含量也适当降低。表3铸件气体含量试验分析试验编号气体质量分数xl(4%OHN10-04-2432.50.9677.710-04-2558.11.251042.3力学性能对比分析选择材质ZG270-500加钛微合金化的试验件和对比件150mm150mm附铸大试样，进行不同热处理状态(铸态、退火、正回火)力学性能试验
6、分析，试验结果见表4.从试验分析看，钛微合金化后，冲击值平均提高15J30J,拉力性能也有一定的提高。表4力学性能对比分析试验编号TZ10-04-24TZ10-04-25热处理状态Rc1./MPaRm/MPaA/%Z/%Kv2/JRe1./MPaRm/MPaA/%Z/%Kn2/J铸态25050013.012.512,13,1922049011.519.06,6,6退火29052529.549.527,27,3025549525.036.019,17,17正何火31554028.050.554,52,4829053025.046.040.40,392.4晶粒度和显微组织分析对试验件和对比件进行不
7、同热处理状态的显微组织组织、晶粒度等试验分析。从对比分析看，试验件和对比件材质铸态及热处理后的的显微组织都为铁素体+珠光体；钛微合金化后，晶粒度能提高0.5l级，特别是铸态晶粒度能达到3级，钛微合金化细化铸态组织的作用非常明显。试验分析见表5及图1。表5晶粒度和基体组织对比分析热处理状态TZ10-04-24TZ10-04-25基体组织晶粒度基体组织晶粒度铸态铁素体+珠光体3.0级珠光体+铁素体1.5级退火铁素体+珠光体7.5,少E6.0级珠光体+铁素体7.5,部分5.0正回火珠光体+铁素体8.0级珠光体+铁素体7.5级a）试验件铸态M微组织XM）Oe）试验件正火显微组织XlOo图1不同热处理状
8、态显微组织对比2.5铸件本体厚大部位可探性对比试验D对比件铸态显微组织1d）对比件退火显微组织XlOO慈:送先招。对比件正火U微组织XloO（I钛挟含钛触/%钢水I.t如人钛铁吸收率/%1.4I2W2o.m2什用33.3715957979.MIUl2993O.(Mo.l233.37162595WI.7K1.4I2,W40.2o.H633.37I5K6050.611.H2W5(UNM“内33.37IM57579.711.4129960.003o.o533.37160NMl1.511.412997o.5901.76表2高钛钢精炼过程渣样分析结果制造命令号取样时刻成分/WrFeOSiO1AI1O,C
9、aOMgOMnOPjO1S1.4I3W到1.F2.62H.6317.3144.614.5o,2)3加钛快前1.117.4421.594,.724.(31.40551上钢前1.HH6.122.X75I.K4.K.33.077U1399I到IF1.77l.5X加44.294.310.15加钛铁前1.1H.2517.9554.033.5130518上钢前I.177.76IK.554.213.56051表3高钛钢精炼过程部分成分变化制造命令号I：组l,%s.,Al.%Ti.决加入:。kg1.JIW川I幽o.)Io.270.0411JN)2#钢包炉0.0130.019.M40.IU21ll.M44642
10、#纲包炉0.012(UMo.o35O.2IU56UW3#连铸机中包o.H22.63O.OKK1.4I3WII*.o.H2o.(U32l).2#钢包炉o.o2o.H4.21l)JN112#飒包炉o.H33IU21UJN24X72#钢包炉UI2o.1o(M3n.,)23#连铸机中包OjilIo.11H(U670.086结论影响钛微合金化稳定性的因素有：钢水氧化性、钢渣氧化性、钢水二次氧化、钢中气体含量、钛铁加入时机及氮气流量控制等；通过采取钢渣改质、采用强脱氧剂脱氧、1.F快速造白渣、降低钢中氮含量等一系列工艺改进措施，钛损平均减少0.010%,钛铁合金吸收率达到89%；钛合金吸收率提高，提高Ti0.001%可降低钛铁合金成本0.06元/吨坯，经济效益明显。参考文献1中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册:第2卷:铸钢M.北京：机械工业出版社，2002.2耿浩然，章希胜，陈俊华.铸钢M.北京：化学工业出版社，2007.3李建华，吴开明，邱金鳌.Ti微合金化对3.5Ni钢低温韧性的影响J.武汉科技大学学报，2012(3)：169-173.4刘昌明，吴立新，郑华.Ti-Nb复合高强钢强化机理的研究J.钢铁研究，2010(6)：22-24.5吴海平.锐钛微合金化对铸态中锌钢组织和性能的影响口.铸造设备与工艺，2011(06)：12-13.
