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(qiáng)的親和力使其在鑄鐵及相似的高碳熔池中的回收變得復(fù)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(jìn)一步確定鈮在鑄鐵中的行為。 1實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備 根據(jù)制動盤性能以及鑄造工藝要求,，實(shí)驗(yàn)用鈮鐵純度為65%的標(biāo)準(zhǔn)鈮鐵,，鈮鐵的熔點(diǎn)范圍為1580～1630℃（固相線和液相線溫度），遠(yuǎn)高于鑄鐵,，略高于鑄鋼,。鈮與鐵不發(fā)生放熱反應(yīng)。因此,，鈮鐵在鐵水中不是熔化過程,，而是一個(gè)以界面擴(kuò)散為基礎(chǔ)的溶解過程。這個(gè)溶解過程需要一定時(shí)間,，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件,，將鈮鐵塊加工為大小為Ф5mm×30mm的圓柱型。

    實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括10kg中頻感應(yīng)電爐,，每次試驗(yàn)熔煉量為7kg,，Ф35mm×150mm砂鑄型，實(shí)驗(yàn)前砂型預(yù)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(jì)等,。 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 對鈮鐵溶解擴(kuò)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(kuò)散情況如圖3所示,，擴(kuò)散層的寬度為80～150μm,，在界面擴(kuò)散前沿存在著大量的細(xì)小石墨。 研究發(fā)現(xiàn),，在水平擴(kuò)散前沿方向上,，石墨中的碳與擴(kuò)散前沿的鈮發(fā)生作用，形成了鈮的化合物,，從而使石墨變得細(xì)小卷曲,，石墨受鈮鐵的蠶食分解情況。 在遠(yuǎn)離擴(kuò)散前沿方向上的石墨形態(tài)受到的影響不大,。 線掃描分析及顯微硬度測試結(jié)果表明,，在水平擴(kuò)散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴(kuò)散徑向方向越遠(yuǎn),，鈮含量越低,，當(dāng)鈮含量很低的時(shí)候，其對石墨組織的形態(tài)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(jié)果一致,。

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

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