增刊1 石满鹰等：15Cr2Ni3MoW钢穿孔顶头试制 79· 表115Cr2N3MoW钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of 15Cr2Ni3MoW steel C Mn Si Cr Ni Mo P 0.15~0.19 0.4-0.6 0.6-0.9 1.5-1.9 2.8-3.2 0.3-0.5 0.150.3 ≤0.025 ≤0.025 根据相关文献介绍-习，在制备顶头的过程中 根据生产经验，正火温度高于1000℃时，顶头 加入稀土和铝合金会使顶头在高温下强度及硬度有 表面将严重脱碳，硬度下降，使用寿命降低：而正火 较大提高，并对氧化膜的形成有利，由于包钢具有天 温度太低，则不利于钢的奥氏体化.因此，本试制分 然的稀土优势，因此本试制决定在材质中加入适量 别在930℃、960℃和980℃对试样正火处理 的混合稀土和铝. 120 min. 1.2冶炼工艺的确定 1.4.2确定最佳的氧化处理工艺 试制顶头的冶炼在顶头车间一吨中频炉进行 穿孔顶头氧化处理的目的是使表面生成一层均 治炼要求：(1)采用洁净的废钢和部分返回料：(2) 匀、致密、附着力强，达到要求厚度并使表面脱碳少 入炉合金加入前进行烘烤：(3)钨在氧化后期加入， 的氧化膜.氧化处理工艺根据工艺特点可分为空气 其他合金在熔化前期加入：(4)出钢温度为1600~ 中氧化法、可控气氛氧化法、无机氧化剂氧化法、热 1620℃，出钢前加入0.8kg铝线：(5)钢水包内加入 喷涂氧化法和电离氧化法等回 1.5kg铝线及0.1kg稀土丝；(6)钢水在包内镇静 由于可控气氛氧化法的成本、效率及效果上均 60~80s后浇注 明显优于其他方法，因此本试制选用可控气氛氧化 1.3铸造工艺的确定 法作为此次实验的氧化处理工艺. 根据资料介绍，15C2Ni3MoW钢锻造顶头比 2试制过程 铸造顶头使用寿命显著提高.包钢无缝厂没有锻造 条件，为保证顶头铸态组织无疏松、晶粒细化，确定 按照试制方案，在一吨中频炉上治炼三炉实验 采用金属型铸造顶头毛坯 钢，浇注b180mm机组的中158mm顶头毛坯. 1.4热处理工艺的确定 2.1实验钢化学成分 1.4.1正火工艺的确定 三炉实验钢化学成分见表2. 表2三炉实验钢化学成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of three-fumace experiment steels 钢样编号 C Si Mn Cr Ni W Mo P Re 68 0.16 0.63 0.52 1.89 2.83 0.24 0.41 0.025 0.003 0.048 0.080 108 0.16 0.65 0.54 1.77 3.06 0.20 0.30 0.021 0.002 0.058 0.073 128 0.152 0.80 0.49 1.53 2.95 0.24 0.40 0.024 0.003 0.056 0.070 2.2铸态低倍组织 的树枝晶，中心部位又为等轴晶，而鼻部试样的边部 分别从铸造毛坯的工作锥部和鼻部截取一片试 和中心部位的等轴晶区不明显，低倍组织上基本都 样，用热盐酸溶液进行酸煮观察，可看到工作锥试样 为树枝晶，同时可以看到低倍组织上没有明显的铸 的边部有一层极细的等轴晶，等轴晶向内就为明显 造缺陷，如图1所示 (a (b) 图1铸造毛坯低倍照片.(a)工作锥部：(b)鼻部 Fig.1 Macrographs of the casting blank:(a)working cone:(b)plug nose增刊 1 石满鹰等: 15Cr2Ni3MoW 钢穿孔顶头试制 表 1 15Cr2Ni3MoW 钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 15Cr2Ni3MoW steel % C Mn Si Cr Ni Mo W P S 0. 15 ～ 0. 19 0. 4 ～ 0. 6 0. 6 ～ 0. 9 1. 5 ～ 1. 9 2. 8 ～ 3. 2 0. 3 ～ 0. 5 0. 15 ～ 0. 3 ≤0. 025 ≤0. 025 根据相关文献介绍［1--2］，在制备顶头的过程中 加入稀土和铝合金会使顶头在高温下强度及硬度有 较大提高，并对氧化膜的形成有利，由于包钢具有天 然的稀土优势，因此本试制决定在材质中加入适量 的混合稀土和铝． 1. 2 冶炼工艺的确定 试制顶头的冶炼在顶头车间一吨中频炉进行． 冶炼要求: ( 1) 采用洁净的废钢和部分返回料; ( 2) 入炉合金加入前进行烘烤; ( 3) 钨在氧化后期加入， 其他合金在熔化前期加入; ( 4) 出钢温度为 1 600 ～ 1 620 ℃，出钢前加入 0. 8 kg 铝线; ( 5) 钢水包内加入 1. 5 kg 铝线及 0. 1 kg 稀土丝; ( 6) 钢水在包内镇静 60 ～ 80 s 后浇注． 1. 3 铸造工艺的确定 根据资料介绍［3］，15Cr2Ni3MoW 钢锻造顶头比 铸造顶头使用寿命显著提高． 包钢无缝厂没有锻造 条件，为保证顶头铸态组织无疏松、晶粒细化，确定 采用金属型铸造顶头毛坯． 1. 4 热处理工艺的确定 1. 4. 1 正火工艺的确定 根据生产经验，正火温度高于 1 000 ℃ 时，顶头 表面将严重脱碳，硬度下降，使用寿命降低; 而正火 温度太低，则不利于钢的奥氏体化． 因此，本试制分 别在 930 ℃、960 ℃ 和 980 ℃ 对 试 样 正 火 处 理 120 min． 1. 4. 2 确定最佳的氧化处理工艺 穿孔顶头氧化处理的目的是使表面生成一层均 匀、致密、附着力强，达到要求厚度并使表面脱碳少 的氧化膜． 氧化处理工艺根据工艺特点可分为空气 中氧化法、可控气氛氧化法、无机氧化剂氧化法、热 喷涂氧化法和电离氧化法等［4］． 由于可控气氛氧化法的成本、效率及效果上均 明显优于其他方法，因此本试制选用可控气氛氧化 法作为此次实验的氧化处理工艺． 2 试制过程 按照试制方案，在一吨中频炉上冶炼三炉实验 钢，浇注 180 mm 机组的 158 mm 顶头毛坯． 2. 1 实验钢化学成分 三炉实验钢化学成分见表 2． 表 2 三炉实验钢化学成分( 质量分数) Table 2 Chemical composition of three-furnace experiment steels % 钢样编号 C Si Mn Cr Ni W Mo P S Re Al 68 0. 16 0. 63 0. 52 1. 89 2. 83 0. 24 0. 41 0. 025 0. 003 0. 048 0. 080 108 0. 16 0. 65 0. 54 1. 77 3. 06 0. 20 0. 30 0. 021 0. 002 0. 058 0. 073 128 0. 152 0. 80 0. 49 1. 53 2. 95 0. 24 0. 40 0. 024 0. 003 0. 056 0. 070 图 1 铸造毛坯低倍照片． ( a) 工作锥部; ( b) 鼻部 Fig． 1 Macrographs of the casting blank: ( a) working cone; ( b) plug nose 2. 2 铸态低倍组织 分别从铸造毛坯的工作锥部和鼻部截取一片试 样，用热盐酸溶液进行酸煮观察，可看到工作锥试样 的边部有一层极细的等轴晶，等轴晶向内就为明显 的树枝晶，中心部位又为等轴晶，而鼻部试样的边部 和中心部位的等轴晶区不明显，低倍组织上基本都 为树枝晶，同时可以看到低倍组织上没有明显的铸 造缺陷，如图 1 所示． ·79·