钢铁组织均质技术项目介绍
钢铁是含一种或多种合金元素的铁碳合金总称。钢铁的各种性能取决于其基体组织和第二相的形态和分布。许多元素诸如硫、磷、氧、氮、锡、铅、钛等含量极微的元素（原则上为杂质元素）的存在，导致钢铁组织中晶粒边界的富集(偏析)效应，不同程度的晶界偏析，组织均匀性差严重影响钢铁在各种服役下的使用性能。由于组织不均匀导致零件过早失效的情况屡见不鲜。提高钢铁组织的均匀性，一直是困扰材料工作者们的难题之一；尤其是我国原材料杂质含量相对于工业发达国家偏高，因此，提高组织均匀性进而提高材料服役寿命的技术使命更为艰巨。经过多年的应用推广和深入研究，我们成功将活泼碱性金属元素引入钢铁材料，研制出应用于不同领域的系列钢铁组织均质剂产品,这一具有世界首创性的技术，拓宽了钢铁研究领域的思路，相继带动了相关研究学科研究和一些高技术含量新产品的开发，获得巨大的社会效益和可观的经济效益。钢铁组织均质剂技术的开发成功，将对钢铁技术领域带来革命性的影响，为增加同类钢铁材料的机械性能，尤其是改善组织的均匀性进而提高材质性能，延长钢铁在各种服役条件下的使用寿命，开创了提高钢铁耐磨、耐热、耐腐蚀的新途径。
钢铁抗磨材料中由于有很硬的碳化物存在所以很耐磨，但由于碳化物呈网状分布，割裂了基体，因而又很脆。因此这种材料不能应用在负荷较高的工况下的耐磨零件，如齿板、锤头等，目前国内外用不耐磨的高锰钢，大大影响生产效率并且浪费金属材料。
采用本发明的均质剂加入合金白口铁，可使碳化物发生团球化，还可使中硅、中锰球铁等组织细化并提高性能。由于基体晶粒细化，可防止某些元素在晶界时偏析，因而韧性成倍提高，合金白口铁经热处理后，硬度HRC60-67，aK(10′10)可达1-2公斤-米/厘米2，从而可以代替高锰钢而大大提高寿命，显示出很大的经济效益和推广价值。
碳化物团球化及其均质剂是本发明的主要技术，在钢铁中，随着含碳量的上升，耐磨性不断提高，而韧性则急剧下降，这是因为出现了碳化物的缘故。法国F.Maratray指出:“含有少量碳化物的钢，其韧性本来就低，而对于过共析钢和白口铁，它的韧性还要更低，因为白口铁的共晶转变，渗碳体的尖端连在一体，成为连续状（网状）”。由此可见，钢铁中随着含碳量的增加，组织中碳化物愈来愈多，这种碳化物成为连续网状，破坏了金属基体的连续性，因而使材料变脆。应该指出含碳化合物的钢铁材料，其晶粒粗大并且晶界易于析出不纯物。是这种材料脆化的又一原因。
要提高白口铁的韧性,必须能使碳化物团球化并且基体金属晶粒细化并且减少晶界不纯物的析出，二者缺一不可。迄今各国的研究，都是因为只解决了前者而未解决后者因而未能成功。英人Ｈ．Ｍｏｒｒｏｇｈ在白口铁中加入１％磷，碳化物是团球化了，但性能更脆。德国Ｄ．Ｅ，Ｄｉｅｓｂｅｒｇ将含铬１５％，含硅２％的白口铁在１１８０℃长期保温，碳化物虽然团球化了，但在如此高的温度下，晶粒粗化，因而其断裂韧性Ｋ１Ｃ，个别有所提高，但不超过１０％，大多数却反而下降。日本专利特开昭４８－６９７８与特开昭４９－１０６４２５，用硅、硼孕育白口铁，实践证明它不能提高白口铁的韧性，在工业也为未得到应用，德国专利Ａｕｓｌｅｇｅｓｓｃｈｒｉｆｔ１５０８２２ｃ是用硼，铈或镁孕育白口铸铁，得到的是仍属网状分布的板块状碳化物，当然白口铁的性能也明显的提高。
白口铁锻造倒确实是可以提高性能，因为此时不仅碳化物孤立以至团块化，基体金属在锻造过程也细化了。但这种工艺只限于简单零件，而且锻造过程工件不能受拉伸应力而只能受压缩应力，否则要裂，并且锻造工艺过程复杂，成本高，不易推广。
本发明采用一种可加入钢铁液体的钾／钠均质剂来进行变质处理，使碳化物团球化，从而解决了长期以来未能解决的合金白口铁中碳化物在铸态下团球化并且晶粒细化的问题，大幅度地提高了合金白口铁的机械性能，铁别是韧性，冲击韧性可达１－２公斤－米／厘米2，硬度达ＨＲＣ６０－６７，合金含量大于８％时碳化物铸态即可团球化，合金含量低时通过热处理碳化物也能团球化。实现了冶金学上长期为之奋斗的一个目标。
本发明是在含有铬、锰、钼、钨、钒等合金元素的一种或几种的白口铁（或莱氏体钢）中，加入0.3－1.0％的含钾或含钠的可加入于钢铁液体的均质剂，是碳化物发生团球化，同时基体金属晶粒细化，再经热处理是基体变为马氏体（或其它所希望的基体），此时碳化物形态进一步改善，从而可达到高硬度（ＨＲＣ６０－６７）高韧性的球化白口铁。本发明包含二个主要内容：一是本发明找到了使合金碳化物发生团球化的变质元素是钾或者钠；一是本发明制成了可以加入钢铁液体的钾／钠均质剂。
白口铁一般要求得到马氏体基体，因此一般均要进行热处理，一般的热处理规范为：
950~1000℃保温4~6小时，降至860~900℃保温0.5~1小时，淬火，然后在200~300℃回火1-3小时。
按上述工艺制成的球化白口铁，其性能如下：
HRC60~67，σw100~110公斤/毫米2
ak（10′10）1~2（kg-m/cm2）公斤－米／厘米2
实例：
(1)３６５Ａ清理室抛丸叶片，重1.2公斤，因抛丸丸粒３－５毫米，故叶片容易脆断，曾采用高锰钢，但寿命太低（不超过２０小时）今改用球化白口铁制造。配方：Ｃ：3.5％，Ｃｒ：８％，Ｍｎ：0.6％，Ｐ．Ｓ￡0.05％，在感应炉内熔化，升温至１４００℃出炉加入均质剂１％，浇入带有冷铁的铸型中，铸件清理后，在１０００℃保温４小时，降至８６０℃保温0.5小时盐淬（盐浴温度２００℃），然后在２００℃回火２小时。
如此制成的叶片其金相组织见图（Ａ），与之对比的未加均质剂的金相组织见图（Ｂ），有图可见，加入均质剂的碳化物团球化了而且组织也大了：细化了，故其性能大为提高，不仅使用过程无碎裂，并且其寿命达到１６０小时，超过了高铬铸铁叶片的寿命。
发明的作用意义
１．钢铁抗磨材料组织中碳化物团球化是冶金学上长期的追求目标之一，它是提高含碳化物的钢铁材料的韧性的，一项具有革命意义的新技术。从来钢铁材料硬了就脆，韧性好就软，不耐磨。因此本发明的技术牵涉到我国年产量以千吨计的合金白口铁及莱氏体钢的性能问题，具有重大的经济价值。碳化物团球化也给冶金学的理论研究开辟了广阔的前景。
２．能够将“钾”、“钠”元素引入钢铁，其意义甚至比碳化物团球化更为重大。本发明的钾／钠均质剂可以加入钢铁，使钢铁中增加了一个新的元素，势必引起钢铁性能及其理论研究的一系列变化。现已证明：除碳化物团球化之外，钾／钠尚有细化球墨铸铁的石墨球，提高中锰、中硅球铁的韧性，灰口铸铁的导热性，耐磨性，也能改善上述各种材料的加工性与焊接性等。可以预计，将来钾／钠在钢铁中的应用，其意义不亚于稀土元素，甚至更大。
目前，已有七个钢铁均质剂(HGJZ-X)，分别用于：高级灰铸铁、白口铁、可锻铸铁、碳钢、低合金钢、高合金工具模具钢、高锰钢和低碳当量球铁蠕铁。
1#均质剂(HGJZ-1)适用于各类灰铁铸造企业。用于生产高级灰铸铁：HT250，HT300，HT350。加入量为铁水重量0.15-0.25%。条件：用冲天炉熔化，废钢加入量可达50-70%，经均质剂处理后灰铸铁组织均匀，无白口，稳定达到性能指标,加工性能比同类产品提高35%。生产成本基本不变，而性能价格比提高20%以上。尤其稳定生产HT300，HT350高级灰铸铁，实际生产应用中意义重大。目前铸造生铁十分紧张，多数铸造厂只能购买小型铁厂产的杂牌铁用来制造各种牌号的灰铸铁，造成废品率高和牌号达不到，均质技术解决了以上难题，而且提高了灰铸铁的机加工性能。
2#均质剂(HGJZ-2)技术用于冶金行业、起重机械、矿山等领域抗磨易损件制造。技术的关键在于解决两种材料液态复合的界面结合问题（冶金材料领域内技术难题），在保证零件高耐磨前提下，提高耐磨抗磨件的韧性，从而大幅度提高零件耐磨抗磨损均匀性，达到延长零件使用寿命的目的。起重机械用耐磨车轮组：其中的车轮片耐磨使用寿命提高是采用2#均质剂(HG-2)技术，将高合金高硬度高耐磨材料与高韧性高强度材料进行液态复合，对其进行特殊热处理，车轮片外缘硬度高达HRC61-63，内缘硬度HB﹤300，内缘抗拉强度﹥550MPa、延伸率﹥20%，车轮片的制造成本为55号钢的2.56倍，使用寿命是55号钢的5—8倍。冶金行业、矿山等领域破碎机械用抗磨易损件主要有：磨球、衬板、颚板、板锤、各种类型的锤头等.其中颚板及锤头均采用液态复合技术，颚板为高合金钢与中碳钢复合，锤头为硬质合金增强特种高铬铸铁或硬质合金和高强度高韧性低合金钢复合，制造成本为国内同种产品的2.2倍，使用寿命提高5倍以上。其他单金属材料零件采用液态金属高温熔体均质处理配合一定热处理工艺，零件的使用寿命与国内同类产品相比提高2倍以上，生产成本提高15-26%。
2#-1均质剂(HGJZ-2-1)技术用于开发腐蚀磨损和高温状态下耐热、耐蚀抗磨零件.此类零件有：轧钢用各种中小规格开胚辊、中轧辊、精轧辊、导卫板、高线轧机用辊环；烧结机用炉蓖条和台车；干熄焦用焦罐衬板；锅炉用各种规格耐热炉条;提高零件耐均匀腐蚀磨损的能力。主要应用在金属矿山，钢铁冶金，火力发电及核力发电行业，生产成本增加10-18%，性能价格比提高25-75%，而且一些新材料应用证明，技术水品达到了世界发达国家的技术水平，生产成本只是世界发达国家同类产品的50-78%。其中复合精轧辊使用寿命为国内同类产品的189%，销售价格只提高28%；烧结机用炉蓖条已出口日本及美国；干熄焦用焦罐衬板早在1987年就替代了日本进口,上海宝山钢铁厂常年使用。
3#均质剂(HGJZ-3)用于缩短可锻铸铁第一阶段的退火时间，减低退火温度，实现节约能源消耗降低生产成本，提高效益.加入量0.15-0.25%。每吨铸件可增加利润150元以上(以不计算提高生产效率、煤价格500元/吨为前提)，主要针对玛钢出口企业。
4#均质剂(HG-4)是针对高难度高附加值的工具模具钢开发的，均质剂的作用：(1)提高硬质相和基体分布均匀性；(2)起到相对净化的作用；(3)提高这些高合金钢的塑性变形的性能。均质化的突出作用在这些高合金钢中表现更为明显.加入量根据合金种类选择。成本提高9%左右，而模具钢和模具的性能价格比提高70%以上，工具模具的使用寿命可与德、美、日、瑞典等发达国家同类产品想相媲美。可填补国内多项高质量高标准工模具需求的空白。
5#均质剂(HGJZ-5)用于开发高锰钢产品。作用：使普通高锰钢中锰含量稍稍降低的情况下，提高碳含量，增加耐磨性方面，比同类产品提高10-15%；使超高锰钢碳含量锰含量及其他元素达到最佳配合，大幅度提高超高锰钢经冲击硬化后的硬度，延长使用寿命25%以上。(HG-5)加入量为0.25-0.35%.高锰钢系列产品主要用于重载冲击干磨损的工矿企业。
6#均质剂(HG-6)用于开发无钛蠕铁制品，用稀土元素和6#均质剂可以获得蠕化率大于60%、抗拉强度大于300MPa、延伸率大于3%的蠕铁，由于不含钛,蠕铁的加工性能比含钛蠕铁提高10倍左右，加入量0.25%-0.35%。无钛蠕铁可以生产汽车配件中的耐热件 (特别适用于欧美国家) ，现在已得到德国LUK汽车公司的材质认可。技术水平达到国际先进。济南一企业可得到每年3000吨的汽车零件定单，产值4300余万元，利税1290余万元.经济效益十分显著。
7#均质剂(HGJZ-7)用于不同碳含量的碳钢，主要作用提高碳钢尤其是高碳钢塑性变形能力，减少裂纹的产生。加入量0.1-0.3%。
新的作用更强的均质技术随着机械制造和高难度模具新材料及新产品的研究开发会不断出现和完善，我们已经开发成功了抗磨件（用于替代德国和美国进口细碎机设备备件），为企业和国家节约外汇降低成本，节约时间提高效率；耐腐蚀耐磨新材料的研究成功对纸浆生产领域令技术工作者头痛的电化学磨损问题的解决起到了关键性的作用，挤浆机末断螺旋出口美国和越南，使用效果十分理想，纸浆机其他配套的耐腐蚀耐磨零件也已开发成功；新型硬质合金材料及硬质相增强高速钢新材料的开发从根本上解决这些合金材料因韧性不足而导致材料服役寿命很短的致命缺点，为高质量模具新材料应用开辟了新的方向。现阶段开发的轴承钢冷挤模具各项技术数据已达到国际先进水平，可进入冷挤模具的样件制造。均质技术给社会和企业带来更多的技术进步、十分可观的经济效益和巨大的社会效益。
