钨粉钼砂直接炼钢工艺

抚顺特钢建厂于一九三七年,自从生产了国内第一炉高速工具钢以来,高速工具钢一直作为抚顺钢厂的特色产品,具备生产国内现有的全部品牌高速工具钢的能力,产品质量国内领先。生产的高速工具钢中主要品种为W9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2,该系列产品投入大,所以量、不断降低成本一直是一项长期的课题。从九十年代初开始,进行了钨砂直接代用的实验并相继进行了铝粉的直接代用,效果良好并在其后的几年中陆续进行了全面的推广应用。)现今几乎已应用到各大钢类的全部钢种,使用白钨矿和铝砂直接还原炼钢与使用铁合金钨铁、钼铁炼钢相比,采用钨钼氧化物直接炼钢,成分稳定、质量可靠、工艺简便易行、操作安全、便于推广应用。最高加入量达4%(Mo+W),钨钼混合比例可据所需钨钼量调整,当用量4%(Mo+W)时不增加冶炼时间和电耗。
 
贵重金属钨钼回收率、成分控制及Mn/S、钢中气体含量、冶金成材质量几项指标,与使用铁合金相比无明显差别,实验效果良好,经济效益明显。由于现行钨钼氧化物使用方案是将氧化物直接加入到炉中,所以对自钨矿、钼砂的化学成份,尤其是硫、磷、锡、砷等有害杂质要求十分严格。从另一角度来讲,用氧化物钨、钼代替铁合金钨铁、钼铁炼钢,氧化物使用越多效益就越明显,所以如何增加氧化物钨、钼的使用量将是一个不容忽视的问题,该方案钨、钼混合氧化物最大使用量在80kg/t钢左右,用量受到很大限制。
 
使用量成为进一步降低成本的瓶颈问题,很长一段时间未能突破。后来经过对整体工艺的反复推敲,即充分结合整个炼钢工艺,对钨砂钼粉进行预处理,直接扩大使用量突破瓶颈,可以替代高合金工具钢成分规格所要求的全部钨钼。
 
钨粉
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钨粉粒度分布对聚能射孔弹破甲性能的影响

采用实际生产中常用的CTP250粗晶还原钨粉,将钨粉采用标准筛组(100目/200目/325目)筛分成不同粒度大小的颗粒,采用不同大小颗粒的钨粉按不同比例配比成6种级配钨粉(见表1),采用同一批一200目电解铜粉,机械混合成相同的药型罩配方粉末,在相同的设备上以相同的压制工艺压制成DPI27型射孔弹,进行静破甲穿深性能对比试验;目标靶为同一批次钢材制备的直径φ160 rnm、长度250 mm的45号钢靶;炸高条件统一为60 rain。以上试验过程在最大程度上保证设备状态、工艺技术、检验标准的一致性,以减少其他因素对试验结果的影响。通过对比穿深数据和钨粉的粒度分布,找到钨粉粒度分布对药型罩穿深的影响规律,确定钨粉粒度分布的最佳比例。 
 
结论:(1)钨粉粒度分布范围过窄、粒度粗细分布不 均等现象均会导致药型罩穿深性能的下降。 
(2)配比的穿深性能较优的钨粉其粒度分布范围约为126 Fm,曲线符合正态分布,粒径指标为D10—41 m、D50—73 m、D90—167 Fm左右的钨粉能够获得较好的粉末填充效果,降低药型罩压坯孔隙度,提升药型罩压制密度,有利于提升射孔弹的破甲性能,可以作为药型罩制备用钨粉的推荐粒度指标。 
(3)石油射孔弹药型罩制备的还原钨粉其粒度分布指标是影响射孔弹穿深性能的重要因素。不同粒度分布的钨粉直接影响射孔弹的穿深性能,粒度分布曲线范围、高度及位置,直观反映出钨粉的分布范围、粒度粗细等指标。 
(4)药型罩制备采用添加少量的铅粉或铋粉等技术。铜粉、铅粉和铋粉等其他组分的粒度分布同样对射孔弹的破甲性能起着直接的影响。通过级配试验得出不同比例的粉末混合配方下所添加的其他元素粉末的粒度分布对射孔弹破甲性能的影响趋势,最终获得较好的混合粉末粒度级配参数。 
(5)这一研究应作为药型罩原料粉末粒度分布指标对破甲性能影响的主要研究方向。 
 
 
钨粉粒度分布
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钨铜电极烧结性能的内部影响因素

钨铜材料不但具有钨高硬度、高强度、高熔点、高密度、低热膨胀系数以及优良的耐磨耐蚀性,还具有铜良好的可塑性和优良的导电导热性,因而在电接触材料以及电极材料领域有着较为广泛的运用。但是由于二者的熔点和理化性质相差很大且完全不互溶,在制备工艺方面一般只能采用粉末冶金的方法,这也使得钨铜材料的应用范围受到了很大的限制。目前主要的制备钨铜复合材料主要方式是对W-Cu复合粉末进行高能球磨、压制、烧结,通过分析粉末本身粒度及组成和杂质所带来的对烧结性能的影响,从而更好地控制各项参数以达到高性能的钨铜电极产品。

一般来说,在制备钨铜电极材料的过程中,为了提高压坯的成型效果,会加入一些化学助剂,如无水乙醇、硬脂酸等。这些助剂会在后续的烧结工序中直接挥发或分解,在颗粒间形成气孔。当烧结温度不断升高,液相Cu流动性变差,气体没有完全逸出形成封闭的孔隙,从而影响钨铜电极的致密度。此外这些助剂还很可能分解形成一些C、H、O等杂质元素,其直径较小,在合金中有很强的扩展能力,因而比较容易在晶界、相界等能量较高的位置发生偏聚,甚至生成脆生相,使合金在断裂过程中的沿晶断裂数目增加,降低了整体的性能。

对于粉末粒度来说,当粉末的晶粒尺寸小到一定程度时,粉末烧结温度下降,比表面积增加,烧结活性增强,利于粉末的合金化。当粉末粒度达到纳米级别时,粉末扩散大大提高,致密化过程加快,同时也可加大最终钨铜电极的致密度。有实验表明,在一定烧结温度和保温时间下,烧结体中的W颗粒尺寸会随着球磨时间的增大而增大。这是由于W颗粒尺寸变小是W在Cu中的溶解度增大所致。此外,由于球磨过程中反复地冷焊、破碎,晶格发生了严重的畸变,从而贮能升高,导致W在Cu中溶解度升高。

钨铜电极

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烧结工艺对钨铜电极烧结性能的影响

除了钨铜粉末自身的粒度及组成和外来杂质对钨铜电极的烧结性能所产生的影响外,烧结工艺本身的参数控制也会对其性能产生一定的影响。烧结工艺对钨铜电极烧结性能的影响主要源于两个方面,其一是成型压力的影响,另一个则是烧结气氛的影响。在试样进行压制成型时,通常会经历三个变化阶段。第一阶段是滑动阶段,此时压坯的密度上升很快;第二阶段是在第一阶段的基础上继续加压,空隙度为减少,压坯的密度几乎不发生改变;第三阶段是当压力继续增大超过某一定值时,随着压力继续升高,压坯密度相对继续增加。一方面是由于压力的增大提高了材料在压制第三阶段的致密化程度,即当压力继续增大超过某一定值时,如果继续增大压力,使粉末所受到的挤压力与摩擦力大于其弹性应力,颗粒产生塑性变形以填塞粉末间隙,其密度进一步增加;另一方面,由于纳米晶粒本身就具有极大的表面自由能,若进一步增大压制压力,通颗粒会发生塑性变形且表面自由能进一步增大,熔点则进一步被降低。这就使得其在较低温度下就能够有效浸润W颗粒。

在钨铜复合材料球磨过程中,随着球磨时间的延长,就不避免地会带来杂质金属元素,真空烧结可有效排除杂质元素或其氧化物,起到提纯的作用;另外,真空烧结还有利于排除吸附气体(孔隙中残留气体以及反应气体产物),对促进烧结后期的收缩作用明显。此外,在烧结到一定温度时候应该对炉体充如惰性气体进行保护。但是,充入惰性气体的时机是一个至关重要的问题。若充入时间过早,材料表面铜颗粒没有完全熔化和封闭表面,氩气便会通过颗粒之间的缝隙进入材料体内填充原本被抽成真空的孔洞,增大液态铜在对钨颗粒间隙进行浸润与填塞时的阻力,并在铜熔化并封闭材料表面后形成气孔;若充入时间过晚,材料表面已经产生了裂纹,再充入惰性气体也就错过了最好时机。最佳的时机应该是当表面铜已经大部分熔化并封闭表面,而温度却又没有高到发的程度。这时候充入惰性气体能够降低引起液相Cu的扩散的驱动力,  保持材料内部铜含量的稳定。

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钨粉应用于聚能射孔弹

石油聚能射孔弹的破甲性能受到壳体内腔结构、炸药性能、药型罩结构、药型罩材料等众多因素的影响。药型罩被称为射孔弹的心脏,药型罩对射孔弹穿深性能的影响至关重要。国内外对于提高射孔弹穿深性能的研究大部分都集中在药型罩几何结构、制备材料、制造工艺等方面。药型罩的制备材料是聚能效应能量的最终载体,其性能的优劣对射流的质量,如连续射流长度、射流密度、射流速度等重要参数产生直接影响。要提高射孔弹的破甲性能,药型罩所采用的制备材料的密度越高,声速越大,延展性越好,越有利于射流的充分拉长,药型罩的破碎性、侵彻力、渗透率等主要指标也随之提高。金属钨因具有较高的声速(4.03 km/s)和较高的材料密度(19.35 g/cm3),是行业内最主要的药型罩制备材料,国内外大部分射孔弹的药型罩都含有不同比例的钨粉。 
 
钨粉的主要性能包括化学成分、粒度分布、密度、形貌等。这些物理化学性能对药型罩的破甲性能产生各种影响,进而影响射孔弹的破甲性能。药型罩属于多孔材料,孔隙度是影响多孔材料所形成射流稳定性的重要指标,合适的孔隙度可以延长聚能射流的断裂时间,使射流得到充分拉长,提高射流的稳定性和侵彻能力。药型罩的孔隙度很大程度上取决于原料粉末的粒度分布。
 
通过制备以不同粒度级配钨粉为基粉的混合粉末压制成药型罩进行静破甲性能对比测试,采用激光粒度分析仪对不同粒度分布的钨粉进行粒度分析,可以得出钨粉粒度分布对于射孔弹穿深性能的影响规律。
 
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