電爐鑄造高強度鑄鐵平板的解決方案
2019年10月20日
新聞詳情
1．高(gao)強度合金灰(hui)鑄鐵成分的設計
鑄鐵平板材質為HT250，硬度＜200HBW，要求易切削加工，在鑄鐵中添加微量多元合金成分，選擇合理的工藝參數，使鑄件具有一定的化學成分和冷卻速度，獲得理想的金相組織和力學性能。要保證力學性能， 控制好基體組織和石墨形態。
高(gao)強度低(di)合金化孕(yun)育鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)平板的成分設計，首先(xian)要(yao)考慮鐵(tie)(tie)液(ye)碳當量(liang)與冷卻速度的影(ying)響作用。碳當量(liang)過(guo)高(gao)，鑄(zhu)件厚壁(bi)(bi)處(chu)冷卻速度緩慢，鑄(zhu)件厚壁(bi)(bi)處(chu)易產生晶粒粗大、組織疏松，若碳當量(liang)過(guo)低(di)，鑄(zhu)件薄壁(bi)(bi)處(chu)易形成硬點或局部硬區，導致切削(xue)性能變(bian)差。將碳當量(liang)控制在3.95％～4.05％，即(ji)可保證材質的力學性能，又接近共(gong)晶點，其(qi)鐵(tie)(tie)液(ye)的凝固溫度范圍較(jiao)窄，為鐵(tie)(tie)液(ye)實現“低(di)溫”澆注創造了(le)條件；而且有利(li)于削(xue)除(chu)平板鑄(zhu)件的氣孔、縮(suo)孔缺陷。
其次要考慮合(he)(he)金元素(su)的作(zuo)用(yong)，鉻(ge)、銅(tong)(tong)(tong)元素(su)在共(gong)晶轉變中(zhong)，鉻(ge)阻礙石(shi)(shi)墨化(hua)，促成碳(tan)化(hua)物、cujin白(bai)(bai)口(kou)；而(er)銅(tong)(tong)(tong)則cujin石(shi)(shi)墨化(hua)作(zuo)用(yong)，減少(shao)斷面白(bai)(bai)口(kou)。兩元素(su)相互作(zuo)用(yong)在一(yi)定(ding)(ding)程度上得到中(zhong)和(he)(he)，避免在共(gong)晶轉變中(zhong)產(chan)生滲(shen)碳(tan)體(ti)而(er)導致(zhi)鑄件薄壁處形成白(bai)(bai)口(kou)或(huo)硬(ying)度提(ti)(ti)高(gao)(gao)；而(er)在共(gong)析轉變中(zhong)，鉻(ge)和(he)(he)銅(tong)(tong)(tong)都可以起(qi)到穩(wen)定(ding)(ding)和(he)(he)細化(hua)珠(zhu)光體(ti)的復(fu)合(he)(he)作(zuo)用(yong)，但(dan)各自的作(zuo)用(yong)又(you)不盡相同(tong)。以恰當(dang)比例配合(he)(he)，能(neng) 發(fa)揮兩者各自的作(zuo)用(yong)。在含wCr＝0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)中(zhong)加(jia)(jia)入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)(tong)(tong)不僅cujin珠(zhu)光體(ti)轉變，提(ti)(ti)高(gao)(gao)并穩(wen)定(ding)(ding)珠(zhu)光體(ti)量和(he)(he)細化(hua)珠(zhu)光體(ti)，cujinA型石(shi)(shi)墨產(chan)生和(he)(he)均化(hua)石(shi)(shi)墨形態；銅(tong)(tong)(tong)還能(neng)少(shao)許提(ti)(ti)高(gao)(gao)含量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)的流動性，這(zhe)尤其對殼體(ti)薄壁累(lei)鑄件有利。復(fu)合(he)(he)加(jia)(jia)入(ru)鉻(ge)、銅(tong)(tong)(tong)可使鑄鐵(tie)(tie)平板(ban)鑄件致(zhi)密性進一(yi)步提(ti)(ti)高(gao)(gao)。
2．嚴把原輔料質(zhi)量關(guan)
入廠原(yuan)(yuan)輔材料須進行取(qu)樣分析(xi)(xi)，做到心中(zhong)有數，不合格的(de)原(yuan)(yuan)輔材料投入使用。要保證工作量的(de)原(yuan)(yuan)鐵液，選(xuan)用高碳(tan)、低(di)磷、低(di)硫(liu)、低(di)干擾（生(sheng)鐵供應(ying)商要有微(wei)量元(yuan)素(su)分析(xi)(xi)報告(gao)單）元(yuan)素(su)的(de)生(sheng)鐵；選(xuan)用純凈的(de)中(zhong)碳(tan)鋼，對其所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微(wei)量元(yuan)素(su)以化(hua)驗結果決定(ding)取(qu)舍，對能穩定(ding)珠光(guang)體的(de)廢鋼成分優先選(xuan)用。生(sheng)鐵和廢鋼經(jing)過除銹處理后方能允(yun)許使用，附著油污的(de)要經(jing)250°烘(hong)烤。
對(dui)鐵合(he)金、孕育劑同(tong)樣(yang)采(cai)用定(ding)點采(cai)購，力求成分穩(wen)定(ding)，塊度（粒(li)度）合(he)格。分類堆放，避免(mian)受(shou)潮(chao)。這(zhe)樣(yang)的(de)要(yao)求避免(mian)了鑄鐵爐料“遺傳性”帶來的(de)缺陷。
（1）堅持把理(li)論配料（配料計(ji)算(suan)）和實踐經驗相結合。無(wu)論采(cai)取(qu)試算(suan)法(fa)(fa)還(huan)是圖解法(fa)(fa)，理(li)論上計(ji)算(suan)的(de)(de)配料數據，不能(neng)確定為終配比，還(huan)要掌(zhang)握中頻爐熔(rong)化(hua)過程中元素的(de)(de)變(bian)化(hua)規律。如果爐襯屬酸性材料，鐵液溫度＞1500℃，在(zai)Si的(de)(de)加入量上只能(neng)取(qu)下限，而碳取(qu)上線。
（2）掌(zhang)握各(ge)種入爐(lu)金(jin)屬材料的(de)化(hua)學(xue)成(cheng)分和各(ge)元素燒(shao)損(sun)(sun)與(yu)還(huan)原(yuan)(yuan)規(gui)律。對回(hui)爐(lu)鐵（澆冒口、報廢鑄件）的(de)分類(lei)堆放、編號記(ji)載，提出成(cheng)分明確(que)的(de)嚴格要求。爐(lu)內還(huan)原(yuan)(yuan)的(de)元素在配料時減去，爐(lu)內燒(shao)損(sun)(sun)的(de)元素配料時補上。
（3）合(he)金元素(su)以(yi)一(yi)次性配入(ru)為原則(ze)(ze)，除Si以(yi)外其(qi)它配料時(shi)(shi)取中限，合(he)金（Mo、Cr、Cu、Sn等(deng)）可在熔清(qing)扒渣(zha)后(hou)加入(ru)，在酸性爐中燒損(sun)少。C、Si在扒渣(zha)及孕育時(shi)(shi)還可以(yi)補充。 感應爐熔煉鑄件而(er)言，遵循(xun)先(xian)增(zeng)碳后(hou)加硅的(de)原則(ze)(ze)。
（4）對P、S含量(liang)的控制(zhi)，P、S量(liang)主要(yao)來源于(yu)xinsheng鐵(tie)，可以通(tong)過選擇爐料將(jiang)P、S量(liang)控制(zhi)在(zai)要(yao)求范圍內，所以要(yao)使(shi)xinsheng鐵(tie)的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在(zai)配料計(ji)算(suan)時P、S量(liang) 可以不于(yu)考慮。（因鑄件的技術要(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐的所有金(jin)屬材料均嚴(yan)格按照要求準確計量(liang)。
3．電爐熔煉(lian)鑄鐵(tie)平(ping)板(ban)的控制(zhi)
要根據中頻電爐(lu)的(de)冶金 性編制合(he)理的(de)熔煉工藝，從裝料(liao)。溫度(du)控制及在各不(bu)同溫度(du)下(xia)加入合(he)金、增碳劑、造渣劑以及出鐵溫度(du)各個環(huan)節(jie)嚴格控制，力求用短的(de)熔煉時間、小的(de)合(he)金燒損(sun)與氧化，達到控制和穩(wen)定(ding)金相組織，提高鑄件(jian)質(zhi)量的(de)目的(de)。
在(zai)生(sheng)產實踐中(zhong)，我們將整個熔煉全過(guo)程分(fen)為三(san)期 溫(wen)度(du)進行控制(zhi)。這里所(suo)謂的(de)三(san)期溫(wen)度(du)指：熔清溫(wen)度(du)、扒渣溫(wen)度(du)和出鐵溫(wen)度(du)。
熔(rong)清溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)：即取樣溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)以前的(de)熔(rong)化(hua)(hua)期(qi)，決定著合(he)金(jin)元素的(de)吸收與化(hua)(hua)學(xue)成分的(de)平(ping)衡，因(yin)此要避免高溫(wen)(wen)熔(rong)化(hua)(hua)加(jia)料，避免搭棚“結殼”。否則鐵液處于沸(fei)騰或高溫(wen)(wen)狀態、碳元素燒(shao)損(sun)加(jia)劇，硅元素不斷(duan)在還(huan)原(yuan)，鐵液氧化(hua)(hua)加(jia)劇雜質增(zeng)加(jia)，按工藝(yi)要求熔(rong)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)在1365℃以下(xia)，取樣溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)在（1420±10）℃。取樣溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)低了(le)存在鐵合(he)金(jin)未熔(rong)化(hua)(hua)完，取的(de)試樣化(hua)(hua)學(xue)成分勢(shi)無代表性;溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)過高，合(he)金(jin)燒(shao)損(sun)或還(huan)原(yuan)，還(huan)會影(ying)響到練(lian)期(qi)的(de)成分調整。取樣后應控(kong)制(zhi)中頻爐功率。在爐前質量管理儀對化(hua)(hua)學(xue)成分顯示(shi)出結果后恰好進入(ru)到扒(ba)渣溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。
扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du): 扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)是決定(ding)鐵(tie)液質量的(de)(de)重(zhong)要環節(jie)，因為它(ta)與成分穩定(ding)、孕育處理的(de)(de)效果密(mi)切相關，并(bing)直接影響到出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)控制。扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)過高加(jia)劇(ju)鐵(tie)液石墨晶核(he)燒(shao)損和硅(gui)(gui)的(de)(de)還原， 別(bie)對酸性爐襯，理論上鐵(tie)液含硅(gui)(gui)偏(pian)高后將產生(sheng)排碳作用，影響按溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)系(xi)結(jie)晶，存在著(zhu)產生(sheng)反白口的(de)(de)傾向；若溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)過低，鐵(tie)液長(chang)時(shi)間被裸(luo)露，碳、硅(gui)(gui)燒(shao)損嚴重(zhong)。再次調整(zheng)成分時(shi)，不僅延長(chang)熔煉(lian)時(shi)間使(shi)(shi)鐵(tie)液過熱(re)，而且(qie)易使(shi)(shi)成分失控，zengda鐵(tie)液的(de)(de)過冷度(du)(du)(du)(du)(du)，使(shi)(shi)正常結(jie)晶受(shou)到破壞。
出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)度：為(wei)保證澆(jiao)注和孕(yun)育(yu)的(de)(de)佳(jia)溫(wen)(wen)度，我們一般控(kong)制在(zai)1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)度的(de)(de)高和低(di)(di)都會(hui)對鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)結晶和孕(yun)育(yu)效(xiao)(xiao)果帶(dai)來影響(xiang)，如果溫(wen)(wen)度過(guo)(guo)(guo)高（超過(guo)(guo)(guo)工(gong)藝規定溫(wen)(wen)度30℃以上(shang)），盡管爐前快速分析C、Si也適(shi)中,但(dan)試澆(jiao)三(san)角試片白口(kou)shendu會(hui)過(guo)(guo)(guo)大或部(bu)(bu)位顯(xian)現麻口(kou)。出(chu)現此種(zhong)情況即使采取措(cuo)施(shi)向(xiang)爐內補加碳zengda孕(yun)育(yu)量，筆者的(de)(de)實(shi)踐經驗是效(xiao)(xiao)果欠(qian)佳(jia)，且需在(zai)調(diao)低(di)(di)中頻功(gong)率后，進行爐內降溫(wen)(wen)處理，即向(xiang)爐內加入鐵(tie)(tie)液(ye)總量10-15經過(guo)(guo)(guo)烘(hong)烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)(tie)，這樣試片斷口(kou)心部(bu)(bu)麻口(kou) 轉為(wei)灰口(kou)，的(de)(de)白口(kou)shendu變小(xiao)。若(ruo)持續高溫(wen)(wen)時(shi)間較長(chang)，采取如上(shang)方法后，仍須履行爐內補碳措(cuo)施(shi)。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)度按澆(jiao)注溫(wen)(wen)度控(kong)制，殼體類鑄鐵(tie)(tie)件合適(shi)的(de)(de)澆(jiao)注溫(wen)(wen)度為(wei)（1440±20）℃，能夠實(shi)現“高溫(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)(tie)，適(shi)溫(wen)(wen)澆(jiao)注”，嚴格掌握(wo)和控(kong)制住(zhu)當(dang)然好。因為(wei)出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)度低(di)(di)將導致澆(jiao)注溫(wen)(wen)度低(di)(di)于1380℃，既不利于脫硫(liu)、除氣(qi)，而(er)且 別(bie)影響(xiang)孕(yun)育(yu)處理效(xiao)(xiao)果。隨著(zhu)溫(wen)(wen)度的(de)(de)降低(di)(di)，冷隔(ge)、輪廓不清(qing)晰等問題明顯(xian)增加。
4．鐵液的孕育處(chu)理
對生產(chan)鑄(zhu)鐵平板(ban)用HT250進行孕育(yu)處理，賴(lai)以提(ti)高(gao)材(cai)質(zhi)的耐(nai)磨性(xing)，使鑄(zhu)件(jian)的組織和性(xing)能得以明顯gaishan， 提(ti)高(gao)各斷面上的硬度值，而且要在穩定厚(hou)斷面上的珠光體(ti)量方面有相同作用，還可gaishan其(qi)壁(bi)厚(hou)的mingan性(xing)和鑄(zhu)件(jian)在機械加(jia)工時良好的切削性(xing)能，尤其(qi)是對防止殼(ke)體(ti)鑄(zhu)件(jian)的疏松、滲(shen)漏有 殊作用。
孕育劑的(de)加入量依(yi)生產平板鑄件的(de)壁(bi)厚、化學成分(fen)和澆注(zhu)溫度等因素確定，以壁(bi)厚處(chu)不(bu)出現疏松(song)、滲漏，壁(bi)厚處(chu)不(bu)出現硬區為原(yuan)則。生產實踐表(biao)明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育劑是提高強(qiang)度灰(hui)鑄鐵(tie)為理(li)想(xiang)的(de)孕育劑，此(ci)種孕育劑發揮鋇（Ba）的(de)kangshuai退能力及提高A型石墨占有(you)率，鍶（Sr）的(de) 強(qiang)xiaochu白口(kou)能力，鈣（Ca）和硅(gui)（Si）所起的(de)輔助孕育和shentou作用(yong)。這種強(qiang)度組合的(de)孕育劑，是生產高強(qiang)度鑄鐵(tie)孕育處(chu)理(li)中較為理(li)想(xiang)的(de)選擇。
孕(yun)育次數(shu)與孕(yun)育效果的關系，隨孕(yun)育次數(shu)增(zeng)加(jia)，鑄鐵(tie)內(nei)部石墨(mo)(mo)(mo)分(fen)布均(jun)勻程度(du)(du)gaishan，A型石墨(mo)(mo)(mo)占有率和(he)石墨(mo)(mo)(mo)長度(du)(du)區別(bie)較大，經(jing)兩次以上孕(yun)育的A型石墨(mo)(mo)(mo)占有率高，分(fen)布均(jun)勻，長度(du)(du)適中。 重(zhong)要的是多次孕(yun)育促使非自發晶核(he)數(shu)量增(zeng)多，強化(hua)了(le)基體，從而提高并穩定了(le)鑄鐵(tie)的強度(du)(du)。
經隨流復合孕(yun)(yun)(yun)(yun)育(yu)處理，避免鐵液隨流孕(yun)(yun)(yun)(yun)育(yu)滯后(hou)于澆(jiao)注(zhu)是控制孕(yun)(yun)(yun)(yun)育(yu)效果的關鍵。孕(yun)(yun)(yun)(yun)育(yu)處理后(hou)的鐵液應(ying)在限(xian)定時間內(nei)澆(jiao)注(zhu)完畢(bi)，一(yi)般(ban)不超過8min，包內(nei)二次孕(yun)(yun)(yun)(yun)育(yu)3～5min孕(yun)(yun)(yun)(yun)育(yu)效果佳。
