铸造技术:球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案

     

       国内普通(tong)球墨(mo)铸铁(tie)铸件(jian)的(de)球化(hua)(hua)(hua)级(ji)(ji)别(bie)要(yao)(yao)求达到(dao)4级(ji)(ji)以上(shang),(即(ji)球化(hua)(hua)(hua)率70%,)一般铸造厂达到(dao)的(de)球化(hua)(hua)(hua)率为(wei)85%左右。近年来,随着(zhe)球墨(mo)铸铁(tie)生产的(de)发展(zhan),尤其是(shi)在(zai)风电铸件(jian)生产和铸件(jian)质(zhi)量要(yao)(yao)求较(jiao)高的(de)行(xing)业(ye),要(yao)(yao)求球化(hua)(hua)(hua)级(ji)(ji)别(bie)达到(dao)2级(ji)(ji),即(ji)球化(hua)(hua)(hua)率达到(dao)90%以上(shang)。笔(bi)者公(gong)司通(tong)过对QT400-15原(yuan)采用的(de)球化(hua)(hua)(hua)、孕育处(chu)理工艺以及球化(hua)(hua)(hua)剂、孕育剂进(jin)行(xing)分析、改(gai)进(jin),使(shi)球墨(mo)铸铁(tie)的(de)球化(hua)(hua)(hua)率达到(dao)了90%以上(shang)。

1、原生产(chan)工(gong)艺

原(yuan)生产工(gong)艺:熔炼设备采用(yong)2.0T中频(pin)炉和(he)1.5T工(gong)频(pin)炉;QT400-15原(yuan)铁液成分为(wei)(wei)ω(C)=3.75%~3.95%、、ω(Si)=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω(P)≤0.07%、ω(S)≤0.035%;球化(hua)处理(li)(li)所用(yong)球化(hua)剂为(wei)(wei)1.3%~l.5%的(de)(de)RE3Mg8SiFe合(he)金;孕育处理(li)(li)所用(yong)孕育剂为(wei)(wei)0.7%~0.9%的(de)(de)75SiFe-C合(he)金。球化(hua)处理(li)(li)采用(yong)两(liang)次出铁冲入法:先(xian)出铁55%~60%,进行(xing)球化(hua)处理(li)(li),然(ran)后加入孕育剂,再补加其余铁液。由于球化(hua)、孕育采用(yong)传统的(de)(de)方式,用(yong)25 mm厚的(de)(de)单铸楔形试块检测得到的(de)(de)球化(hua)率一(yi)般(ban)在80%左右,即(ji)球化(hua)级(ji)(ji)别3级(ji)(ji)。

2、提(ti)高(gao)球化率的(de)试验方案

为提(ti)高球(qiu)化(hua)率,对原来的球(qiu)化(hua)和孕育处理工艺进(jin)行了改进(jin),主要措(cuo)施是:增大球(qiu)化(hua)剂和孕育剂加入量、净化(hua)铁液、脱(tuo)硫处理等。球(qiu)化(hua)率仍然采用25 mm的单铸楔形试(shi)块进(jin)行检测(ce),具体方案如下:

(1)分析原工艺(yi)球化(hua)率(lv)偏低(di)的(de)原因,曾认为是球化(hua)剂用量(liang)较少,故将(jiang)球化(hua)剂加(jia)入量(liang)由1.3%~1.4%增加(jia)到1.7%,但球化(hua)率(lv)并未达到要求。

(2)另一(yi)种猜测是(shi)认为球(qiu)化(hua)率(lv)偏低可(ke)能是(shi)由(you)于孕育(yu)(yu)不良或孕育(yu)(yu)衰退引起,因而试验加(jia)大孕育(yu)(yu)剂量(liang),由(you)0.7%~0.9%增加(jia)到1.1%,球(qiu)化(hua)率(lv)亦(yi)未(wei)达(da)到要求(qiu)。

(3)继续分析认为铁液(ye)夹(jia)杂较多、球化(hua)(hua)干扰元素偏高等可能是造成球化(hua)(hua)率(lv)偏低的(de)原因,因而(er)对铁液(ye)进行(xing)高温净(jing)化(hua)(hua),高温净(jing)化(hua)(hua)温度一般控制在1 500±10℃,但(dan)其球化(hua)(hua)率(lv)仍未突破90%。

 (4) ω(S)量高(gao)严重消耗球(qiu)化剂(ji)量并加(jia)速(su)球(qiu)化衰退(tui),因此增加(jia)脱硫处理,将原铁液ω(S)量从原来(lai)的0.035%降(jiang)低到(dao)0.020%以下,但球(qiu)化率也只达到(dao)86%。

以上(shang)4种方(fang)案(an)的试验结果如表1所示,楔形试块的组织和(he)力(li)学性能均(jun)未达到要求。

3、最后(hou)采用(yong)的改(gai)进方案

3.1具体改(gai)进措施

原材料(liao)(liao)采用生铁(tie)、无锈(xiu)或(huo)少(shao)锈(xiu)的废钢和回炉(lu)(lu)料(liao)(liao);对原铁(tie)液进行炉(lu)(lu)外(wai)加纯碱(Na

2

CO

3

)脱硫;采用福士科390预处理剂在包内进行预脱氧处理;采用福士科球化剂进行球化处理;采用碳化硅和硅铁联合孕育。

新工艺原铁液成分(fen)控制:ω(C)=(3.70%~3.90%、ω(Si)=0.80%~1.20%[铸件ω(Si

)=2.60%~3.00%]、ω(Mn)≤0.30%、ω(P)≤0.05%、ω(S)≤0.02%。当原铁液ω(S)量超过0.02%时,采用工业用纯碱进行炉前脱硫处理,因脱硫反应是吸热反应,要求脱硫温度控制在1500℃左右,纯碱加入量根据炉前熔清时的ω(S)量高低控制在1.5 % ~2.5 %。同时,球化处理包采用普通的堤坝式处理包,首先把福士科NODALLOY7RE牌号球化剂1.7%加入包底堤坝一侧,扒平压实,用0.2%的粉末状碳化硅和0.3%的小块状75SiFe先后覆盖一层,捣实后用压铁盖上,在铁液包的另一侧加入0.3%的福士科390孕育剂。出铁时首先冲入总铁液量的55%~60%,待球化反应完毕后,加入1.2%的75SiFe-C孕育剂后冲入剩余铁液,扒渣浇注。

3.2试(shi)验结果

原铁液脱硫前后的的成分(fen)见表2、表3,25mm单(dan)铸(zhu)楔形试块对应的力学性能和金相(xiang)(xiang)组(zu)织见表4,金相(xiang)(xiang)组(zu)织中球(qiu)化率的评定方(fang)法采用(yong)金相(xiang)(xiang)图像分(fen)析(xi)系统自动(dong)检(jian)测。

4、结(jie)果分析

4.1主(zhu)要元素对球化(hua)率的影(ying)响

C、Si: C能促进石(shi)(shi)墨(mo)化(hua),减少白口倾向(xiang),但ω(C)量(liang)高会使CE过(guo)高而容易产(chan)生石(shi)(shi)墨(mo)漂浮,一般控制在3.7%~3.9%。Si能加(jia)强石(shi)(shi)墨(mo)化(hua)能力,消除(chu)渗碳体。Si以孕育剂的方式加(jia)入(ru)时(shi),可大大降低(di)铁液(ye)的过(guo)冷能力。为(wei)了提高孕育效果,原(yuan)(yuan)铁液(ye)的ω(Si)量(liang)从(cong)原(yuan)(yuan)来的1.3% ~1.5%降到0.8%~1.2% ,ω(Si

)量控制在2.60%~3.00% 。

Mn:在结晶过程中,Mn增加铸铁的过冷(leng)倾向,促进(jin)形成碳化(hua)物(FeMn) 

3

C。在共析转变过程中,Mn降低共析转变温度,稳定并细化珠光体。Mn对球化率没有太大的影响。因受原材料的影响,一般控制ω(Mn)<0.30%。

P:当(dang)ω(P)<0.05%时固(gu)溶于Fe,难(nan)以形成磷共晶(jing),对球铁的球化率影(ying)响不(bu)是很大。

S:S是反球(qiu)(qiu)化(hua)元素,S在(zai)球(qiu)(qiu)化(hua)反应时消(xiao)耗球(qiu)(qiu)化(hua)剂中的(de)(de)Mg和RE,阻碍(ai)石墨化(hua),降(jiang)低球(qiu)(qiu)化(hua)率。硫化(hua)物夹渣(zha)还会在(zai)铁(tie)液凝固之前回硫,再次消(xiao)耗球(qiu)(qiu)化(hua)元素,加(jia)快球(qiu)(qiu)化(hua)衰(shuai)退,进一步影响球(qiu)(qiu)化(hua)率。为了达到高的(de)(de)球(qiu)(qiu)化(hua)率,应该使原铁(tie)液的(de)(de)ω(S)量降(jiang)低到0.02%以下。

4.2脱硫(liu)处(chu)理

当炉料熔清后,取样分析化学(xue)成分,当ω(S)量高于0.02%时要进行脱硫(liu)处(chu)理。

纯碱(jian)脱(tuo)硫的原理为:将一(yi)定量的纯碱(jian)置于浇包(bao)内,利用铁液流冲入而搅(jiao)拌(ban),纯碱(jian)在高(gao)温下分解,反应式为Na

2

CO

3

=Na

2

O+CO

2

↑:生成的Na

2

O又与铁液中硫化合生成Na

2

S,(Na

2

O)+[FeS]=(Na

2

S) +(FeO)。Na

2

CO

3

分解析出CO

2

引起铁液剧烈搅动,促进脱硫过程进行。纯碱渣极易流动、很快上浮,脱硫反应时间很短,脱硫后应及时扒渣,否则会回硫。

4.3预脱氧处(chu)(chu)理、球化处(chu)(chu)理及孕育处(chu)(chu)理

福士科390预处(chu)理(li)剂在包内起到预脱氧处(chu)理(li)的作用(yong),同时(shi)增加石(shi)墨(mo)形核(he)核(he)心(xin)、增加单(dan)位(wei)面积石(shi)墨(mo)球数,还可(ke)(ke)以提(ti)高Mg的吸收率(lv),大幅度提(ti)高抗(kang)衰退能(neng)力(li),提(ti)高球化率(lv)。福士科孕育剂含ω(Si) =60%~70%、ω(Ca)=0.4%~2.0%、ω(Ba)=7%~11%,其中Ba可(ke)(ke)以延长有效(xiao)孕育时(shi)间。

选用(yong)福士科(ke)球(qiu)(qiu)化剂(ji)牌(pai)号为(wei)NODALLOY7RE,其ω(Si)=40%~50%、ω(Mg)=7.0% ~ 8.0%、ω(RE)=0.3%~1.0%、ω(Ca)=1.5%~2.5%、ω(Al)<1.0%。由于铁液经过了脱(tuo)硫和预脱(tuo)氧处理,铁液中(zhong)消耗球(qiu)(qiu)化剂(ji)的(de)元(yuan)素(su)大量(liang)减少,因此选用(yong)了ω(RE)量(liang)低(di)的(de)球(qiu)(qiu)化剂(ji),以减少RE对(dui)球(qiu)(qiu)状(zhuang)石墨形态的(de)恶(e)化;起球(qiu)(qiu)化作用(yong)的(de)元(yuan)素(su)主要是Mg;Ca和Al可以起到加(jia)强孕育的(de)作用(yong)。

采(cai)用碳(tan)化硅(gui)(gui)和硅(gui)(gui)铁联合孕育(yu)处理,碳(tan)化硅(gui)(gui)的熔点在(zai)(zai)1600℃左右,并(bing)在(zai)(zai)凝固时增加(jia)石墨结晶晶核,采(cai)用大剂量的硅(gui)(gui)铁孕育(yu),可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)球化衰退。

5、结论

生(sheng)产(chan)铁(tie)素体球墨铸铁(tie),要求(qiu)球化率达到90%以上时,可以采用以下措施:

(1)选(xuan)用优质炉(lu)料(liao),减少炉(lu)料(liao)中的(de)反球化(hua)元素。

(2)选用(yong)ω(RE)量低的(de)球化剂,减少RE对(dui)球状石墨形态的(de)恶(e)化影响(xiang)。

(3)原铁液的(de)ω(S)量应(ying)小(xiao)于(yu)0.020%,这样可(ke)以减少(shao)球化(hua)剂的(de)消耗量,特别是(shi)硫(liu)化(hua)渣二次回硫(liu)所(suo)消耗的(de)球化(hua)元(yuan)素。

(4)对铁(tie)液进行预脱氧(yang)处理,增加单位面(mian)积石墨球数(shu),提高球化率,大幅度提高抗衰退能力(li),延(yan)长有效(xiao)孕育(yu)时(shi)间。

(5)降低原铁液中ω(Si)量(liang),增加球化剂(ji)(ji)、孕育剂(ji)(ji)和(he)各种预处理(li)剂(ji)(ji)的加入量(liang),强化孕育处理(li)。