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．高強度合金灰鑄鐵成分的設計
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)(gao)強度(du)低合金(jin)化孕育(yu)鑄(zhu)鐵鑄(zhu)鐵平(ping)板的成(cheng)分設計，首先要考(kao)慮鐵液(ye)(ye)碳(tan)當(dang)量(liang)與冷卻速(su)度(du)的影(ying)響作用。碳(tan)當(dang)量(liang)過高(gao)(gao)，鑄(zhu)件厚壁處冷卻速(su)度(du)緩(huan)慢(man)，鑄(zhu)件厚壁處易(yi)產生晶粒粗(cu)大、組織疏松(song)，若碳(tan)當(dang)量(liang)過低，鑄(zhu)件薄壁處易(yi)形成(cheng)硬點或局部硬區，導致切削(xue)性(xing)(xing)能變差。將碳(tan)當(dang)量(liang)控制在3.95％～4.05％，即可保證(zheng)材質的力學性(xing)(xing)能，又接近共(gong)晶點，其鐵液(ye)(ye)的凝固(gu)溫度(du)范圍較(jiao)窄，為鐵液(ye)(ye)實現“低溫”澆注創造了條(tiao)件；而(er)且(qie)有(you)利于削(xue)除平(ping)板鑄(zhu)件的氣孔、縮孔缺(que)陷(xian)。
其次(ci)要考慮合(he)金(jin)元(yuan)素(su)(su)的(de)作用(yong)，鉻(ge)、銅(tong)元(yuan)素(su)(su)在共(gong)晶轉(zhuan)變(bian)(bian)中，鉻(ge)阻礙石墨(mo)化(hua)(hua)(hua)，促(cu)成碳化(hua)(hua)(hua)物、cujin白(bai)口；而(er)(er)銅(tong)則cujin石墨(mo)化(hua)(hua)(hua)作用(yong)，減少(shao)斷面白(bai)口。兩元(yuan)素(su)(su)相互(hu)作用(yong)在一(yi)(yi)定程度上得到(dao)中和(he)(he)，避免在共(gong)晶轉(zhuan)變(bian)(bian)中產(chan)生滲(shen)碳體而(er)(er)導致鑄件薄(bo)壁處形成白(bai)口或硬度提高(gao)；而(er)(er)在共(gong)析轉(zhuan)變(bian)(bian)中，鉻(ge)和(he)(he)銅(tong)都(dou)可(ke)以起到(dao)穩(wen)定和(he)(he)細化(hua)(hua)(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體的(de)復(fu)合(he)作用(yong)，但各自的(de)作用(yong)又不盡(jin)相同(tong)。以恰當比(bi)例配合(he)，能 發揮(hui)兩者各自的(de)作用(yong)。在含(han)wCr＝0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)中加(jia)入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體轉(zhuan)變(bian)(bian)，提高(gao)并穩(wen)定珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體量和(he)(he)細化(hua)(hua)(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體，cujinA型石墨(mo)產(chan)生和(he)(he)均化(hua)(hua)(hua)石墨(mo)形態；銅(tong)還能少(shao)許提高(gao)含(han)量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)的(de)流(liu)動性(xing)，這(zhe)尤其對殼體薄(bo)壁累(lei)鑄件有利。復(fu)合(he)加(jia)入(ru)鉻(ge)、銅(tong)可(ke)使鑄鐵(tie)(tie)平(ping)板鑄件致密性(xing)進一(yi)(yi)步提高(gao)。
2．嚴把(ba)原(yuan)輔料(liao)質量(liang)關
入(ru)廠原(yuan)輔材(cai)料須(xu)進行取樣分(fen)(fen)析，做到心中(zhong)有數，不(bu)合格的(de)原(yuan)輔材(cai)料投入(ru)使用。要保證工(gong)作量的(de)原(yuan)鐵(tie)(tie)(tie)液，選(xuan)(xuan)用高碳(tan)、低(di)磷(lin)、低(di)硫、低(di)干擾（生鐵(tie)(tie)(tie)供應商(shang)要有微量元(yuan)素分(fen)(fen)析報(bao)告單）元(yuan)素的(de)生鐵(tie)(tie)(tie)；選(xuan)(xuan)用純凈的(de)中(zhong)碳(tan)鋼，對其所含成(cheng)分(fen)(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量元(yuan)素以化(hua)驗結果決定(ding)取舍，對能穩定(ding)珠光體(ti)的(de)廢(fei)(fei)鋼成(cheng)分(fen)(fen)優先選(xuan)(xuan)用。生鐵(tie)(tie)(tie)和廢(fei)(fei)鋼經過除銹處理(li)后方能允許使用，附著油污(wu)的(de)要經250°烘烤。
對鐵(tie)合(he)金、孕育劑同(tong)樣(yang)采用定點采購，力求(qiu)成分穩定，塊度(du)（粒度(du)）合(he)格。分類(lei)堆放(fang)，避免受潮。這(zhe)樣(yang)的要求(qiu)避免了鑄鐵(tie)爐(lu)料“遺傳性”帶來(lai)的缺陷(xian)。
（1）堅持(chi)把理(li)論(lun)配料(liao)（配料(liao)計算(suan)(suan)）和實踐(jian)經(jing)驗相結(jie)合。無論(lun)采取(qu)(qu)(qu)試(shi)算(suan)(suan)法還(huan)是圖解法，理(li)論(lun)上計算(suan)(suan)的(de)配料(liao)數據，不能確定為終(zhong)配比，還(huan)要掌(zhang)握(wo)中(zhong)頻(pin)爐(lu)熔化過程中(zhong)元(yuan)素(su)的(de)變化規(gui)律。如(ru)果爐(lu)襯屬酸性材料(liao)，鐵液溫度＞1500℃，在Si的(de)加入量上只能取(qu)(qu)(qu)下限，而(er)碳取(qu)(qu)(qu)上線。
（2）掌握各(ge)種入爐金屬材料(liao)的(de)化學成(cheng)分和各(ge)元素(su)燒損與(yu)還原規律(lv)。對(dui)回爐鐵（澆冒口(kou)、報(bao)廢鑄件(jian)）的(de)分類堆放、編號(hao)記載，提出成(cheng)分明(ming)確的(de)嚴格(ge)要求(qiu)。爐內還原的(de)元素(su)在配料(liao)時減去，爐內燒損的(de)元素(su)配料(liao)時補上。
（3）合金(jin)元素以一次性配入為原則，除Si以外其(qi)它配料時取中(zhong)限，合金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在(zai)熔清扒(ba)渣后加入，在(zai)酸性爐中(zhong)燒(shao)損少。C、Si在(zai)扒(ba)渣及孕育時還可以補充(chong)。 感應爐熔煉鑄件而言，遵循先(xian)增碳后加硅的(de)原則。
（4）對P、S含量(liang)(liang)的控制(zhi)，P、S量(liang)(liang)主要(yao)來源(yuan)于xinsheng鐵，可(ke)(ke)以(yi)通過選擇爐料將P、S量(liang)(liang)控制(zhi)在要(yao)求范圍內，所以(yi)要(yao)使(shi)xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料計算(suan)時P、S量(liang)(liang) 可(ke)(ke)以(yi)不于考慮。（因鑄(zhu)件(jian)的技術要(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐的所有金屬材料均嚴格按照要求準確(que)計量。
3．電爐熔煉鑄鐵平(ping)板(ban)的控制
要(yao)根據(ju)中頻電(dian)爐的(de)冶金(jin) 性編(bian)制合理(li)的(de)熔煉工藝，從裝料。溫度控制及在各(ge)(ge)不同溫度下加(jia)入合金(jin)、增碳劑、造渣劑以及出鐵溫度各(ge)(ge)個環節嚴格控制，力求用短的(de)熔煉時(shi)間、小(xiao)的(de)合金(jin)燒損與氧化，達到控制和穩(wen)定金(jin)相組織，提高(gao)鑄件質量的(de)目(mu)的(de)。
在生產實踐中，我們(men)將整(zheng)個熔(rong)煉(lian)全過程分為(wei)三(san)期(qi) 溫度(du)進(jin)行控制(zhi)。這里所謂的三(san)期(qi)溫度(du)指(zhi)：熔(rong)清(qing)溫度(du)、扒渣(zha)溫度(du)和出鐵溫度(du)。
熔(rong)(rong)清溫(wen)度：即取(qu)樣溫(wen)度以(yi)前的(de)熔(rong)(rong)化(hua)期，決定著(zhu)合(he)金元素的(de)吸收與(yu)化(hua)學成分(fen)的(de)平衡，因此要避免高溫(wen)熔(rong)(rong)化(hua)加料(liao)，避免搭棚“結殼”。否則鐵液(ye)處于(yu)沸騰或高溫(wen)狀態、碳元素燒損加劇，硅元素不斷(duan)在(zai)(zai)還原，鐵液(ye)氧化(hua)加劇雜質(zhi)增加，按工藝(yi)要求(qiu)熔(rong)(rong)化(hua)溫(wen)度控(kong)制在(zai)(zai)1365℃以(yi)下，取(qu)樣溫(wen)度控(kong)制在(zai)(zai)（1420±10）℃。取(qu)樣溫(wen)度低了存在(zai)(zai)鐵合(he)金未熔(rong)(rong)化(hua)完(wan)，取(qu)的(de)試(shi)樣化(hua)學成分(fen)勢無(wu)代表性;溫(wen)度過(guo)高，合(he)金燒損或還原，還會影(ying)響到(dao)練期的(de)成分(fen)調整。取(qu)樣后(hou)應(ying)控(kong)制中頻爐(lu)功(gong)率(lv)。在(zai)(zai)爐(lu)前質(zhi)量管理儀對化(hua)學成分(fen)顯示出結果后(hou)恰(qia)好進入(ru)到(dao)扒渣溫(wen)度。
扒渣溫(wen)(wen)(wen)度(du): 扒渣溫(wen)(wen)(wen)度(du)是(shi)決(jue)定鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)質(zhi)量(liang)的(de)(de)重要環節，因為(wei)它與成分(fen)穩定、孕育處理的(de)(de)效果密切相關，并直接影響到出鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)控制。扒渣溫(wen)(wen)(wen)度(du)過高(gao)加劇鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)石(shi)墨晶核燒損和硅(gui)的(de)(de)還原(yuan)， 別對(dui)酸性爐(lu)襯，理論上鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)含硅(gui)偏(pian)高(gao)后將產生排碳(tan)(tan)作用，影響按(an)溫(wen)(wen)(wen)度(du)系結晶，存(cun)在(zai)著產生反白口(kou)的(de)(de)傾(qing)向；若溫(wen)(wen)(wen)度(du)過低，鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)長(chang)時間被裸露，碳(tan)(tan)、硅(gui)燒損嚴重。再次調(diao)整成分(fen)時，不僅延長(chang)熔(rong)煉時間使(shi)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)過熱，而且(qie)易使(shi)成分(fen)失控，zengda鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)過冷(leng)度(du)，使(shi)正(zheng)常結晶受到破壞(huai)。
出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)：為(wei)(wei)保證(zheng)澆注(zhu)和孕(yun)育的(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，我們一般控(kong)制(zhi)在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)高(gao)和低都(dou)會(hui)對鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)結(jie)晶和孕(yun)育效(xiao)(xiao)果帶來(lai)影(ying)響，如果溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)過高(gao)（超(chao)過工藝規定溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)30℃以上），盡管(guan)爐(lu)前快速分析(xi)C、Si也(ye)適中,但試澆三(san)角試片白口shendu會(hui)過大或部位顯現(xian)(xian)麻(ma)口。出(chu)現(xian)(xian)此種情況即(ji)使(shi)采(cai)取措施向爐(lu)內(nei)(nei)(nei)補加(jia)碳zengda孕(yun)育量，筆者的(de)(de)實踐經驗是效(xiao)(xiao)果欠佳，且需在調低中頻功率(lv)后，進行(xing)爐(lu)內(nei)(nei)(nei)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)處理，即(ji)向爐(lu)內(nei)(nei)(nei)加(jia)入鐵(tie)(tie)液總(zong)量10-15經過烘烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)(tie)，這樣(yang)試片斷(duan)口心部麻(ma)口 轉為(wei)(wei)灰口，的(de)(de)白口shendu變小(xiao)。若持續高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)間較(jiao)長，采(cai)取如上方法后，仍(reng)須(xu)履行(xing)爐(lu)內(nei)(nei)(nei)補碳措施。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)按澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)控(kong)制(zhi)，殼體類鑄鐵(tie)(tie)件合適的(de)(de)澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)為(wei)(wei)（1440±20）℃，能夠實現(xian)(xian)“高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)(wen)澆注(zhu)”，嚴格掌握和控(kong)制(zhi)住當然好。因為(wei)(wei)出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)低將導致澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)低于(yu)1380℃，既不(bu)利于(yu)脫硫、除氣(qi)，而且 別影(ying)響孕(yun)育處理效(xiao)(xiao)果。隨著溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)降低，冷隔、輪廓不(bu)清晰等問題明顯增加(jia)。
4．鐵液(ye)的孕育處(chu)理(li)
對生產(chan)鑄鐵平(ping)板用HT250進(jin)行孕育處(chu)理，賴以(yi)提(ti)高材質的(de)(de)耐(nai)磨性，使鑄件(jian)的(de)(de)組(zu)織和性能(neng)得(de)以(yi)明顯gaishan， 提(ti)高各斷(duan)面(mian)上的(de)(de)硬(ying)度值(zhi)，而且要在穩定厚(hou)斷(duan)面(mian)上的(de)(de)珠光體(ti)量方(fang)面(mian)有相(xiang)同作(zuo)用，還可gaishan其壁(bi)厚(hou)的(de)(de)mingan性和鑄件(jian)在機械加工(gong)時(shi)良(liang)好的(de)(de)切削性能(neng)，尤其是(shi)對防(fang)止殼體(ti)鑄件(jian)的(de)(de)疏(shu)松、滲(shen)漏有 殊作(zuo)用。
孕育(yu)(yu)劑的(de)(de)加(jia)入(ru)量依生產平板(ban)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)壁厚(hou)、化(hua)學成分和澆注溫(wen)度等因素確定，以壁厚(hou)處不(bu)(bu)出現疏松、滲(shen)漏，壁厚(hou)處不(bu)(bu)出現硬區為(wei)(wei)原則。生產實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育(yu)(yu)劑是提高強(qiang)度灰鑄(zhu)鐵為(wei)(wei)理(li)想(xiang)的(de)(de)孕育(yu)(yu)劑，此種孕育(yu)(yu)劑發(fa)揮鋇（Ba）的(de)(de)kangshuai退能(neng)力及提高A型(xing)石墨占有率，鍶（Sr）的(de)(de) 強(qiang)xiaochu白口能(neng)力，鈣（Ca）和硅(gui)（Si）所起的(de)(de)輔助(zhu)孕育(yu)(yu)和shentou作(zuo)用(yong)。這種強(qiang)度組合的(de)(de)孕育(yu)(yu)劑，是生產高強(qiang)度鑄(zhu)鐵孕育(yu)(yu)處理(li)中較為(wei)(wei)理(li)想(xiang)的(de)(de)選擇(ze)。
孕(yun)(yun)育(yu)次(ci)(ci)數與孕(yun)(yun)育(yu)效果的(de)關系，隨孕(yun)(yun)育(yu)次(ci)(ci)數增加，鑄鐵內部(bu)石墨分(fen)布(bu)均(jun)勻(yun)(yun)程度(du)gaishan，A型石墨占有率(lv)和石墨長(chang)度(du)區別較大(da)，經(jing)兩次(ci)(ci)以(yi)上(shang)孕(yun)(yun)育(yu)的(de)A型石墨占有率(lv)高，分(fen)布(bu)均(jun)勻(yun)(yun)，長(chang)度(du)適中(zhong)。 重要(yao)的(de)是多次(ci)(ci)孕(yun)(yun)育(yu)促使(shi)非自發晶核(he)數量增多，強(qiang)化(hua)了基(ji)體，從而(er)提高并穩(wen)定了鑄鐵的(de)強(qiang)度(du)。
經隨流復合孕(yun)育(yu)處(chu)理，避免(mian)鐵液隨流孕(yun)育(yu)滯后于(yu)澆注(zhu)是控制孕(yun)育(yu)效果(guo)的(de)關鍵(jian)。孕(yun)育(yu)處(chu)理后的(de)鐵液應(ying)在限定時間(jian)內(nei)澆注(zhu)完畢(bi)，一般不超過8min，包內(nei)二次孕(yun)育(yu)3～5min孕(yun)育(yu)效果(guo)佳。
