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(jin)灰鑄鐵成分的設計(ji)
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。
高強度低(di)合金化(hua)孕育鑄鐵(tie)(tie)(tie)鑄鐵(tie)(tie)(tie)平(ping)板的成分設(she)計，首先(xian)要考慮鐵(tie)(tie)(tie)液碳當量(liang)與(yu)冷(leng)卻速度的影響作(zuo)用。碳當量(liang)過(guo)高，鑄件(jian)(jian)(jian)厚壁(bi)處(chu)冷(leng)卻速度緩慢，鑄件(jian)(jian)(jian)厚壁(bi)處(chu)易產生晶(jing)(jing)粒粗大、組織疏松，若碳當量(liang)過(guo)低(di)，鑄件(jian)(jian)(jian)薄(bo)壁(bi)處(chu)易形成硬(ying)(ying)點或局部硬(ying)(ying)區，導(dao)致(zhi)切削(xue)性(xing)能(neng)變差。將碳當量(liang)控(kong)制在3.95％～4.05％，即可保證材質(zhi)的力(li)學性(xing)能(neng)，又接近共晶(jing)(jing)點，其(qi)鐵(tie)(tie)(tie)液的凝固溫度范圍較窄，為(wei)鐵(tie)(tie)(tie)液實現(xian)“低(di)溫”澆(jiao)注創造了條件(jian)(jian)(jian)；而且(qie)有利(li)于削(xue)除平(ping)板鑄件(jian)(jian)(jian)的氣孔、縮孔缺陷(xian)。
其次要考慮合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)作(zuo)(zuo)用，鉻、銅(tong)(tong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)在(zai)(zai)共(gong)晶轉變(bian)中(zhong)(zhong)，鉻阻礙(ai)石墨(mo)(mo)化，促成碳化物、cujin白(bai)口；而(er)銅(tong)(tong)則cujin石墨(mo)(mo)化作(zuo)(zuo)用，減少斷面白(bai)口。兩元(yuan)(yuan)素(su)(su)相互作(zuo)(zuo)用在(zai)(zai)一定程度上得(de)到中(zhong)(zhong)和(he)(he)，避免在(zai)(zai)共(gong)晶轉變(bian)中(zhong)(zhong)產生(sheng)滲碳體(ti)而(er)導(dao)致鑄(zhu)件薄(bo)壁處形成白(bai)口或硬度提高；而(er)在(zai)(zai)共(gong)析轉變(bian)中(zhong)(zhong)，鉻和(he)(he)銅(tong)(tong)都可以(yi)起到穩(wen)定和(he)(he)細化珠(zhu)(zhu)光體(ti)的(de)復合作(zuo)(zuo)用，但各(ge)自(zi)(zi)的(de)作(zuo)(zuo)用又不(bu)盡相同。以(yi)恰當(dang)比例配(pei)合，能(neng) 發揮(hui)兩者各(ge)自(zi)(zi)的(de)作(zuo)(zuo)用。在(zai)(zai)含(han)wCr＝0.2％灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)加入wCu＜2.0％，銅(tong)(tong)不(bu)僅cujin珠(zhu)(zhu)光體(ti)轉變(bian)，提高并穩(wen)定珠(zhu)(zhu)光體(ti)量和(he)(he)細化珠(zhu)(zhu)光體(ti)，cujinA型石墨(mo)(mo)產生(sheng)和(he)(he)均化石墨(mo)(mo)形態；銅(tong)(tong)還能(neng)少許提高含(han)量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)流(liu)動性(xing)，這尤(you)其對殼體(ti)薄(bo)壁累鑄(zhu)件有(you)利。復合加入鉻、銅(tong)(tong)可使鑄(zhu)鐵(tie)(tie)平板鑄(zhu)件致密性(xing)進一步提高。
2．嚴把原(yuan)輔料質量關
入廠原輔(fu)材(cai)料須進行取樣分(fen)析，做到心中(zhong)有(you)(you)數，不合格(ge)的原輔(fu)材(cai)料投入使用。要保證工作量(liang)的原鐵液，選用高碳(tan)、低(di)磷、低(di)硫、低(di)干擾（生(sheng)鐵供應商要有(you)(you)微(wei)量(liang)元(yuan)素(su)分(fen)析報告單）元(yuan)素(su)的生(sheng)鐵；選用純(chun)凈的中(zhong)碳(tan)鋼(gang)，對其所含成(cheng)分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等(deng)微(wei)量(liang)元(yuan)素(su)以化驗結(jie)果(guo)決定取舍，對能穩定珠光體的廢鋼(gang)成(cheng)分(fen)優(you)先選用。生(sheng)鐵和廢鋼(gang)經過(guo)除銹處理(li)后(hou)方能允許使用，附著油(you)污(wu)的要經250°烘烤。
對(dui)鐵合金、孕育劑同(tong)樣采(cai)用定點(dian)采(cai)購，力求成分穩(wen)定，塊度(du)（粒度(du)）合格。分類堆(dui)放，避免受潮。這樣的(de)要求避免了鑄(zhu)鐵爐料“遺傳性”帶來的(de)缺陷。
（1）堅持把理(li)論(lun)配(pei)(pei)料（配(pei)(pei)料計(ji)算）和實踐經驗相結合(he)。無論(lun)采取(qu)試算法(fa)還(huan)(huan)是圖解法(fa)，理(li)論(lun)上(shang)(shang)計(ji)算的(de)配(pei)(pei)料數據，不能(neng)確定為終配(pei)(pei)比，還(huan)(huan)要(yao)掌握中頻爐熔化(hua)過(guo)程中元素的(de)變(bian)化(hua)規律。如果爐襯屬酸性材料，鐵(tie)液溫度＞1500℃，在Si的(de)加入量(liang)上(shang)(shang)只能(neng)取(qu)下(xia)限，而(er)碳取(qu)上(shang)(shang)線。
（2）掌(zhang)握各(ge)種入(ru)爐金(jin)屬材料的化學成(cheng)分(fen)和各(ge)元(yuan)(yuan)素燒損(sun)與還(huan)(huan)原(yuan)規律(lv)。對回爐鐵（澆冒口、報廢(fei)鑄件）的分(fen)類堆(dui)放、編(bian)號記載，提出成(cheng)分(fen)明確的嚴格要求。爐內(nei)(nei)還(huan)(huan)原(yuan)的元(yuan)(yuan)素在(zai)配料時減(jian)去，爐內(nei)(nei)燒損(sun)的元(yuan)(yuan)素配料時補上。
（3）合(he)(he)金元素以一次性配入為原(yuan)則(ze)，除Si以外其它(ta)配料時取(qu)中限，合(he)(he)金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在熔(rong)清扒渣后加(jia)入，在酸性爐中燒損少。C、Si在扒渣及孕育(yu)時還可(ke)以補充(chong)。 感應爐熔(rong)煉鑄件(jian)而言，遵循先增碳(tan)后加(jia)硅的原(yuan)則(ze)。
（4）對P、S含量(liang)的(de)控(kong)制，P、S量(liang)主要(yao)(yao)來源于xinsheng鐵，可(ke)以通過選擇爐料(liao)將(jiang)P、S量(liang)控(kong)制在要(yao)(yao)求(qiu)范圍內，所以要(yao)(yao)使xinsheng鐵的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料(liao)計算時P、S量(liang) 可(ke)以不于考慮(lv)。（因(yin)鑄件的(de)技術要(yao)(yao)求(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡(fan)入爐的(de)所有(you)金屬材料(liao)均嚴格按(an)照要求準確計量。
3．電爐熔煉(lian)鑄鐵平板的控制
要根據(ju)中頻(pin)電爐(lu)的(de)(de)冶(ye)金 性編制合(he)理的(de)(de)熔(rong)煉工藝(yi)，從裝料。溫度(du)控(kong)制及在各(ge)不同溫度(du)下加入(ru)合(he)金、增碳劑、造渣劑以及出(chu)鐵溫度(du)各(ge)個環節(jie)嚴格控(kong)制，力求用短的(de)(de)熔(rong)煉時(shi)間(jian)、小的(de)(de)合(he)金燒損與氧(yang)化，達(da)到控(kong)制和穩定金相(xiang)組織，提高鑄件(jian)質(zhi)量的(de)(de)目的(de)(de)。
在生(sheng)產實踐中，我(wo)們將整個熔煉全(quan)過程(cheng)分為(wei)三(san)期 溫(wen)度(du)(du)進行控制。這里所謂的三(san)期溫(wen)度(du)(du)指：熔清溫(wen)度(du)(du)、扒渣溫(wen)度(du)(du)和出(chu)鐵溫(wen)度(du)(du)。
熔清溫(wen)(wen)度：即(ji)取樣(yang)溫(wen)(wen)度以前(qian)的熔化期，決定著合金元素(su)的吸收(shou)與化學(xue)成(cheng)分(fen)的平衡，因此要(yao)避(bi)免高(gao)溫(wen)(wen)熔化加料，避(bi)免搭棚“結殼”。否則鐵(tie)(tie)液處于沸騰或(huo)高(gao)溫(wen)(wen)狀態(tai)、碳元素(su)燒損加劇(ju)，硅元素(su)不斷在(zai)還原，鐵(tie)(tie)液氧化加劇(ju)雜(za)質(zhi)(zhi)增加，按工藝要(yao)求(qiu)熔化溫(wen)(wen)度控制在(zai)1365℃以下，取樣(yang)溫(wen)(wen)度控制在(zai)（1420±10）℃。取樣(yang)溫(wen)(wen)度低了存在(zai)鐵(tie)(tie)合金未(wei)熔化完(wan)，取的試樣(yang)化學(xue)成(cheng)分(fen)勢(shi)無代表性(xing);溫(wen)(wen)度過高(gao)，合金燒損或(huo)還原，還會(hui)影響到練期的成(cheng)分(fen)調整。取樣(yang)后應控制中(zhong)頻爐(lu)功率。在(zai)爐(lu)前(qian)質(zhi)(zhi)量管理(li)儀(yi)對化學(xue)成(cheng)分(fen)顯示出結果后恰好進入到扒渣溫(wen)(wen)度。
扒渣溫度(du)(du)(du): 扒渣溫度(du)(du)(du)是決定(ding)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)質(zhi)量的(de)(de)重要環節，因為它與成分穩定(ding)、孕育處理的(de)(de)效果密切相關，并直接(jie)影(ying)響到出鐵(tie)(tie)(tie)溫度(du)(du)(du)的(de)(de)控制。扒渣溫度(du)(du)(du)過高加劇(ju)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)石墨晶核燒(shao)損和硅的(de)(de)還原， 別(bie)對(dui)酸性爐襯，理論(lun)上鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)含硅偏高后將產生排碳作用，影(ying)響按溫度(du)(du)(du)系結晶，存(cun)在著產生反白口(kou)的(de)(de)傾向(xiang)；若溫度(du)(du)(du)過低(di)，鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)長時間被裸露，碳、硅燒(shao)損嚴重。再次調整成分時，不(bu)僅(jin)延長熔煉時間使(shi)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)過熱，而(er)且易(yi)使(shi)成分失控，zengda鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)過冷(leng)度(du)(du)(du)，使(shi)正常結晶受到破(po)壞。
出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)：為保證澆注和孕(yun)育(yu)的佳溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，我(wo)們一般控制(zhi)在(zai)1520～1550℃。出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的高和低(di)(di)都會(hui)對鑄鐵(tie)的結晶(jing)和孕(yun)育(yu)效(xiao)果帶(dai)來影(ying)響，如果溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)過(guo)(guo)高（超(chao)過(guo)(guo)工藝規(gui)定溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)30℃以上(shang)），盡管(guan)爐前快速(su)分析C、Si也適(shi)(shi)中(zhong),但(dan)試(shi)澆三角試(shi)片白口(kou)(kou)shendu會(hui)過(guo)(guo)大或部位顯(xian)現麻口(kou)(kou)。出(chu)(chu)現此種情況即(ji)使(shi)采(cai)取(qu)措施向(xiang)爐內(nei)(nei)補加(jia)碳zengda孕(yun)育(yu)量，筆者(zhe)的實(shi)踐經(jing)驗(yan)是效(xiao)果欠佳，且需在(zai)調低(di)(di)中(zhong)頻功率后，進行(xing)爐內(nei)(nei)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)處理(li)，即(ji)向(xiang)爐內(nei)(nei)加(jia)入鐵(tie)液(ye)總量10-15經(jing)過(guo)(guo)烘烤的xinsheng鐵(tie)，這樣試(shi)片斷(duan)口(kou)(kou)心部麻口(kou)(kou) 轉為灰口(kou)(kou)，的白口(kou)(kou)shendu變小。若(ruo)持續高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)時間較長，采(cai)取(qu)如上(shang)方法(fa)后，仍(reng)須履行(xing)爐內(nei)(nei)補碳措施。出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)按(an)澆注溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)控制(zhi)，殼(ke)體類鑄鐵(tie)件合適(shi)(shi)的澆注溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為（1440±20）℃，能夠實(shi)現“高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)出(chu)(chu)鐵(tie)，適(shi)(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)澆注”，嚴格掌握和控制(zhi)住當然好。因(yin)為出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)(di)將導致澆注溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)(di)于1380℃，既不利于脫硫(liu)、除(chu)氣，而且 別影(ying)響孕(yun)育(yu)處理(li)效(xiao)果。隨著(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的降低(di)(di)，冷隔(ge)、輪廓(kuo)不清晰等問題明顯(xian)增(zeng)加(jia)。
4．鐵液的(de)孕育處理
對生產鑄鐵平板(ban)用(yong)HT250進行孕育處理(li)，賴以提高材質的(de)耐磨(mo)性(xing)，使鑄件(jian)的(de)組織和(he)性(xing)能(neng)(neng)得以明顯gaishan， 提高各(ge)斷(duan)面上的(de)硬度值，而且要(yao)在穩定厚斷(duan)面上的(de)珠光體量方面有相同作用(yong)，還可gaishan其壁厚的(de)mingan性(xing)和(he)鑄件(jian)在機(ji)械(xie)加工(gong)時良好的(de)切(qie)削性(xing)能(neng)(neng)，尤其是對防(fang)止殼體鑄件(jian)的(de)疏(shu)松、滲漏有 殊作用(yong)。
孕育(yu)(yu)劑的(de)(de)加入量(liang)依生產平(ping)板鑄件(jian)的(de)(de)壁厚(hou)、化學成分和澆注(zhu)溫度(du)等因素(su)確定，以壁厚(hou)處(chu)不出(chu)現(xian)疏(shu)松(song)、滲(shen)漏，壁厚(hou)處(chu)不出(chu)現(xian)硬區為原則。生產實踐(jian)表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育(yu)(yu)劑是提高(gao)(gao)強度(du)灰鑄鐵為理想的(de)(de)孕育(yu)(yu)劑，此種孕育(yu)(yu)劑發揮鋇(bei)（Ba）的(de)(de)kangshuai退能(neng)力及提高(gao)(gao)A型石墨占有(you)率，鍶（Sr）的(de)(de) 強xiaochu白口(kou)能(neng)力，鈣（Ca）和硅(gui)（Si）所起的(de)(de)輔助孕育(yu)(yu)和shentou作用(yong)。這種強度(du)組(zu)合的(de)(de)孕育(yu)(yu)劑，是生產高(gao)(gao)強度(du)鑄鐵孕育(yu)(yu)處(chu)理中較為理想的(de)(de)選擇。
孕(yun)(yun)育(yu)次數(shu)與(yu)孕(yun)(yun)育(yu)效果(guo)的(de)關系，隨孕(yun)(yun)育(yu)次數(shu)增加，鑄(zhu)鐵(tie)內部石(shi)(shi)墨分布均勻(yun)程度(du)gaishan，A型石(shi)(shi)墨占(zhan)有(you)率和(he)石(shi)(shi)墨長度(du)區別較(jiao)大，經(jing)兩次以上孕(yun)(yun)育(yu)的(de)A型石(shi)(shi)墨占(zhan)有(you)率高，分布均勻(yun)，長度(du)適(shi)中(zhong)。 重要的(de)是(shi)多次孕(yun)(yun)育(yu)促(cu)使(shi)非自發晶核數(shu)量(liang)增多，強化了基體，從而(er)提高并穩定了鑄(zhu)鐵(tie)的(de)強度(du)。
經隨流復(fu)合孕育(yu)(yu)處理，避(bi)免(mian)鐵液隨流孕育(yu)(yu)滯后(hou)于澆注(zhu)是(shi)控制孕育(yu)(yu)效果(guo)的關(guan)鍵。孕育(yu)(yu)處理后(hou)的鐵液應在限定(ding)時間內澆注(zhu)完畢，一般(ban)不超過8min，包內二次孕育(yu)(yu)3～5min孕育(yu)(yu)效果(guo)佳。
