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球墨鑄鐵提高球化率的工藝實用方案

发布日期:2019-07-15 内容来源于:/

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國內普通球墨鑄鐵鑄件的球化級別要求達到4級以上,(即球化率70%,)一般鑄造厂达到的球化率为85%左右。近年来,随着球墨铸铁生产的发展,尤其是在风电鑄件生产和鑄件质量要求较高的行业,要求球化级别达到2级,即球化率达到90%以上。笔者公司通过对QT400-15原采用的球化、孕育处理工艺以及球化剂、孕育剂进行分析、改进,使球墨铸铁的球化率达到了90%以上。

1、原生産工藝

原生产工艺:熔炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉;QT400-15原铁液成分为ω(C)=3.75%~3.95%、、ω(Si)=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω(P)≤0.07%、ω(S)≤0.035%;球化处理所用球化剂为1.3%~l.5%的RE3Mg8SiFe合金;孕育处理所用孕育剂为0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。球化处理采用两次出铁冲入法:先出铁55%~60%,进行球化处理,然后加入孕育剂,再补加其余铁液。由于球化、孕育采用传统的方式,用25 mm厚的单铸楔形试块检测得到的球化率一般在80%左右,即球化级别3级。

2、提高球化率的試驗方案


为提高球化率,对原来的球化和孕育处理工艺进行了改进,主要措施是:增大球化剂和孕育剂加入量、净化铁液、脱硫处理等。球化率仍然采用25 mm的单铸楔形试块进行检测,具体方案如下:

(1)分析原工藝球化率偏低的原因,曾認爲是球化劑用量較少,故將球化劑加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%,但球化率並未達到要求。

(2)另一種猜測是認爲球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起,因而試驗加大孕育劑量,由0.7%~0.9%增加到1.1%,球化率亦未達到要求。

(3)继续分析认为铁液夹杂较多、球化干扰元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因,因而对铁液进行高温净化,高温净化温度一般控制在1 500±10℃,但其球化率仍未突破90%。

(4) ω(S)量高严重消耗球化剂量并加速球化衰退,因此增加脱硫处理,将原铁液ω(S)量从原来的0.035%降低到0.020%以下,但球化率也只达到86%。

以上4種方案的試驗結果如表1所示,楔形試塊的組織和力學性能均未達到要求。


3、最後采用的改進方案

3.1具體改進措施

原材料采用
生鐵、無鏽或少鏽的廢鋼和回爐料;對原鐵液進行爐外加純堿(Na2CO3)脫硫;采用福士科390預處理劑在包內進行預脫氧處理;采用福士科球化劑進行球化處理;采用碳化矽和矽鐵聯合孕育。

新工艺原铁液成分控制:ω(C)=(3.70%~3.90%、ω(Si)=0.80%~1.20%[鑄件ω(Si终)=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試驗結果

原鐵液脫硫前後的的成分見表2、表3,25mm單鑄楔形試塊對應的力學性能和金相組織見表4,金相組織中球化率的評定方法采用金相圖像分析系統自動檢測。

4、結果分析

4.1主要元素對球化率的影響

C、Si: C能促进石墨化,减少白口倾向,但ω(C)量高会使CE过高而容易产生石墨漂浮,一般控制在3.7%~3.9%。Si能加强石墨化能力,消除渗碳体。Si以孕育剂的方式加入时,可大大降低铁液的过冷能力。为了提高孕育效果,原铁液的ω(Si)量从原来的1.3% ~1.5%降到0.8%~1.2% ,ω(Si终)量控制在2.60%~3.00% 。

Mn:在结晶过程中,Mn增加铸铁的过冷倾向,促进形成碳化物(FeMn) 3C。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:當ω(P)<0.05%時固溶于Fe,難以形成磷共晶,對球鐵的球化率影響不是很大。

S:S是反球化元素,S在球化反應時消耗球化劑中的Mg和RE,阻礙石墨化,降低球化率。硫化物夾渣還會在鐵液凝固之前回硫,再次消耗球化元素,加快球化衰退,進一步影響球化率。爲了達到高的球化率,應該使原鐵液的ω(S)量降低到0.02%以下。

4.2脫硫處理

當爐料熔清後,取樣分析化學成分,當ω(S)量高于0.02%時要進行脫硫處理。

纯碱脱硫的原理为:将一定量的纯碱置于浇包内,利用铁液流冲入而搅拌,纯碱在高温下分解,反应式为Na2CO3=Na2O+CO2↑:生成的Na2O又与铁液中硫化合生成Na2S,(Na2O)+[FeS]=(Na2S) +(FeO)。Na2CO3分解析出CO2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預脫氧處理、球化處理及孕育處理

福士科390预处理剂在包内起到预脱氧处理的作用,同时增加石墨形核核心、增加单位面积石墨球数,还可以提高Mg的吸收率,大幅度提高抗衰退能力,提高球化率。福士科孕育剂含ω(Si) =60%~70%、ω(Ca)=0.4%~2.0%、ω(Ba)=7%~11%,其中Ba可以延长有效孕育时间。

选用福士科球化剂牌号为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%。由于铁液经过了脱硫和预脱氧处理,铁液中消耗球化剂的元素大量减少,因此选用了ω(RE)量低的球化剂,以减少RE对球状石墨形态的恶化;起球化作用的元素主要是Mg;Ca和Al可以起到加强孕育的作用。

采用碳化矽和矽鐵聯合孕育處理,碳化矽的熔點在1600℃左右,並在凝固時增加石墨結晶晶核,采用大劑量的矽鐵孕育,可以防止球化衰退。

5、結論

生産鐵素體球墨鑄鐵,要求球化率達到90%以上時,可以采用以下措施:

(1)選用優質爐料,減少爐料中的反球化元素。

(2)選用ω(RE)量低的球化劑,減少RE對球狀石墨形態的惡化影響。

(3)原鐵液的ω(S)量應小于0.020%,這樣可以減少球化劑的消耗量,特別是硫化渣二次回硫所消耗的球化元素。

(4)對鐵液進行預脫氧處理,增加單位面積石墨球數,提高球化率,大幅度提高抗衰退能力,延長有效孕育時間。

(5)降低原鐵液中ω(Si)量,增加球化劑、孕育劑和各種預處理劑的加入量,強化孕育處理。


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