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(he)金灰鑄鐵成分的(de)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。
高強度(du)低(di)合金(jin)化孕育(yu)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平板(ban)(ban)的成分設計，首(shou)先要考慮鐵(tie)液碳(tan)(tan)當量與(yu)冷卻速度(du)的影響作用。碳(tan)(tan)當量過高，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)厚壁(bi)(bi)(bi)處(chu)(chu)冷卻速度(du)緩慢，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)厚壁(bi)(bi)(bi)處(chu)(chu)易產生晶(jing)粒粗大、組織疏松(song)，若碳(tan)(tan)當量過低(di)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)薄壁(bi)(bi)(bi)處(chu)(chu)易形成硬(ying)點或局(ju)部硬(ying)區(qu)，導致切(qie)削(xue)性(xing)(xing)能變差。將碳(tan)(tan)當量控(kong)制在3.95％～4.05％，即可(ke)保(bao)證材質(zhi)的力學性(xing)(xing)能，又接近共晶(jing)點，其鐵(tie)液的凝固溫度(du)范圍較窄，為鐵(tie)液實現“低(di)溫”澆(jiao)注創造了條件(jian)(jian)(jian)；而(er)且有利于削(xue)除平板(ban)(ban)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的氣孔(kong)、縮孔(kong)缺陷。
其次要考慮(lv)合(he)金元素的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，鉻(ge)、銅(tong)(tong)(tong)元素在(zai)(zai)共(gong)晶(jing)(jing)轉變中，鉻(ge)阻礙石(shi)墨(mo)化(hua)(hua)，促成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)物、cujin白(bai)口；而銅(tong)(tong)(tong)則cujin石(shi)墨(mo)化(hua)(hua)作(zuo)用(yong)，減少(shao)(shao)斷(duan)面(mian)白(bai)口。兩(liang)(liang)元素相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)在(zai)(zai)一定(ding)(ding)程度(du)上得到中和(he)，避(bi)免(mian)在(zai)(zai)共(gong)晶(jing)(jing)轉變中產生(sheng)滲(shen)碳(tan)體而導致(zhi)鑄件薄壁處形成(cheng)白(bai)口或硬度(du)提(ti)(ti)高；而在(zai)(zai)共(gong)析轉變中，鉻(ge)和(he)銅(tong)(tong)(tong)都可以起到穩定(ding)(ding)和(he)細化(hua)(hua)珠光(guang)體的(de)(de)(de)復合(he)作(zuo)用(yong)，但各自(zi)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)又不(bu)盡相(xiang)同。以恰當(dang)比例配合(he)，能 發揮(hui)兩(liang)(liang)者各自(zi)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。在(zai)(zai)含wCr＝0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)中加(jia)入wCu＜2.0％，銅(tong)(tong)(tong)不(bu)僅cujin珠光(guang)體轉變，提(ti)(ti)高并(bing)穩定(ding)(ding)珠光(guang)體量和(he)細化(hua)(hua)珠光(guang)體，cujinA型石(shi)墨(mo)產生(sheng)和(he)均化(hua)(hua)石(shi)墨(mo)形態；銅(tong)(tong)(tong)還能少(shao)(shao)許提(ti)(ti)高含量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)流(liu)動(dong)性(xing)，這尤其對殼體薄壁累(lei)鑄件有利(li)。復合(he)加(jia)入鉻(ge)、銅(tong)(tong)(tong)可使鑄鐵(tie)平板鑄件致(zhi)密性(xing)進(jin)一步(bu)提(ti)(ti)高。
2．嚴把原輔料質量關(guan)
入廠原(yuan)輔(fu)材(cai)料須進行取(qu)(qu)樣分(fen)析，做到(dao)心中(zhong)有(you)數，不合格(ge)的(de)原(yuan)輔(fu)材(cai)料投入使用(yong)(yong)。要(yao)(yao)保證工作量(liang)的(de)原(yuan)鐵液，選(xuan)用(yong)(yong)高碳、低(di)磷(lin)、低(di)硫、低(di)干擾（生鐵供應商要(yao)(yao)有(you)微量(liang)元(yuan)素分(fen)析報告(gao)單(dan)）元(yuan)素的(de)生鐵；選(xuan)用(yong)(yong)純凈的(de)中(zhong)碳鋼(gang)，對其所(suo)含(han)成分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量(liang)元(yuan)素以化驗結果決(jue)定取(qu)(qu)舍，對能(neng)穩(wen)定珠光體的(de)廢鋼(gang)成分(fen)優先選(xuan)用(yong)(yong)。生鐵和廢鋼(gang)經過除銹(xiu)處理(li)后(hou)方能(neng)允許(xu)使用(yong)(yong)，附(fu)著油污的(de)要(yao)(yao)經250°烘烤。
對鐵(tie)合(he)金(jin)、孕育劑同樣采(cai)用定點(dian)采(cai)購，力求成分穩定，塊度（粒度）合(he)格。分類堆放，避免受潮。這樣的要求避免了鑄鐵(tie)爐(lu)料“遺傳性”帶來的缺陷。
（1）堅持(chi)把理論(lun)配(pei)料(liao)（配(pei)料(liao)計算(suan)）和實踐經驗相(xiang)結(jie)合(he)。無論(lun)采(cai)取(qu)試算(suan)法(fa)還(huan)是圖解法(fa)，理論(lun)上(shang)計算(suan)的配(pei)料(liao)數(shu)據，不能(neng)確定為終配(pei)比，還(huan)要掌握(wo)中(zhong)頻爐熔化(hua)過程中(zhong)元(yuan)素的變化(hua)規律。如果爐襯屬(shu)酸性材(cai)料(liao)，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入(ru)量上(shang)只能(neng)取(qu)下限，而碳取(qu)上(shang)線。
（2）掌握(wo)各種(zhong)入爐金屬(shu)材料(liao)的化學成分(fen)(fen)和各元素(su)燒損與還原(yuan)(yuan)規律。對回爐鐵（澆冒(mao)口、報廢鑄件）的分(fen)(fen)類堆放、編號(hao)記載，提出成分(fen)(fen)明確的嚴格要求(qiu)。爐內(nei)還原(yuan)(yuan)的元素(su)在配(pei)料(liao)時(shi)減去，爐內(nei)燒損的元素(su)配(pei)料(liao)時(shi)補(bu)上。
（3）合(he)金(jin)(jin)元素(su)以一次性配入為原則，除Si以外其它(ta)配料時取中限，合(he)金(jin)(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在熔清扒(ba)(ba)渣(zha)后加入，在酸性爐中燒(shao)損少。C、Si在扒(ba)(ba)渣(zha)及孕(yun)育時還可以補充(chong)。 感應(ying)爐熔煉鑄(zhu)件而言，遵循(xun)先增(zeng)碳后加硅(gui)的原則。
（4）對P、S含(han)量的(de)控制，P、S量主要(yao)來(lai)源于xinsheng鐵，可以(yi)通過選擇爐料將(jiang)P、S量控制在要(yao)求(qiu)(qiu)范圍內，所以(yi)要(yao)使xinsheng鐵的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料計(ji)算時(shi)P、S量 可以(yi)不(bu)于考慮。（因鑄件(jian)的(de)技(ji)術要(yao)求(qiu)(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入(ru)爐的(de)所有金屬(shu)材料(liao)均嚴格按照要求準確計量。
3．電爐(lu)熔煉鑄(zhu)鐵平板(ban)的控制
要根據中頻電(dian)爐(lu)的(de)冶金(jin) 性(xing)編制合(he)理的(de)熔(rong)煉(lian)工藝，從(cong)裝料。溫度(du)(du)(du)控(kong)制及在各(ge)(ge)不(bu)同溫度(du)(du)(du)下加入合(he)金(jin)、增碳劑、造(zao)渣劑以(yi)及出鐵溫度(du)(du)(du)各(ge)(ge)個環節嚴(yan)格控(kong)制，力求用短的(de)熔(rong)煉(lian)時間、小的(de)合(he)金(jin)燒(shao)損與氧化，達到控(kong)制和穩定(ding)金(jin)相組織，提高鑄件質量的(de)目的(de)。
在生產實踐中，我們將整個(ge)熔(rong)煉全過程(cheng)分為三期(qi) 溫度(du)進(jin)行控制。這里所謂的三期(qi)溫度(du)指：熔(rong)清(qing)溫度(du)、扒渣溫度(du)和出鐵溫度(du)。
熔(rong)清溫(wen)度：即取(qu)樣溫(wen)度以(yi)(yi)前的(de)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)期(qi)，決(jue)定著合金元素的(de)吸(xi)收與化(hua)(hua)(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)的(de)平(ping)衡，因(yin)此要避(bi)免高(gao)(gao)溫(wen)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)加料(liao)，避(bi)免搭棚“結(jie)殼(ke)”。否則鐵液(ye)處(chu)于沸騰或(huo)高(gao)(gao)溫(wen)狀(zhuang)態、碳(tan)元素燒損(sun)加劇，硅元素不(bu)斷在(zai)(zai)還(huan)原，鐵液(ye)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)加劇雜質(zhi)增(zeng)加，按工藝要求熔(rong)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度控制(zhi)在(zai)(zai)1365℃以(yi)(yi)下，取(qu)樣溫(wen)度控制(zhi)在(zai)(zai)（1420±10）℃。取(qu)樣溫(wen)度低(di)了(le)存在(zai)(zai)鐵合金未熔(rong)化(hua)(hua)(hua)完，取(qu)的(de)試樣化(hua)(hua)(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)勢無(wu)代表性;溫(wen)度過高(gao)(gao)，合金燒損(sun)或(huo)還(huan)原，還(huan)會影(ying)響到(dao)練期(qi)的(de)成(cheng)(cheng)分(fen)調整。取(qu)樣后應(ying)控制(zhi)中頻(pin)爐功率(lv)。在(zai)(zai)爐前質(zhi)量(liang)管(guan)理儀對化(hua)(hua)(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)顯示出結(jie)果后恰好(hao)進入到(dao)扒渣溫(wen)度。
扒渣(zha)(zha)溫度(du)(du)(du): 扒渣(zha)(zha)溫度(du)(du)(du)是決定鐵(tie)(tie)液(ye)質量的重要環(huan)節，因為它與成(cheng)(cheng)分穩(wen)定、孕育處理的效(xiao)果密切相關，并直接影響到出鐵(tie)(tie)溫度(du)(du)(du)的控(kong)制。扒渣(zha)(zha)溫度(du)(du)(du)過高(gao)加劇鐵(tie)(tie)液(ye)石墨晶核燒損(sun)和硅(gui)的還原， 別對酸性爐襯(chen)，理論上鐵(tie)(tie)液(ye)含硅(gui)偏高(gao)后將產生(sheng)排碳作用，影響按溫度(du)(du)(du)系結晶，存在(zai)著(zhu)產生(sheng)反白口(kou)的傾向；若溫度(du)(du)(du)過低，鐵(tie)(tie)液(ye)長時(shi)間被裸露，碳、硅(gui)燒損(sun)嚴重。再次調(diao)整成(cheng)(cheng)分時(shi)，不僅(jin)延(yan)長熔(rong)煉時(shi)間使鐵(tie)(tie)液(ye)過熱，而且易(yi)使成(cheng)(cheng)分失控(kong)，zengda鐵(tie)(tie)液(ye)的過冷度(du)(du)(du)，使正常結晶受到破壞。
出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)：為(wei)(wei)(wei)保(bao)證澆(jiao)注(zhu)和(he)孕育(yu)(yu)(yu)的(de)佳溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)，我(wo)們一般控(kong)制(zhi)在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)高(gao)(gao)和(he)低(di)都會(hui)對鑄鐵(tie)的(de)結晶和(he)孕育(yu)(yu)(yu)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)帶(dai)來影響，如果(guo)(guo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)過(guo)高(gao)(gao)（超過(guo)工藝(yi)規定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)30℃以上），盡(jin)管(guan)爐(lu)前快速分(fen)析C、Si也適中,但試澆(jiao)三角試片白口(kou)(kou)shendu會(hui)過(guo)大或部(bu)(bu)位(wei)顯現麻(ma)口(kou)(kou)。出(chu)現此種情(qing)況(kuang)即使采(cai)取措施向爐(lu)內(nei)補(bu)加碳zengda孕育(yu)(yu)(yu)量，筆者的(de)實(shi)踐經驗是(shi)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)欠佳，且需在調低(di)中頻功率(lv)后，進(jin)行爐(lu)內(nei)降溫(wen)(wen)處理(li)，即向爐(lu)內(nei)加入鐵(tie)液總量10-15經過(guo)烘烤的(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試片斷(duan)口(kou)(kou)心部(bu)(bu)麻(ma)口(kou)(kou) 轉為(wei)(wei)(wei)灰口(kou)(kou)，的(de)白口(kou)(kou)shendu變(bian)小(xiao)。若(ruo)持續(xu)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)時間(jian)較長，采(cai)取如上方法后，仍(reng)須履(lv)行爐(lu)內(nei)補(bu)碳措施。出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)按澆(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)，殼體類鑄鐵(tie)件合適的(de)澆(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)(wei)（1440±20）℃，能(neng)夠(gou)實(shi)現“高(gao)(gao)溫(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)，適溫(wen)(wen)澆(jiao)注(zhu)”，嚴格掌握和(he)控(kong)制(zhi)住當然好(hao)。因為(wei)(wei)(wei)出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)將導致澆(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)于(yu)1380℃，既(ji)不利(li)于(yu)脫硫、除氣，而且 別影響孕育(yu)(yu)(yu)處理(li)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)降低(di)，冷(leng)隔、輪(lun)廓不清(qing)晰(xi)等問題明(ming)顯增加。
4．鐵液的孕育(yu)處理
對(dui)生產鑄(zhu)鐵平板(ban)用HT250進行孕(yun)育處理，賴(lai)以提高材質的(de)(de)(de)耐磨性，使鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)組織和(he)性能(neng)得以明顯(xian)gaishan， 提高各斷面上的(de)(de)(de)硬(ying)度值，而且要在(zai)穩定厚斷面上的(de)(de)(de)珠光體量方面有相同作用，還可gaishan其壁(bi)厚的(de)(de)(de)mingan性和(he)鑄(zhu)件(jian)在(zai)機械加工時良(liang)好的(de)(de)(de)切削(xue)性能(neng)，尤其是對(dui)防止殼體鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)疏松、滲漏有 殊作用。
孕育(yu)劑(ji)的(de)加入(ru)量(liang)依生產平板鑄件(jian)的(de)壁厚(hou)、化學成(cheng)分和(he)澆注溫度(du)(du)等因素確定，以壁厚(hou)處(chu)不出(chu)現疏松、滲漏(lou)，壁厚(hou)處(chu)不出(chu)現硬(ying)區為原(yuan)則。生產實(shi)踐表(biao)明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育(yu)劑(ji)是(shi)提高強(qiang)度(du)(du)灰鑄鐵(tie)為理(li)想的(de)孕育(yu)劑(ji)，此種(zhong)(zhong)孕育(yu)劑(ji)發揮(hui)鋇（Ba）的(de)kangshuai退能(neng)力(li)及提高A型(xing)石墨(mo)占(zhan)有率，鍶（Sr）的(de) 強(qiang)xiaochu白口能(neng)力(li)，鈣（Ca）和(he)硅（Si）所(suo)起(qi)的(de)輔(fu)助孕育(yu)和(he)shentou作用。這種(zhong)(zhong)強(qiang)度(du)(du)組(zu)合的(de)孕育(yu)劑(ji)，是(shi)生產高強(qiang)度(du)(du)鑄鐵(tie)孕育(yu)處(chu)理(li)中較為理(li)想的(de)選擇。
孕育(yu)(yu)次數(shu)與孕育(yu)(yu)效(xiao)果的關系(xi)，隨孕育(yu)(yu)次數(shu)增加(jia)，鑄(zhu)鐵(tie)內部石(shi)墨分布均(jun)勻程度gaishan，A型石(shi)墨占有率和(he)石(shi)墨長(chang)度區別較大(da)，經兩次以上孕育(yu)(yu)的A型石(shi)墨占有率高(gao)，分布均(jun)勻，長(chang)度適中。 重要的是多次孕育(yu)(yu)促使(shi)非自發晶核數(shu)量增多，強(qiang)化(hua)了(le)基(ji)體，從(cong)而提高(gao)并穩定了(le)鑄(zhu)鐵(tie)的強(qiang)度。
經隨流復合(he)孕(yun)育(yu)(yu)處理，避免(mian)鐵液隨流孕(yun)育(yu)(yu)滯后于澆(jiao)注是控制孕(yun)育(yu)(yu)效(xiao)(xiao)果的關(guan)鍵(jian)。孕(yun)育(yu)(yu)處理后的鐵液應在限定時間內澆(jiao)注完畢，一般不超過(guo)8min，包內二次孕(yun)育(yu)(yu)3～5min孕(yun)育(yu)(yu)效(xiao)(xiao)果佳。
