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(qiang)度合(he)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)強度(du)低(di)(di)合金化孕育鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平板(ban)的成(cheng)分設(she)計，首先要(yao)考慮鐵(tie)液碳(tan)當(dang)(dang)量(liang)(liang)與冷卻速度(du)的影(ying)響(xiang)作用。碳(tan)當(dang)(dang)量(liang)(liang)過(guo)高(gao)，鑄(zhu)(zhu)件厚(hou)壁處(chu)(chu)冷卻速度(du)緩慢，鑄(zhu)(zhu)件厚(hou)壁處(chu)(chu)易產生晶粒粗大(da)、組織疏松，若(ruo)碳(tan)當(dang)(dang)量(liang)(liang)過(guo)低(di)(di)，鑄(zhu)(zhu)件薄壁處(chu)(chu)易形(xing)成(cheng)硬點(dian)或局部硬區，導致(zhi)切(qie)削性能變差。將碳(tan)當(dang)(dang)量(liang)(liang)控制在3.95％～4.05％，即(ji)可保(bao)證材(cai)質(zhi)的力學性能，又接近共晶點(dian)，其鐵(tie)液的凝固溫度(du)范圍較窄，為(wei)鐵(tie)液實現“低(di)(di)溫”澆注創造了條件；而且有利于削除平板(ban)鑄(zhu)(zhu)件的氣孔、縮孔缺陷。
其次要考(kao)慮(lv)合金(jin)元(yuan)素的作(zuo)用(yong)，鉻(ge)(ge)、銅(tong)元(yuan)素在(zai)共(gong)晶轉變(bian)中，鉻(ge)(ge)阻礙石墨(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)，促成(cheng)碳化(hua)(hua)(hua)物、cujin白口(kou)；而銅(tong)則cujin石墨(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)作(zuo)用(yong)，減少(shao)斷(duan)面白口(kou)。兩元(yuan)素相(xiang)互作(zuo)用(yong)在(zai)一(yi)定程度(du)上得到(dao)中和，避免在(zai)共(gong)晶轉變(bian)中產生滲碳體(ti)(ti)(ti)而導(dao)致鑄(zhu)件薄(bo)壁處形(xing)成(cheng)白口(kou)或硬(ying)度(du)提(ti)高(gao)(gao)；而在(zai)共(gong)析(xi)轉變(bian)中，鉻(ge)(ge)和銅(tong)都(dou)可以(yi)起(qi)到(dao)穩(wen)定和細化(hua)(hua)(hua)珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)的復合作(zuo)用(yong)，但各(ge)自的作(zuo)用(yong)又不盡相(xiang)同(tong)。以(yi)恰(qia)當比例配合，能 發揮兩者各(ge)自的作(zuo)用(yong)。在(zai)含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)鐵中加入wCu＜2.0％，銅(tong)不僅(jin)cujin珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)，提(ti)高(gao)(gao)并(bing)穩(wen)定珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)量和細化(hua)(hua)(hua)珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)，cujinA型(xing)石墨(mo)(mo)產生和均化(hua)(hua)(hua)石墨(mo)(mo)形(xing)態；銅(tong)還能少(shao)許提(ti)高(gao)(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)鐵的流動性(xing)(xing)，這尤其對殼(ke)體(ti)(ti)(ti)薄(bo)壁累鑄(zhu)件有(you)利。復合加入鉻(ge)(ge)、銅(tong)可使鑄(zhu)鐵平板鑄(zhu)件致密性(xing)(xing)進(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)(gao)。
2．嚴把原輔料質量關(guan)
入(ru)廠原(yuan)輔(fu)材料須進(jin)行取(qu)樣(yang)分(fen)析，做到心中有(you)數，不(bu)合(he)格的(de)原(yuan)輔(fu)材料投入(ru)使用。要保(bao)證(zheng)工作量的(de)原(yuan)鐵(tie)液，選用高碳(tan)、低磷、低硫、低干擾(rao)（生鐵(tie)供應商要有(you)微(wei)量元素(su)分(fen)析報告單）元素(su)的(de)生鐵(tie)；選用純(chun)凈的(de)中碳(tan)鋼(gang)，對其所含成(cheng)分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微(wei)量元素(su)以化驗結(jie)果決定取(qu)舍(she)，對能(neng)穩(wen)定珠光體(ti)的(de)廢鋼(gang)成(cheng)分(fen)優(you)先選用。生鐵(tie)和廢鋼(gang)經(jing)過(guo)除銹處理后(hou)方能(neng)允(yun)許(xu)使用，附著油污的(de)要經(jing)250°烘烤。
對鐵合(he)金、孕(yun)育劑同(tong)樣采用(yong)定(ding)點(dian)采購，力(li)求成(cheng)分(fen)穩定(ding)，塊度(du)（粒(li)度(du)）合(he)格。分(fen)類堆放，避免(mian)受潮。這樣的(de)要(yao)求避免(mian)了鑄鐵爐料“遺傳(chuan)性”帶來的(de)缺(que)陷(xian)。
（1）堅持(chi)把(ba)理(li)論配料（配料計(ji)算）和實踐經驗相結(jie)合。無論采取試算法還(huan)(huan)是圖解法，理(li)論上計(ji)算的(de)配料數據，不能確定為終配比(bi)，還(huan)(huan)要(yao)掌握中頻爐熔化過程中元素的(de)變化規律。如(ru)果爐襯(chen)屬酸性(xing)材料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的(de)加入量(liang)上只(zhi)能取下限，而碳(tan)取上線。
（2）掌握各(ge)種入爐金屬材料的化學成分和各(ge)元素燒損與還原(yuan)規律。對回爐鐵（澆(jiao)冒(mao)口、報廢鑄件）的分類堆放、編(bian)號記載，提(ti)出成分明確的嚴(yan)格要求。爐內還原(yuan)的元素在配料時減去，爐內燒損的元素配料時補上。
（3）合(he)金元素以一次性配(pei)入為原(yuan)(yuan)則(ze)，除Si以外其它配(pei)料時取中限，合(he)金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)(ke)在(zai)熔(rong)清(qing)扒(ba)渣后加入，在(zai)酸性爐中燒損少。C、Si在(zai)扒(ba)渣及孕(yun)育(yu)時還(huan)可(ke)(ke)以補充。 感應(ying)爐熔(rong)煉(lian)鑄件而言，遵循(xun)先增碳后加硅的原(yuan)(yuan)則(ze)。
（4）對(dui)P、S含量(liang)(liang)的控制，P、S量(liang)(liang)主(zhu)要(yao)來源于xinsheng鐵，可(ke)(ke)以通過選擇爐(lu)料將P、S量(liang)(liang)控制在(zai)要(yao)求范圍內，所以要(yao)使xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在(zai)配料計算(suan)時P、S量(liang)(liang) 可(ke)(ke)以不于考慮。（因鑄(zhu)件的技(ji)術(shu)要(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡(fan)入爐的所有(you)金(jin)屬材料均嚴格按照要(yao)求準確(que)計量(liang)。
3．電爐(lu)熔(rong)煉鑄鐵平板的控制
要根據中頻電爐的冶金(jin)(jin) 性(xing)編(bian)制合(he)理的熔(rong)煉工藝，從裝(zhuang)料。溫度(du)控(kong)(kong)制及在各不同溫度(du)下(xia)加(jia)入合(he)金(jin)(jin)、增碳劑(ji)、造渣劑(ji)以(yi)及出(chu)鐵溫度(du)各個環節嚴格控(kong)(kong)制，力(li)求用(yong)短(duan)的熔(rong)煉時(shi)間、小的合(he)金(jin)(jin)燒損與氧化，達到控(kong)(kong)制和穩(wen)定(ding)金(jin)(jin)相組織，提高鑄件質量的目(mu)的。
在生(sheng)產實踐中，我們將(jiang)整個熔煉全過程分為三期 溫(wen)(wen)度(du)(du)進行控制(zhi)。這里所(suo)謂的(de)三期溫(wen)(wen)度(du)(du)指：熔清溫(wen)(wen)度(du)(du)、扒渣溫(wen)(wen)度(du)(du)和出鐵溫(wen)(wen)度(du)(du)。
熔(rong)(rong)清溫度(du)(du)：即(ji)取(qu)樣(yang)溫度(du)(du)以前的(de)熔(rong)(rong)化期，決定(ding)著合(he)金元素的(de)吸收(shou)與化學(xue)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)平衡，因(yin)此(ci)要避免高溫熔(rong)(rong)化加料，避免搭棚“結殼”。否則鐵(tie)液處(chu)于(yu)沸騰或(huo)高溫狀態、碳元素燒損(sun)加劇，硅元素不斷在(zai)(zai)還原(yuan)，鐵(tie)液氧化加劇雜(za)質增加，按工(gong)藝(yi)要求熔(rong)(rong)化溫度(du)(du)控(kong)制(zhi)在(zai)(zai)1365℃以下，取(qu)樣(yang)溫度(du)(du)控(kong)制(zhi)在(zai)(zai)（1420±10）℃。取(qu)樣(yang)溫度(du)(du)低了(le)存在(zai)(zai)鐵(tie)合(he)金未(wei)熔(rong)(rong)化完，取(qu)的(de)試樣(yang)化學(xue)成(cheng)分(fen)(fen)勢無代表性;溫度(du)(du)過高，合(he)金燒損(sun)或(huo)還原(yuan)，還會影響(xiang)到(dao)(dao)練期的(de)成(cheng)分(fen)(fen)調整。取(qu)樣(yang)后應(ying)控(kong)制(zhi)中頻(pin)爐功率。在(zai)(zai)爐前質量管理儀(yi)對(dui)化學(xue)成(cheng)分(fen)(fen)顯示(shi)出結果(guo)后恰好進入(ru)到(dao)(dao)扒渣溫度(du)(du)。
扒渣溫度: 扒渣溫度是決定鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)質(zhi)量(liang)的重要環節，因為(wei)它與成分(fen)穩定、孕育處(chu)理的效果密切相關，并直接影(ying)響到(dao)出鐵(tie)(tie)溫度的控制。扒渣溫度過(guo)高加劇鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)石(shi)墨晶核燒損和硅的還(huan)原(yuan)， 別對酸(suan)性(xing)爐(lu)襯，理論上鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)含硅偏高后將產(chan)(chan)生排(pai)碳(tan)作用，影(ying)響按溫度系結(jie)晶，存在著產(chan)(chan)生反(fan)白口的傾向；若溫度過(guo)低，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)長時間被裸露，碳(tan)、硅燒損嚴重。再(zai)次調整成分(fen)時，不僅延(yan)長熔煉(lian)時間使鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)過(guo)熱，而且易使成分(fen)失控，zengda鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的過(guo)冷度，使正(zheng)常結(jie)晶受到(dao)破壞(huai)。
出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度：為保(bao)證澆注(zhu)和(he)孕(yun)育的(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)度，我們一般控(kong)制(zhi)在(zai)1520～1550℃。出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)高(gao)和(he)低都會對鑄鐵(tie)的(de)(de)結(jie)晶和(he)孕(yun)育效(xiao)果(guo)帶來(lai)影響，如(ru)果(guo)溫(wen)(wen)(wen)度過高(gao)（超(chao)過工藝(yi)規定溫(wen)(wen)(wen)度30℃以(yi)上(shang)），盡管爐前快(kuai)速分(fen)析C、Si也適(shi)中(zhong),但試澆三(san)角試片白(bai)口(kou)shendu會過大(da)或部位顯現(xian)(xian)麻口(kou)。出(chu)(chu)現(xian)(xian)此種情況即使采取(qu)措(cuo)施向爐內補加碳zengda孕(yun)育量，筆者的(de)(de)實踐經驗是(shi)效(xiao)果(guo)欠佳，且需在(zai)調低中(zhong)頻功率后，進(jin)行(xing)爐內降溫(wen)(wen)(wen)處理，即向爐內加入鐵(tie)液總量10-15經過烘(hong)烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)，這(zhe)樣試片斷口(kou)心部麻口(kou) 轉為灰口(kou)，的(de)(de)白(bai)口(kou)shendu變(bian)小。若(ruo)持續(xu)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時間較長，采取(qu)如(ru)上(shang)方法后，仍須履(lv)行(xing)爐內補碳措(cuo)施。出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度按澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度控(kong)制(zhi)，殼體類鑄鐵(tie)件合適(shi)的(de)(de)澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度為（1440±20）℃，能夠實現(xian)(xian)“高(gao)溫(wen)(wen)(wen)出(chu)(chu)鐵(tie)，適(shi)溫(wen)(wen)(wen)澆注(zhu)”，嚴格掌握和(he)控(kong)制(zhi)住當然好。因為出(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度低將導致(zhi)澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度低于(yu)1380℃，既不利于(yu)脫硫、除氣，而且 別影響孕(yun)育處理效(xiao)果(guo)。隨著(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)降低，冷隔、輪廓不清晰等問題明顯增加。
4．鐵(tie)液的(de)孕育(yu)處理
對生產鑄(zhu)鐵平板(ban)用HT250進(jin)行孕育處(chu)理(li)，賴以提高材質(zhi)的耐磨性(xing)(xing)，使鑄(zhu)件的組織(zhi)和(he)性(xing)(xing)能得以明顯gaishan， 提高各(ge)斷面上的硬度值，而且要在穩定(ding)厚斷面上的珠光體量方面有相同作用，還可(ke)gaishan其(qi)壁厚的mingan性(xing)(xing)和(he)鑄(zhu)件在機械加(jia)工(gong)時良好的切削性(xing)(xing)能，尤(you)其(qi)是對防止殼(ke)體鑄(zhu)件的疏(shu)松、滲漏(lou)有 殊作用。
孕(yun)(yun)育(yu)(yu)劑的(de)加入量依(yi)生(sheng)產平板(ban)鑄件的(de)壁(bi)厚(hou)、化(hua)學成分和(he)澆注溫度等因素確定，以壁(bi)厚(hou)處(chu)不(bu)出現疏(shu)松、滲(shen)漏，壁(bi)厚(hou)處(chu)不(bu)出現硬區為原(yuan)則。生(sheng)產實踐表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)(yun)育(yu)(yu)劑是提高強度灰鑄鐵為理(li)想(xiang)的(de)孕(yun)(yun)育(yu)(yu)劑，此種(zhong)(zhong)孕(yun)(yun)育(yu)(yu)劑發揮(hui)鋇(bei)（Ba）的(de)kangshuai退能(neng)力(li)(li)及提高A型(xing)石墨占有率，鍶（Sr）的(de) 強xiaochu白口能(neng)力(li)(li)，鈣（Ca）和(he)硅（Si）所起的(de)輔助孕(yun)(yun)育(yu)(yu)和(he)shentou作用(yong)。這種(zhong)(zhong)強度組合的(de)孕(yun)(yun)育(yu)(yu)劑，是生(sheng)產高強度鑄鐵孕(yun)(yun)育(yu)(yu)處(chu)理(li)中(zhong)較為理(li)想(xiang)的(de)選擇。
孕(yun)育次(ci)數與孕(yun)育效果的關(guan)系，隨孕(yun)育次(ci)數增加，鑄鐵內(nei)部石(shi)墨(mo)(mo)分(fen)布(bu)均勻程度(du)gaishan，A型(xing)石(shi)墨(mo)(mo)占(zhan)有(you)率和石(shi)墨(mo)(mo)長度(du)區別較(jiao)大，經兩次(ci)以(yi)上(shang)孕(yun)育的A型(xing)石(shi)墨(mo)(mo)占(zhan)有(you)率高，分(fen)布(bu)均勻，長度(du)適中。 重要(yao)的是多次(ci)孕(yun)育促使非自(zi)發(fa)晶核數量增多，強化(hua)了(le)基體，從(cong)而提高并穩定了(le)鑄鐵的強度(du)。
經隨流復合孕(yun)育(yu)(yu)(yu)處理(li)，避免鐵液(ye)(ye)隨流孕(yun)育(yu)(yu)(yu)滯后于澆注是控制孕(yun)育(yu)(yu)(yu)效果的關鍵。孕(yun)育(yu)(yu)(yu)處理(li)后的鐵液(ye)(ye)應在限定(ding)時間內澆注完畢，一般(ban)不超過(guo)8min，包內二次孕(yun)育(yu)(yu)(yu)3～5min孕(yun)育(yu)(yu)(yu)效果佳。
