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(tie)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。
高強度低(di)合金化孕育鑄鐵(tie)(tie)鑄鐵(tie)(tie)平(ping)板(ban)的(de)(de)成分設計，首先要考慮鐵(tie)(tie)液(ye)碳當(dang)量(liang)與冷(leng)卻速(su)度的(de)(de)影響作用。碳當(dang)量(liang)過高，鑄件(jian)厚(hou)壁(bi)處(chu)冷(leng)卻速(su)度緩慢，鑄件(jian)厚(hou)壁(bi)處(chu)易產生(sheng)晶(jing)粒粗大、組織疏松(song)，若碳當(dang)量(liang)過低(di)，鑄件(jian)薄(bo)壁(bi)處(chu)易形成硬點(dian)或局(ju)部硬區，導致(zhi)切削(xue)性能變差。將碳當(dang)量(liang)控制在(zai)3.95％～4.05％，即(ji)可(ke)保(bao)證材質的(de)(de)力學性能，又接近共(gong)晶(jing)點(dian)，其鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)凝固溫度范圍較窄(zhai)，為鐵(tie)(tie)液(ye)實(shi)現“低(di)溫”澆注創造了條件(jian)；而(er)且有利于削(xue)除平(ping)板(ban)鑄件(jian)的(de)(de)氣孔、縮孔缺陷。
其(qi)次要考慮合金元素(su)的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，鉻(ge)、銅(tong)元素(su)在(zai)共(gong)晶(jing)轉變中，鉻(ge)阻礙石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)，促成(cheng)碳化(hua)物(wu)、cujin白(bai)口；而銅(tong)則(ze)cujin石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，減少(shao)斷面白(bai)口。兩元素(su)相互(hu)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)一定(ding)程度(du)上(shang)得到(dao)中和，避免在(zai)共(gong)晶(jing)轉變中產生滲(shen)碳體而導致鑄(zhu)(zhu)件薄壁(bi)處(chu)形(xing)成(cheng)白(bai)口或硬度(du)提(ti)(ti)高(gao)(gao)；而在(zai)共(gong)析轉變中，鉻(ge)和銅(tong)都可以(yi)起到(dao)穩(wen)(wen)定(ding)和細化(hua)珠(zhu)(zhu)(zhu)光體的(de)復(fu)合作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，但各(ge)自的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)又不盡相同。以(yi)恰(qia)當(dang)比例配合，能 發揮兩者各(ge)自的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。在(zai)含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)(zhu)鐵中加入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠(zhu)(zhu)(zhu)光體轉變，提(ti)(ti)高(gao)(gao)并穩(wen)(wen)定(ding)珠(zhu)(zhu)(zhu)光體量(liang)和細化(hua)珠(zhu)(zhu)(zhu)光體，cujinA型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)產生和均化(hua)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)形(xing)態(tai)；銅(tong)還能少(shao)許提(ti)(ti)高(gao)(gao)含量(liang)，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)流動(dong)性，這(zhe)尤(you)其(qi)對(dui)殼體薄壁(bi)累鑄(zhu)(zhu)件有利。復(fu)合加入(ru)鉻(ge)、銅(tong)可使鑄(zhu)(zhu)鐵平板(ban)鑄(zhu)(zhu)件致密性進一步提(ti)(ti)高(gao)(gao)。
2．嚴(yan)把原輔料質量(liang)關(guan)
入(ru)廠原輔材料須進(jin)行(xing)取(qu)樣分析，做到心中(zhong)有(you)數，不合格的(de)原輔材料投入(ru)使用(yong)(yong)。要(yao)保(bao)證工作量的(de)原鐵液，選(xuan)用(yong)(yong)高碳、低磷、低硫、低干擾（生鐵供應商要(yao)有(you)微(wei)量元素分析報告單）元素的(de)生鐵；選(xuan)用(yong)(yong)純(chun)凈的(de)中(zhong)碳鋼，對(dui)(dui)其所含成(cheng)分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微(wei)量元素以化驗結(jie)果決(jue)定(ding)取(qu)舍，對(dui)(dui)能穩定(ding)珠(zhu)光體的(de)廢鋼成(cheng)分優先(xian)選(xuan)用(yong)(yong)。生鐵和廢鋼經過(guo)除銹(xiu)處(chu)理后方能允許使用(yong)(yong)，附著油污的(de)要(yao)經250°烘烤。
對(dui)鐵合金(jin)、孕(yun)育劑(ji)同樣采(cai)用定(ding)點采(cai)購(gou)，力求(qiu)成(cheng)分(fen)(fen)穩定(ding)，塊度（粒度）合格。分(fen)(fen)類堆放，避免受潮。這樣的要求(qiu)避免了鑄(zhu)鐵爐(lu)料“遺傳性”帶(dai)來的缺陷。
（1）堅持把理論配(pei)料(liao)（配(pei)料(liao)計算）和實(shi)踐經驗相(xiang)結合(he)。無論采取(qu)試算法還(huan)是圖解法，理論上計算的配(pei)料(liao)數據，不能確定(ding)為終配(pei)比，還(huan)要(yao)掌握中頻爐熔化過程中元素的變化規(gui)律(lv)。如果爐襯(chen)屬酸性材(cai)料(liao)，鐵(tie)液溫度＞1500℃，在Si的加入量上只能取(qu)下限，而碳取(qu)上線。
（2）掌握各種入爐金屬材(cai)料(liao)(liao)的化學成分和各元(yuan)(yuan)素燒損與還原規律。對回爐鐵（澆冒口、報廢鑄件）的分類堆放、編號(hao)記載，提(ti)出成分明確的嚴格要求。爐內還原的元(yuan)(yuan)素在配(pei)料(liao)(liao)時(shi)減去，爐內燒損的元(yuan)(yuan)素配(pei)料(liao)(liao)時(shi)補上。
（3）合金元(yuan)素以(yi)一(yi)次性配入(ru)為原則，除Si以(yi)外(wai)其它配料(liao)時(shi)取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在(zai)(zai)熔清扒渣(zha)后加(jia)入(ru)，在(zai)(zai)酸性爐(lu)中燒損少(shao)。C、Si在(zai)(zai)扒渣(zha)及孕育(yu)時(shi)還可以(yi)補充(chong)。 感應爐(lu)熔煉鑄件而(er)言，遵循先增碳后加(jia)硅的原則。
（4）對P、S含量(liang)的(de)控制，P、S量(liang)主(zhu)要(yao)來(lai)源(yuan)于xinsheng鐵(tie)，可以(yi)(yi)通過選(xuan)擇爐料將(jiang)P、S量(liang)控制在(zai)要(yao)求(qiu)范(fan)圍(wei)內，所(suo)以(yi)(yi)要(yao)使xinsheng鐵(tie)的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這(zhe)樣在(zai)配料計算時P、S量(liang) 可以(yi)(yi)不于考慮。（因鑄件的(de)技術要(yao)求(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入(ru)爐的所(suo)有(you)金屬材料(liao)均(jun)嚴格按照要(yao)求準確計(ji)量。
3．電爐熔煉鑄鐵平板的控(kong)制
要根據中頻電爐的(de)冶(ye)金 性(xing)編制(zhi)合(he)理的(de)熔(rong)煉工藝，從裝料。溫(wen)度控(kong)制(zhi)及在各不同溫(wen)度下加入合(he)金、增碳劑(ji)、造(zao)渣劑(ji)以及出鐵溫(wen)度各個環節(jie)嚴格控(kong)制(zhi)，力(li)求(qiu)用短的(de)熔(rong)煉時間、小的(de)合(he)金燒(shao)損與氧化，達到控(kong)制(zhi)和穩定金相組織，提高鑄件(jian)質量的(de)目的(de)。
在生產實踐中(zhong)，我們將整個(ge)熔(rong)煉全(quan)過程(cheng)分為(wei)三期 溫(wen)度(du)進(jin)行控制。這里所(suo)謂的三期溫(wen)度(du)指：熔(rong)清溫(wen)度(du)、扒渣溫(wen)度(du)和出(chu)鐵(tie)溫(wen)度(du)。
熔(rong)(rong)清(qing)溫(wen)度(du)：即(ji)取樣(yang)(yang)溫(wen)度(du)以(yi)前(qian)的(de)(de)熔(rong)(rong)化期(qi)，決定著合(he)金(jin)元素(su)的(de)(de)吸收與化學成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)平衡(heng)，因此(ci)要避免(mian)高溫(wen)熔(rong)(rong)化加(jia)料，避免(mian)搭棚“結(jie)殼”。否則鐵(tie)液(ye)(ye)處(chu)于沸(fei)騰(teng)或高溫(wen)狀態、碳元素(su)燒損加(jia)劇，硅元素(su)不斷在(zai)還原，鐵(tie)液(ye)(ye)氧化加(jia)劇雜質(zhi)增加(jia)，按工藝(yi)要求熔(rong)(rong)化溫(wen)度(du)控制在(zai)1365℃以(yi)下(xia)，取樣(yang)(yang)溫(wen)度(du)控制在(zai)（1420±10）℃。取樣(yang)(yang)溫(wen)度(du)低了存在(zai)鐵(tie)合(he)金(jin)未熔(rong)(rong)化完，取的(de)(de)試(shi)樣(yang)(yang)化學成(cheng)分(fen)(fen)勢(shi)無代表性;溫(wen)度(du)過高，合(he)金(jin)燒損或還原，還會影響到練期(qi)的(de)(de)成(cheng)分(fen)(fen)調整。取樣(yang)(yang)后應控制中頻爐功率(lv)。在(zai)爐前(qian)質(zhi)量(liang)管(guan)理儀對化學成(cheng)分(fen)(fen)顯(xian)示出結(jie)果(guo)后恰好進入到扒渣溫(wen)度(du)。
扒(ba)(ba)渣溫(wen)(wen)度(du): 扒(ba)(ba)渣溫(wen)(wen)度(du)是決(jue)定鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)質量的(de)(de)重(zhong)要(yao)環節，因為它與(yu)成分穩定、孕育處(chu)理的(de)(de)效果(guo)密(mi)切相(xiang)關，并直(zhi)接影響(xiang)到(dao)出鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)控制。扒(ba)(ba)渣溫(wen)(wen)度(du)過高(gao)加劇鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)石墨晶(jing)核燒損(sun)和硅的(de)(de)還原(yuan)， 別(bie)對酸(suan)性(xing)爐襯，理論上鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)含硅偏高(gao)后(hou)將產(chan)生排(pai)碳作(zuo)用，影響(xiang)按溫(wen)(wen)度(du)系結晶(jing)，存在著產(chan)生反白口的(de)(de)傾向；若溫(wen)(wen)度(du)過低，鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)長(chang)時間被裸露，碳、硅燒損(sun)嚴重(zhong)。再次調整成分時，不僅延長(chang)熔煉(lian)時間使鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)過熱，而(er)且(qie)易使成分失控，zengda鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)過冷(leng)度(du)，使正常結晶(jing)受(shou)到(dao)破壞。
出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)：為(wei)保證(zheng)澆注(zhu)和(he)孕育(yu)的(de)(de)佳(jia)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)，我們一般控(kong)制(zhi)在1520～1550℃。出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)高(gao)(gao)和(he)低(di)都會對鑄鐵(tie)的(de)(de)結晶和(he)孕育(yu)效(xiao)果帶(dai)來影(ying)響，如(ru)果溫(wen)度(du)(du)(du)(du)過高(gao)(gao)（超過工藝規定溫(wen)度(du)(du)(du)(du)30℃以(yi)上），盡管爐(lu)前(qian)快速分(fen)析C、Si也適中,但試(shi)澆三角試(shi)片白(bai)口(kou)(kou)(kou)shendu會過大或部位顯(xian)現(xian)麻口(kou)(kou)(kou)。出現(xian)此種(zhong)情況即使(shi)采(cai)取措施向(xiang)爐(lu)內補(bu)加(jia)碳zengda孕育(yu)量，筆者(zhe)的(de)(de)實(shi)踐經驗是效(xiao)果欠佳(jia)，且需在調低(di)中頻(pin)功率(lv)后，進行爐(lu)內降溫(wen)處理，即向(xiang)爐(lu)內加(jia)入鐵(tie)液總(zong)量10-15經過烘烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試(shi)片斷口(kou)(kou)(kou)心部麻口(kou)(kou)(kou) 轉為(wei)灰口(kou)(kou)(kou)，的(de)(de)白(bai)口(kou)(kou)(kou)shendu變小。若持續高(gao)(gao)溫(wen)時(shi)間(jian)較(jiao)長，采(cai)取如(ru)上方法后，仍須履行爐(lu)內補(bu)碳措施。出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)按(an)澆注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)，殼體(ti)類鑄鐵(tie)件(jian)合適的(de)(de)澆注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)（1440±20）℃，能夠實(shi)現(xian)“高(gao)(gao)溫(wen)出鐵(tie)，適溫(wen)澆注(zhu)”，嚴格掌握(wo)和(he)控(kong)制(zhi)住當(dang)然好。因(yin)為(wei)出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)低(di)將導致澆注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)低(di)于1380℃，既(ji)不利于脫硫(liu)、除氣，而且 別(bie)影(ying)響孕育(yu)處理效(xiao)果。隨著溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)降低(di)，冷(leng)隔、輪廓(kuo)不清晰等問題(ti)明顯(xian)增加(jia)。
4．鐵液(ye)的孕育處理
對生(sheng)產鑄鐵平板用HT250進(jin)行孕育處理，賴以提高材(cai)質(zhi)的(de)(de)(de)耐磨性(xing)，使(shi)鑄件(jian)的(de)(de)(de)組織和性(xing)能得以明顯gaishan， 提高各(ge)斷面上的(de)(de)(de)硬度值，而且要在(zai)穩定厚斷面上的(de)(de)(de)珠光體(ti)量方面有相同作(zuo)(zuo)用，還可(ke)gaishan其壁厚的(de)(de)(de)mingan性(xing)和鑄件(jian)在(zai)機械加工時(shi)良好(hao)的(de)(de)(de)切削(xue)性(xing)能，尤其是對防止殼(ke)體(ti)鑄件(jian)的(de)(de)(de)疏(shu)松(song)、滲漏有 殊作(zuo)(zuo)用。
孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑的加入量(liang)依生產(chan)平板鑄件的壁厚、化學成分和澆注溫度(du)等因素確定，以壁厚處(chu)不(bu)出(chu)現疏松、滲漏，壁厚處(chu)不(bu)出(chu)現硬區為原則。生產(chan)實踐表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑是提(ti)高(gao)強(qiang)度(du)灰鑄鐵(tie)為理想(xiang)的孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑，此種孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑發(fa)揮鋇（Ba）的kangshuai退能力及提(ti)高(gao)A型石墨占有率，鍶（Sr）的 強(qiang)xiaochu白(bai)口能力，鈣（Ca）和硅（Si）所(suo)起的輔(fu)助孕(yun)(yun)(yun)育(yu)和shentou作用。這種強(qiang)度(du)組合的孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑，是生產(chan)高(gao)強(qiang)度(du)鑄鐵(tie)孕(yun)(yun)(yun)育(yu)處(chu)理中較為理想(xiang)的選擇。
孕育次(ci)數與孕育效果的關系(xi)，隨(sui)孕育次(ci)數增加，鑄鐵(tie)內部石(shi)墨(mo)分布均勻(yun)程度(du)gaishan，A型石(shi)墨(mo)占有率和石(shi)墨(mo)長(chang)度(du)區別較大，經兩次(ci)以上孕育的A型石(shi)墨(mo)占有率高，分布均勻(yun)，長(chang)度(du)適中。 重要的是多次(ci)孕育促使非自發晶(jing)核(he)數量增多，強化了基體(ti)，從而提高并穩定了鑄鐵(tie)的強度(du)。
經隨流(liu)復合孕(yun)(yun)育(yu)(yu)(yu)處理，避免鐵液(ye)隨流(liu)孕(yun)(yun)育(yu)(yu)(yu)滯后于(yu)澆(jiao)注是控制孕(yun)(yun)育(yu)(yu)(yu)效果的(de)關鍵。孕(yun)(yun)育(yu)(yu)(yu)處理后的(de)鐵液(ye)應在(zai)限(xian)定時間內澆(jiao)注完(wan)畢(bi)，一般不超過(guo)8min，包(bao)內二次孕(yun)(yun)育(yu)(yu)(yu)3～5min孕(yun)(yun)育(yu)(yu)(yu)效果佳。
