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(gao)強度合金灰鑄鐵成分的設(she)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。
高強度低合金化孕(yun)育(yu)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平板的(de)成分(fen)設(she)計，首先要考慮鐵(tie)液碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)與冷(leng)卻(que)(que)速(su)度的(de)影響(xiang)作用(yong)。碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)過(guo)高，鑄(zhu)(zhu)件厚壁(bi)處冷(leng)卻(que)(que)速(su)度緩(huan)慢(man)，鑄(zhu)(zhu)件厚壁(bi)處易(yi)產生晶粒粗(cu)大(da)、組(zu)織疏松，若碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)過(guo)低，鑄(zhu)(zhu)件薄壁(bi)處易(yi)形成硬(ying)點或局部硬(ying)區，導致切削性能(neng)變(bian)差。將碳(tan)(tan)當(dang)量(liang)控制在(zai)3.95％～4.05％，即可保證材(cai)質的(de)力學性能(neng)，又接近(jin)共晶點，其鐵(tie)液的(de)凝固(gu)溫度范圍較(jiao)窄，為鐵(tie)液實現“低溫”澆注創造了條件；而且(qie)有利于(yu)削除平板鑄(zhu)(zhu)件的(de)氣(qi)孔、縮孔缺陷。
其(qi)次(ci)要考(kao)慮合(he)金(jin)元素的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，鉻(ge)、銅(tong)元素在共晶(jing)轉(zhuan)變(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)，鉻(ge)阻礙石墨(mo)化(hua)，促成(cheng)碳(tan)化(hua)物、cujin白(bai)口(kou)(kou)；而銅(tong)則cujin石墨(mo)化(hua)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，減少(shao)(shao)斷面白(bai)口(kou)(kou)。兩元素相互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)在一(yi)定(ding)程度(du)上得到(dao)中(zhong)(zhong)(zhong)和(he)(he)，避(bi)免在共晶(jing)轉(zhuan)變(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)產生滲碳(tan)體(ti)而導致鑄(zhu)件(jian)薄(bo)壁(bi)處(chu)形成(cheng)白(bai)口(kou)(kou)或硬度(du)提高(gao)；而在共析轉(zhuan)變(bian)中(zhong)(zhong)(zhong)，鉻(ge)和(he)(he)銅(tong)都可(ke)以起到(dao)穩定(ding)和(he)(he)細(xi)化(hua)珠光體(ti)的(de)復(fu)合(he)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，但各(ge)自的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)又(you)不(bu)盡相同(tong)。以恰當(dang)比例配合(he)，能 發揮兩者各(ge)自的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。在含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)加入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)不(bu)僅(jin)cujin珠光體(ti)轉(zhuan)變(bian)，提高(gao)并穩定(ding)珠光體(ti)量和(he)(he)細(xi)化(hua)珠光體(ti)，cujinA型石墨(mo)產生和(he)(he)均化(hua)石墨(mo)形態；銅(tong)還能少(shao)(shao)許提高(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)鐵(tie)的(de)流動性，這尤其(qi)對殼(ke)體(ti)薄(bo)壁(bi)累(lei)鑄(zhu)件(jian)有利。復(fu)合(he)加入(ru)鉻(ge)、銅(tong)可(ke)使鑄(zhu)鐵(tie)平板鑄(zhu)件(jian)致密性進(jin)一(yi)步(bu)提高(gao)。
2．嚴把原輔料質量關(guan)
入廠(chang)原(yuan)輔材料須進(jin)行取(qu)樣分析(xi)，做(zuo)到心中有(you)數(shu)，不合格的(de)原(yuan)輔材料投入使用(yong)(yong)。要(yao)保證工作量的(de)原(yuan)鐵(tie)液，選用(yong)(yong)高碳、低磷、低硫、低干擾（生鐵(tie)供應商要(yao)有(you)微量元素分析(xi)報告單）元素的(de)生鐵(tie)；選用(yong)(yong)純凈的(de)中碳鋼(gang)，對(dui)其所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等(deng)微量元素以化驗結(jie)果決定取(qu)舍(she)，對(dui)能(neng)穩定珠(zhu)光體(ti)的(de)廢鋼(gang)成分優先選用(yong)(yong)。生鐵(tie)和廢鋼(gang)經過除銹處理后(hou)方(fang)能(neng)允許(xu)使用(yong)(yong)，附著油(you)污的(de)要(yao)經250°烘(hong)烤(kao)。
對鐵合金、孕育(yu)劑(ji)同樣(yang)采用定點(dian)采購(gou)，力求(qiu)成分穩(wen)定，塊度（粒度）合格。分類堆(dui)放，避(bi)免(mian)受潮(chao)。這樣(yang)的(de)要求(qiu)避(bi)免(mian)了鑄鐵爐(lu)料“遺傳(chuan)性”帶來的(de)缺(que)陷。
（1）堅持(chi)把理(li)論配(pei)(pei)料（配(pei)(pei)料計算(suan)）和實踐經驗相(xiang)結合。無(wu)論采取試(shi)算(suan)法還是圖解法，理(li)論上計算(suan)的(de)配(pei)(pei)料數據，不能確定為終配(pei)(pei)比，還要掌握中(zhong)頻爐熔化(hua)過程(cheng)中(zhong)元素的(de)變(bian)化(hua)規律。如果爐襯(chen)屬(shu)酸性材料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的(de)加入(ru)量上只能取下限，而碳取上線。
（2）掌握各(ge)種入爐金屬材料(liao)的(de)化學成分(fen)(fen)和各(ge)元素燒損(sun)與還原(yuan)規律。對回(hui)爐鐵（澆冒口、報廢鑄件）的(de)分(fen)(fen)類(lei)堆放、編號(hao)記載，提出成分(fen)(fen)明確的(de)嚴格(ge)要求。爐內(nei)還原(yuan)的(de)元素在(zai)配料(liao)時減去(qu)，爐內(nei)燒損(sun)的(de)元素配料(liao)時補上。
（3）合金(jin)元素以一次性配(pei)(pei)入為原則(ze)，除Si以外(wai)其它配(pei)(pei)料時取中限，合金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等(deng)）可(ke)在熔清(qing)扒(ba)渣(zha)后(hou)加入，在酸(suan)性爐中燒損少。C、Si在扒(ba)渣(zha)及孕育時還可(ke)以補充(chong)。 感應(ying)爐熔煉鑄件(jian)而言，遵(zun)循先增碳后(hou)加硅的原則(ze)。
（4）對P、S含量的控制(zhi)(zhi)，P、S量主要來源于xinsheng鐵，可以(yi)通過選擇爐料將(jiang)P、S量控制(zhi)(zhi)在(zai)要求范(fan)圍內(nei)，所以(yi)要使xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這(zhe)樣在(zai)配(pei)料計算時P、S量 可以(yi)不(bu)于考慮(lv)。（因(yin)鑄件的技術要求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡(fan)入爐(lu)的所有金屬材料均嚴格(ge)按照要求準(zhun)確計量。
3．電爐熔煉(lian)鑄(zhu)鐵平板的(de)控制
要根據(ju)中頻電爐(lu)的(de)冶金 性(xing)編制合(he)理(li)的(de)熔(rong)煉工藝，從裝料。溫度(du)控(kong)制及在各不同溫度(du)下加入(ru)合(he)金、增碳劑(ji)、造(zao)渣劑(ji)以及出鐵溫度(du)各個環節嚴(yan)格控(kong)制，力求用短的(de)熔(rong)煉時(shi)間、小(xiao)的(de)合(he)金燒損與氧化，達到控(kong)制和穩定金相組織，提高鑄件(jian)質量的(de)目(mu)的(de)。
在生(sheng)產實(shi)踐(jian)中，我(wo)們將整個熔煉(lian)全過程分為三期 溫(wen)度(du)(du)(du)進行控制。這(zhe)里所謂的三期溫(wen)度(du)(du)(du)指：熔清溫(wen)度(du)(du)(du)、扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)和出鐵溫(wen)度(du)(du)(du)。
熔(rong)(rong)清溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)：即取樣溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)前的(de)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)期，決定(ding)著合金元(yuan)素(su)的(de)吸收與化(hua)(hua)學(xue)成分的(de)平衡，因此(ci)要避免高溫(wen)(wen)(wen)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)加(jia)(jia)料，避免搭(da)棚“結殼”。否則(ze)鐵(tie)液處于沸騰或高溫(wen)(wen)(wen)狀態、碳元(yuan)素(su)燒損加(jia)(jia)劇(ju)，硅元(yuan)素(su)不斷在(zai)(zai)還(huan)原，鐵(tie)液氧(yang)化(hua)(hua)加(jia)(jia)劇(ju)雜質(zhi)增加(jia)(jia)，按工藝要求熔(rong)(rong)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控(kong)(kong)制(zhi)在(zai)(zai)1365℃以(yi)下，取樣溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控(kong)(kong)制(zhi)在(zai)(zai)（1420±10）℃。取樣溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)低(di)了存(cun)在(zai)(zai)鐵(tie)合金未(wei)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)完(wan)，取的(de)試樣化(hua)(hua)學(xue)成分勢無代表性;溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)過高，合金燒損或還(huan)原，還(huan)會影(ying)響到練期的(de)成分調整。取樣后應控(kong)(kong)制(zhi)中(zhong)頻爐功率。在(zai)(zai)爐前質(zhi)量(liang)管理儀對(dui)化(hua)(hua)學(xue)成分顯示出結果后恰好進入到扒(ba)渣溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。
扒(ba)渣(zha)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du): 扒(ba)渣(zha)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)是(shi)決定鐵液(ye)質量的(de)(de)重(zhong)要環節，因為它與成(cheng)分(fen)穩定、孕育處理(li)的(de)(de)效果密切相(xiang)關，并直接影(ying)響(xiang)到(dao)出鐵溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)控制。扒(ba)渣(zha)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)過高加劇鐵液(ye)石墨晶核燒損(sun)和硅的(de)(de)還(huan)原， 別對酸(suan)性爐(lu)襯，理(li)論上鐵液(ye)含(han)硅偏(pian)高后將產生(sheng)排碳作用，影(ying)響(xiang)按(an)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)系結(jie)晶，存在(zai)著產生(sheng)反白(bai)口的(de)(de)傾向；若溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)過低，鐵液(ye)長時間被裸露，碳、硅燒損(sun)嚴(yan)重(zhong)。再次(ci)調整成(cheng)分(fen)時，不僅延長熔煉時間使鐵液(ye)過熱，而(er)且易使成(cheng)分(fen)失控，zengda鐵液(ye)的(de)(de)過冷度(du)(du)，使正常結(jie)晶受到(dao)破(po)壞。
出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)：為(wei)保證澆(jiao)注和(he)孕(yun)(yun)育(yu)的佳(jia)(jia)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，我們一(yi)般控(kong)制(zhi)在(zai)1520～1550℃。出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的高(gao)(gao)和(he)低(di)都會對鑄鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的結(jie)晶(jing)和(he)孕(yun)(yun)育(yu)效(xiao)果(guo)(guo)帶(dai)來影響，如果(guo)(guo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)過高(gao)(gao)（超過工藝規定溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)30℃以(yi)上），盡管爐(lu)(lu)前(qian)快速分析C、Si也適中,但試澆(jiao)三角試片白口(kou)shendu會過大或部(bu)位(wei)顯現(xian)麻口(kou)。出現(xian)此(ci)種(zhong)情況即使采取(qu)措施向爐(lu)(lu)內(nei)補(bu)加碳(tan)zengda孕(yun)(yun)育(yu)量，筆者的實(shi)踐經驗是效(xiao)果(guo)(guo)欠佳(jia)(jia)，且需在(zai)調低(di)中頻功(gong)率后，進行(xing)爐(lu)(lu)內(nei)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)處(chu)理，即向爐(lu)(lu)內(nei)加入鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液總(zong)量10-15經過烘烤的xinsheng鐵(tie)(tie)(tie)(tie)，這樣試片斷口(kou)心部(bu)麻口(kou) 轉為(wei)灰口(kou)，的白口(kou)shendu變小。若持(chi)續(xu)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)間較長，采取(qu)如上方法后，仍(reng)須履行(xing)爐(lu)(lu)內(nei)補(bu)碳(tan)措施。出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)按澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)，殼(ke)體類鑄鐵(tie)(tie)(tie)(tie)件合適的澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)（1440±20）℃，能(neng)夠實(shi)現(xian)“高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)(wen)澆(jiao)注”，嚴格掌(zhang)握和(he)控(kong)制(zhi)住(zhu)當(dang)然好(hao)。因為(wei)出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)將導(dao)致澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)于1380℃，既不(bu)利于脫(tuo)硫(liu)、除氣(qi)，而且 別影響孕(yun)(yun)育(yu)處(chu)理效(xiao)果(guo)(guo)。隨(sui)著溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的降低(di)，冷(leng)隔、輪廓(kuo)不(bu)清晰等(deng)問題明顯增加。
4．鐵液的(de)孕育處理
對生產鑄(zhu)鐵平板(ban)用HT250進行(xing)孕育處理(li)，賴以提高(gao)材(cai)質的(de)耐(nai)磨(mo)性，使鑄(zhu)件(jian)的(de)組織和(he)性能得(de)以明顯gaishan， 提高(gao)各斷面上(shang)的(de)硬度值，而且(qie)要在穩(wen)定厚(hou)斷面上(shang)的(de)珠光(guang)體(ti)量方(fang)面有(you)相同作用，還(huan)可gaishan其壁厚(hou)的(de)mingan性和(he)鑄(zhu)件(jian)在機械(xie)加工時良好(hao)的(de)切(qie)削性能，尤其是對防止殼體(ti)鑄(zhu)件(jian)的(de)疏松、滲漏有(you) 殊(shu)作用。
孕育劑(ji)的(de)(de)加入量依(yi)生產(chan)平(ping)板鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)壁(bi)厚(hou)、化(hua)學成分和(he)澆(jiao)注溫度等因素(su)確定(ding)，以壁(bi)厚(hou)處(chu)不(bu)出(chu)現疏(shu)松、滲漏(lou)，壁(bi)厚(hou)處(chu)不(bu)出(chu)現硬區為(wei)原則(ze)。生產(chan)實(shi)踐(jian)表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育劑(ji)是提高(gao)強度灰鑄(zhu)(zhu)鐵為(wei)理(li)想(xiang)的(de)(de)孕育劑(ji)，此種孕育劑(ji)發揮鋇(bei)（Ba）的(de)(de)kangshuai退(tui)能力(li)及(ji)提高(gao)A型石墨占(zhan)有率，鍶（Sr）的(de)(de) 強xiaochu白口能力(li)，鈣（Ca）和(he)硅（Si）所起(qi)的(de)(de)輔助孕育和(he)shentou作用(yong)。這種強度組合的(de)(de)孕育劑(ji)，是生產(chan)高(gao)強度鑄(zhu)(zhu)鐵孕育處(chu)理(li)中(zhong)較為(wei)理(li)想(xiang)的(de)(de)選擇(ze)。
孕育(yu)次(ci)數與孕育(yu)效果(guo)的關(guan)系(xi)，隨孕育(yu)次(ci)數增加，鑄(zhu)鐵內部石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)分布(bu)均(jun)勻(yun)程(cheng)度(du)(du)(du)gaishan，A型石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)占有(you)率和(he)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)長度(du)(du)(du)區別較大，經兩次(ci)以(yi)上孕育(yu)的A型石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)占有(you)率高，分布(bu)均(jun)勻(yun)，長度(du)(du)(du)適中(zhong)。 重要的是多次(ci)孕育(yu)促使非自發晶核數量增多，強化(hua)了基(ji)體(ti)，從(cong)而提高并穩(wen)定(ding)了鑄(zhu)鐵的強度(du)(du)(du)。
經隨流復(fu)合孕(yun)育(yu)處(chu)理，避免鐵(tie)液隨流孕(yun)育(yu)滯后(hou)于(yu)澆注(zhu)是(shi)控制孕(yun)育(yu)效果的(de)關鍵(jian)。孕(yun)育(yu)處(chu)理后(hou)的(de)鐵(tie)液應(ying)在限定(ding)時間內澆注(zhu)完畢，一般不超過8min，包內二次孕(yun)育(yu)3～5min孕(yun)育(yu)效果佳。
