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)低合金化孕育鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵平(ping)(ping)板的(de)成分(fen)設計，首先(xian)要考(kao)慮鐵液碳(tan)當(dang)(dang)(dang)量(liang)(liang)與冷卻速度(du)的(de)影響作用(yong)。碳(tan)當(dang)(dang)(dang)量(liang)(liang)過(guo)高，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)厚壁處(chu)冷卻速度(du)緩慢，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)厚壁處(chu)易(yi)產生晶粒粗(cu)大(da)、組(zu)織疏松，若(ruo)碳(tan)當(dang)(dang)(dang)量(liang)(liang)過(guo)低，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)薄壁處(chu)易(yi)形(xing)成硬點或局部硬區(qu)，導致切削性能(neng)變差。將碳(tan)當(dang)(dang)(dang)量(liang)(liang)控制(zhi)在(zai)3.95％～4.05％，即可保證材質的(de)力學性能(neng)，又接近共晶點，其鐵液的(de)凝(ning)固溫度(du)范圍較(jiao)窄，為(wei)鐵液實現“低溫”澆注創(chuang)造(zao)了(le)條件(jian)；而且有利(li)于削除平(ping)(ping)板鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)氣孔(kong)、縮孔(kong)缺陷。
其次(ci)要考(kao)慮合金元素(su)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，鉻(ge)(ge)、銅(tong)元素(su)在共(gong)晶轉(zhuan)變(bian)(bian)中(zhong)，鉻(ge)(ge)阻礙石(shi)(shi)墨化(hua)(hua)(hua)，促(cu)成碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)、cujin白口(kou)；而銅(tong)則cujin石(shi)(shi)墨化(hua)(hua)(hua)作(zuo)(zuo)用，減少(shao)(shao)斷(duan)面白口(kou)。兩(liang)元素(su)相互作(zuo)(zuo)用在一定程度(du)上得到中(zhong)和，避免在共(gong)晶轉(zhuan)變(bian)(bian)中(zhong)產生滲碳體(ti)(ti)而導致(zhi)鑄(zhu)件薄(bo)壁處形成白口(kou)或硬度(du)提(ti)(ti)高(gao)(gao)；而在共(gong)析轉(zhuan)變(bian)(bian)中(zhong)，鉻(ge)(ge)和銅(tong)都可以(yi)(yi)起(qi)到穩(wen)定和細化(hua)(hua)(hua)珠(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)復合作(zuo)(zuo)用，但各自(zi)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用又不(bu)盡相同(tong)。以(yi)(yi)恰當(dang)比(bi)例配(pei)合，能(neng)(neng) 發揮(hui)兩(liang)者各自(zi)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。在含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)鐵中(zhong)加入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)不(bu)僅cujin珠(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)，提(ti)(ti)高(gao)(gao)并(bing)穩(wen)定珠(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)量和細化(hua)(hua)(hua)珠(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)，cujinA型石(shi)(shi)墨產生和均(jun)化(hua)(hua)(hua)石(shi)(shi)墨形態；銅(tong)還能(neng)(neng)少(shao)(shao)許提(ti)(ti)高(gao)(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)鐵的(de)(de)(de)流動性，這(zhe)尤其對殼體(ti)(ti)薄(bo)壁累鑄(zhu)件有利。復合加入(ru)鉻(ge)(ge)、銅(tong)可使(shi)鑄(zhu)鐵平板(ban)鑄(zhu)件致(zhi)密性進一步(bu)提(ti)(ti)高(gao)(gao)。
2．嚴把原(yuan)輔料質(zhi)量關
入廠原(yuan)輔(fu)材料(liao)須進行(xing)取(qu)樣分析(xi)，做到心中(zhong)有數，不合(he)格的(de)原(yuan)輔(fu)材料(liao)投(tou)入使(shi)用(yong)。要(yao)保證(zheng)工(gong)作量的(de)原(yuan)鐵(tie)(tie)液，選用(yong)高碳、低(di)磷、低(di)硫、低(di)干擾（生鐵(tie)(tie)供應商要(yao)有微量元(yuan)(yuan)素(su)(su)分析(xi)報(bao)告單）元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)生鐵(tie)(tie)；選用(yong)純(chun)凈的(de)中(zhong)碳鋼(gang)，對其所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量元(yuan)(yuan)素(su)(su)以化驗結果決定(ding)取(qu)舍，對能(neng)穩定(ding)珠光體的(de)廢鋼(gang)成分優先選用(yong)。生鐵(tie)(tie)和廢鋼(gang)經(jing)過除(chu)銹處理后方能(neng)允(yun)許(xu)使(shi)用(yong)，附著油污的(de)要(yao)經(jing)250°烘烤。
對(dui)鐵合金、孕育劑同(tong)樣采用定點采購(gou)，力求(qiu)成分穩定，塊度（粒度）合格。分類堆(dui)放，避免受潮。這樣的要求(qiu)避免了鑄(zhu)鐵爐(lu)料“遺(yi)傳性”帶來(lai)的缺陷。
（1）堅持把理論配(pei)料（配(pei)料計算(suan)）和實(shi)踐經驗相結合。無論采取試算(suan)法(fa)還(huan)是圖解法(fa)，理論上計算(suan)的(de)配(pei)料數據(ju)，不能確定為終配(pei)比(bi)，還(huan)要(yao)掌握(wo)中頻爐熔(rong)化過程中元素(su)的(de)變化規(gui)律。如果爐襯屬酸性(xing)材(cai)料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的(de)加(jia)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)(de)化(hua)學成分(fen)和各(ge)元素(su)(su)燒損(sun)與還原(yuan)(yuan)規律。對回爐鐵(tie)（澆冒(mao)口、報廢鑄件）的(de)(de)分(fen)類(lei)堆放、編號記載，提出成分(fen)明確的(de)(de)嚴格要求。爐內還原(yuan)(yuan)的(de)(de)元素(su)(su)在配料(liao)時減(jian)去(qu)，爐內燒損(sun)的(de)(de)元素(su)(su)配料(liao)時補上。
（3）合金元素以一(yi)次性配入(ru)為原則，除Si以外其它配料時取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在(zai)熔清扒渣(zha)(zha)后加(jia)入(ru)，在(zai)酸(suan)性爐(lu)中燒損少。C、Si在(zai)扒渣(zha)(zha)及孕(yun)育時還可以補充。 感應爐(lu)熔煉鑄件(jian)而言，遵(zun)循先增碳后加(jia)硅的原則。
（4）對P、S含量的控(kong)制(zhi)(zhi)，P、S量主要(yao)來源于xinsheng鐵，可以(yi)通(tong)過選擇爐料將P、S量控(kong)制(zhi)(zhi)在要(yao)求(qiu)范圍內，所以(yi)要(yao)使xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣(yang)在配料計(ji)算時P、S量 可以(yi)不于考(kao)慮。（因鑄(zhu)件的技術要(yao)求(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐(lu)的所有金屬材料均嚴(yan)格按照(zhao)要求準確計量。
3．電爐熔(rong)煉鑄(zhu)鐵平(ping)板的控制
要根據(ju)中(zhong)頻電爐的(de)(de)冶(ye)金(jin) 性編制合(he)(he)(he)理的(de)(de)熔煉(lian)工藝，從裝料(liao)。溫度(du)控(kong)制及(ji)在各(ge)不同溫度(du)下加入合(he)(he)(he)金(jin)、增碳劑(ji)、造渣劑(ji)以及(ji)出(chu)鐵溫度(du)各(ge)個環節嚴(yan)格控(kong)制，力求用短(duan)的(de)(de)熔煉(lian)時間(jian)、小的(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)燒損與氧化(hua)，達到控(kong)制和穩定金(jin)相(xiang)組織，提高鑄件(jian)質量的(de)(de)目的(de)(de)。
在生產(chan)實踐中，我們(men)將(jiang)整個(ge)熔煉全(quan)過程分為三期 溫(wen)度進行控制。這里所(suo)謂(wei)的(de)三期溫(wen)度指：熔清溫(wen)度、扒渣溫(wen)度和出鐵溫(wen)度。
熔(rong)清溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)：即取樣(yang)(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)以前的(de)(de)(de)熔(rong)化(hua)(hua)期，決定著合(he)金元素(su)的(de)(de)(de)吸收與(yu)化(hua)(hua)學成(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)，因此要避免高(gao)(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)化(hua)(hua)加(jia)料，避免搭棚“結殼”。否則鐵(tie)(tie)液處于沸(fei)騰(teng)或高(gao)(gao)溫(wen)(wen)狀態、碳元素(su)燒(shao)損加(jia)劇(ju)，硅元素(su)不斷在還(huan)原，鐵(tie)(tie)液氧化(hua)(hua)加(jia)劇(ju)雜(za)質增加(jia)，按工藝要求熔(rong)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)在1365℃以下，取樣(yang)(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)在（1420±10）℃。取樣(yang)(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)低了(le)存在鐵(tie)(tie)合(he)金未(wei)熔(rong)化(hua)(hua)完，取的(de)(de)(de)試樣(yang)(yang)化(hua)(hua)學成(cheng)分(fen)勢無(wu)代表性;溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)過高(gao)(gao)，合(he)金燒(shao)損或還(huan)原，還(huan)會(hui)影響到練期的(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)調整。取樣(yang)(yang)后應控(kong)制(zhi)中頻爐(lu)功率。在爐(lu)前質量管理儀對化(hua)(hua)學成(cheng)分(fen)顯示出(chu)結果后恰好進入到扒渣溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。
扒(ba)(ba)渣溫(wen)(wen)度(du)(du): 扒(ba)(ba)渣溫(wen)(wen)度(du)(du)是(shi)決定鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)質(zhi)量的重(zhong)(zhong)要環(huan)節，因為(wei)它(ta)與成(cheng)分(fen)(fen)穩(wen)定、孕育處(chu)理的效果密(mi)切(qie)相關，并直接影(ying)響到出鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)度(du)(du)的控(kong)制。扒(ba)(ba)渣溫(wen)(wen)度(du)(du)過高加劇鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)石(shi)墨晶核燒損和硅的還原(yuan)， 別對酸性(xing)爐襯(chen)，理論上(shang)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)含(han)硅偏(pian)高后將產生排(pai)碳作用，影(ying)響按溫(wen)(wen)度(du)(du)系結晶，存在著產生反白(bai)口的傾向；若(ruo)溫(wen)(wen)度(du)(du)過低，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)長(chang)時間(jian)(jian)被(bei)裸露，碳、硅燒損嚴重(zhong)(zhong)。再次(ci)調整(zheng)成(cheng)分(fen)(fen)時，不僅延長(chang)熔煉時間(jian)(jian)使(shi)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)過熱，而且易使(shi)成(cheng)分(fen)(fen)失(shi)控(kong)，zengda鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)的過冷度(du)(du)，使(shi)正常結晶受到破壞。
出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)：為保證(zheng)澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)(zhu)和孕(yun)育(yu)的(de)佳溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)，我們(men)一般控(kong)制(zhi)在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)高(gao)和低都會(hui)對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)結晶和孕(yun)育(yu)效果(guo)帶來影響，如果(guo)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)過(guo)高(gao)（超過(guo)工藝規定溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)30℃以上），盡管爐(lu)前快速(su)分析(xi)C、Si也適(shi)中,但試(shi)澆(jiao)(jiao)三角試(shi)片白口(kou)shendu會(hui)過(guo)大或部位(wei)顯(xian)現(xian)(xian)麻(ma)口(kou)。出(chu)現(xian)(xian)此種情況即使采取(qu)措施向爐(lu)內(nei)補加(jia)(jia)碳zengda孕(yun)育(yu)量(liang)，筆者的(de)實踐經驗(yan)是(shi)效果(guo)欠佳，且(qie)需在調(diao)低中頻功(gong)率后，進行爐(lu)內(nei)降溫(wen)處理，即向爐(lu)內(nei)加(jia)(jia)入鐵(tie)(tie)(tie)液總量(liang)10-15經過(guo)烘烤(kao)的(de)xinsheng鐵(tie)(tie)(tie)，這樣(yang)試(shi)片斷口(kou)心部麻(ma)口(kou) 轉為灰口(kou)，的(de)白口(kou)shendu變小。若持續高(gao)溫(wen)時間(jian)較長，采取(qu)如上方法(fa)后，仍須(xu)履行爐(lu)內(nei)補碳措施。出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)按澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)，殼體類鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)件合適(shi)的(de)澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)為（1440±20）℃，能夠(gou)實現(xian)(xian)“高(gao)溫(wen)出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)，適(shi)溫(wen)澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)(zhu)”，嚴(yan)格(ge)掌握和控(kong)制(zhi)住(zhu)當然好。因為出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)低將導(dao)致(zhi)澆(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)低于1380℃，既不利于脫硫、除氣，而且(qie) 別影響孕(yun)育(yu)處理效果(guo)。隨(sui)著溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)降低，冷隔、輪廓(kuo)不清(qing)晰等問題明顯(xian)增加(jia)(jia)。
4．鐵液(ye)的孕育處理(li)
對(dui)生產鑄(zhu)鐵平板用HT250進行孕育(yu)處理，賴(lai)以(yi)提高(gao)材(cai)質的(de)耐(nai)磨性(xing)，使鑄(zhu)件的(de)組織和(he)性(xing)能(neng)得以(yi)明顯(xian)gaishan， 提高(gao)各斷面(mian)上的(de)硬度值(zhi)，而且要在穩(wen)定厚斷面(mian)上的(de)珠光體(ti)量(liang)方面(mian)有(you)相同(tong)作用，還可gaishan其(qi)壁厚的(de)mingan性(xing)和(he)鑄(zhu)件在機械加工時(shi)良(liang)好(hao)的(de)切削性(xing)能(neng)，尤其(qi)是對(dui)防(fang)止殼體(ti)鑄(zhu)件的(de)疏松、滲漏有(you) 殊作用。
孕(yun)(yun)育劑的(de)(de)加(jia)入量依生(sheng)(sheng)產(chan)平板鑄件的(de)(de)壁(bi)厚、化學(xue)成分和(he)澆注(zhu)溫(wen)度等因素確定，以(yi)壁(bi)厚處不(bu)出現(xian)疏(shu)松、滲漏(lou)，壁(bi)厚處不(bu)出現(xian)硬(ying)區為(wei)原則(ze)。生(sheng)(sheng)產(chan)實踐(jian)表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)(yun)育劑是提(ti)高(gao)強度灰鑄鐵為(wei)理想的(de)(de)孕(yun)(yun)育劑，此種孕(yun)(yun)育劑發揮鋇（Ba）的(de)(de)kangshuai退能力及(ji)提(ti)高(gao)A型(xing)石墨占有率，鍶(si)（Sr）的(de)(de) 強xiaochu白口能力，鈣（Ca）和(he)硅（Si）所(suo)起(qi)的(de)(de)輔助(zhu)孕(yun)(yun)育和(he)shentou作用。這種強度組合的(de)(de)孕(yun)(yun)育劑，是生(sheng)(sheng)產(chan)高(gao)強度鑄鐵孕(yun)(yun)育處理中(zhong)較(jiao)為(wei)理想的(de)(de)選(xuan)擇(ze)。
孕(yun)育次(ci)數(shu)(shu)與孕(yun)育效果的(de)關系，隨孕(yun)育次(ci)數(shu)(shu)增加，鑄鐵內部石墨分布(bu)均勻程度(du)gaishan，A型石墨占有率和石墨長(chang)度(du)區別較大，經(jing)兩次(ci)以上孕(yun)育的(de)A型石墨占有率高，分布(bu)均勻，長(chang)度(du)適(shi)中(zhong)。 重要的(de)是(shi)多次(ci)孕(yun)育促使非(fei)自發晶核(he)數(shu)(shu)量增多，強化了基體，從(cong)而提高并(bing)穩定了鑄鐵的(de)強度(du)。
經隨流(liu)復合(he)孕(yun)育(yu)處理(li)，避免(mian)鐵液隨流(liu)孕(yun)育(yu)滯后于澆注(zhu)是控制孕(yun)育(yu)效果的關鍵。孕(yun)育(yu)處理(li)后的鐵液應在限定時間內澆注(zhu)完畢，一般不(bu)超過8min，包(bao)內二(er)次孕(yun)育(yu)3～5min孕(yun)育(yu)效果佳。
