球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案.doc

球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案 球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案国内普通球墨铸铁铸件的球化级别要求达到4级以上，(即球化率70%，)一般铸造厂达到的球化率为85%左右。近年来，随着球墨铸铁生产的发展，尤其是在风电铸件生产和铸件质量要求较高的行业，要求球化级别达到2级，即球化率达到90%以上。笔者公司通过对QT400-15原采用的球化、孕育处理工艺以及球化剂、孕育剂进行分析、改进，使球墨铸铁的球化率达到了90%以上。1、原生产工艺原生产工艺：熔炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉;QT400-15原铁液成分为ω(C)=3.75%3.95%、ω(Si)=1.4%1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω(P)≤0.07%、ω(S)≤0.035%;球化处理所用球化剂为1.3%l.5%的RE3Mg8SiFe合金;孕育处理所用孕育剂为0.7%0.9%的75SiFe-C合金。球化处理采用两次出铁冲入法：先出铁55%60%，进行球化处理，然后加入孕育剂，再补加其余铁液。由于球化、孕育采用传统的方式，用25 mm厚的单铸楔形试块检测得到的球化率一般在80%左右，即球化级别3级。2、提高球化率的试验方案为提高球化率，对原来的球化和孕育处理工艺进行了改进，主要措施是：增大球化剂和孕育剂加入量、净化铁液、脱硫处理等。球化率仍然采用25 mm的单铸楔形试块进行检测，具体方案如下：(1)分析原工艺球化率偏低的原因，曾认为是球化剂用量较少，故将球化剂加入量由1.3%1.4%增加到1.7%，但球化率并未达到要求。(2)另一种猜测是认为球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起，因而试验加大孕育剂量，由0.7%0.9%增加到1.1%，球化率亦未达到要求。(3)继续分析认为铁液夹杂较多、球化干扰元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而对铁液进行高温净化，高温净化温度一般控制在1 500±10，但其球化率仍未突破90%。(4) ω(S)量高严重消耗球化剂量并加速球化衰退，因此增加脱硫处理，将原铁液ω(S)量从原来的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也只达到86%。以上4种方案的试验结果如表1所示，楔形试块的组织和力学性能均未达到要求。3、最后采用的改进方案3.1具体改进措施原材料采用生铁、无锈或少锈的废钢和回炉料;对原铁液进行炉外加纯碱(Na2CO3)脱硫;采用福士科390预处理剂在包内进行预脱氧处理;采用福士科球化剂进行球化处理;采用碳化硅和硅铁联合孕育。新工艺原铁液成分控制：ω(C)=(3.70%3.90%、ω(Si)=0.80%1.20%铸件ω(Si终)=2.60%3.00%、ω(Mn)≤0.30%、ω(P)≤0.05%、ω(S)≤0.02%。当原铁液ω(S)量超过0.02%时，采用工业用纯碱进行炉前脱硫处理，因脱硫反应是吸热反应，要求脱硫温度控制在1500左右，纯碱加入量根据炉前熔清时的ω(S)量高低控制在1.5 % 2.5 %。同时，球化处理包采用普通的堤坝式处理包，首先把福士科NODALLOY7RE牌号球化剂1.7%加入包底堤坝一侧，扒平压实，用0.2%的粉末状碳化硅和0.3%的小块状75SiFe先后覆盖一层，捣实后用压铁盖上，在铁液包的另一侧加入0.3%的福士科390孕育剂。出铁时首先冲入总铁液量的55%60%，待球化反应完毕后，加入1.2%的75SiFe-C孕育剂后冲入剩余铁液，扒渣浇注。3.2试验结果原铁液脱硫前后的的成分见表2、表3，25mm单铸楔形试块对应的力学性能和金相组织见表4，金相组织中球化率的评定方法采用金相图像分析系统自动检测。4、结果分析4.1主要元素对球化率的影响C、Si：C能促进石墨化，减少白口倾向，但ω(C)量高会使CE过高而容易产生石墨漂浮，一般控制在3.7%3.9%。Si能加强石墨化能力，消除渗碳体。Si以孕育剂的方式加入时，可大大降低铁液的过冷能力。为了提高孕育效果，原铁液的ω(Si)量从原来的1.3% 1.5%降到0.8%1.2% ，ω(Si终)量控制在2.60%3.00% 。Mn：在结晶过程中，Mn增加铸铁的过冷倾向，促进形成碳化物(FeMn) 3C。在共析转变过程中，Mn降低共析转变温度，稳定并细化珠光体。Mn对球化率没有太大的影响。因受原材料的影响，一般控制ω(Mn)0.30%。P：当ω(P)0.05%时固溶于Fe，难以形成磷共晶，对球铁的球化率影响不是很大。S：S是反球化元素，S在球化反应时消耗球化剂中的Mg和RE，阻碍石墨化，降低球化率。硫化物夹渣还会在铁液凝固之前回硫，再次消耗球化元素，加快球化衰退，进一步影响球化率。为了达到高的球化率，应该使原铁液的ω(S)量降低到0.02%以下。4.2脱硫处理当炉料熔清后，取样分析化学成分，当ω(S)量高于0.02%时要进行脱硫处理。纯碱脱硫的原理为：将一定量的纯碱置于浇包内，利用铁液流冲入而搅拌，纯碱在高温下分解，反应式为Na2CO3=Na2O+CO2↑：生成的Na2O又与铁液中硫化合生成Na2S，(Na2O)+FeS=(Na2S) +(FeO)。Na2CO3分解析出CO2引起铁液剧烈搅动，促进脱硫过程进行。纯碱渣极易流动、很快上浮，脱硫反应时间很短，脱硫后应及时扒渣，否则会回硫。4.3预脱氧处理、球化处理及孕育处理福士科390预处理剂在包内起到预脱氧处理的作用，同时增加石墨形核核心、增加单位面积石墨球数，还可以提高Mg的吸收率，大幅度提高抗衰退能力，提高球化率。福士科孕育剂含ω(Si) =60%70%、ω(Ca)=0.4%2.0%、ω(Ba)=7%11%，其中Ba可以延长有效孕育时间。选用福士科球化剂牌号为NODALLOY7RE，其ω(Si)=40%50%、ω(Mg)=7.0% 8.0%、ω(RE)=0.3%1.0%、ω(Ca)=1.5%2.5%、ω(Al)1.0%。由于铁液经过了脱硫和预脱氧处理，铁液中消耗球化剂的元素大量减少，因此选用了ω(RE)量低的球化剂，以减少RE对球状石墨形态的恶化;起球化作用的元素主要是Mg;Ca和Al可以起到加强孕育的作用。采用碳化硅和硅铁联合孕育处理，碳化硅的熔点在1600左右，并在凝固时增加石墨结晶晶核，采用大剂量的硅铁孕育，可以防止球化衰退。5、结论生产铁素体球墨铸铁，要求球化率达到90%以上时，可以采用以下措施：(1)选用优质炉料，减少炉料中的反球化元素。(2)选用ω(RE)量低的球化剂，减少RE对球状石墨形态的恶化影响。(3)原铁液的ω(S)量应小于0.020%，这样可以减少球化剂的消耗量，特别是硫化渣二次回硫所消耗的球化元素。(4)