提高球化率的工艺措施

2010/5提高现代铸铁球化率的技术措施潘建平(四川资阳641301南车资阳机车有限公司锻造铸造部铸铁车间)文摘：分析了QT400-15铸件球化率低于90%的原因，并对提高球化率的各种措施进行了试验。最后，通过降低原铁水的钨(硅)和钨(硫)含量，对铁水进行预处理，更换球化剂和孕育剂等措施，球化率达到90%以上。关键词：球墨铸铁；球化率；W (S)数量；预处理中的图形分类号：TG255文件识别码：A文号：1003-8345(2010)05-0049-03 DOI:10.3969/j ISSN . 1003-8345 . 2010 . 05 . 007改善球化率的工艺措施最后，通过采取降低基铁液硫含量、对基铁液进行预处理、更换球化合金和孕育合金等措施，成功地保证了球化率大于90%。关键词：球墨铸铁；球化度；西(南)；普通球墨铸铁件在预处理中的球化等级要求在4级以上，即球化率70%，普通铸造厂达到的球化率约为85%。近年来，随着球墨铸铁生产的发展，特别是在风电铸件生产和铸件质量要求高的行业，球化水平要求达到2级，即球化率达到90%以上。通过对原QT400-15球化孕育工艺、球化剂和孕育剂的分析和改进，球墨铸铁球化率达到90%以上。1原生产工艺原生产工艺：冶炼设备采用2.0吨中频炉和1.5吨工频炉；QT400-15原铁水含w (c) 3.75% 3.95%，w (si) 1.4% 1.7%，w (Mn) 0.40%，w (P) 0.07%，w(s)0.035%；用于球化处理的球化剂为RE3Mg8SiFe合金的1.3%-1.5%；用于孕育处理的孕育剂为75硅铁碳合金，含量为0.7%-0.9%。球化处理采用两种出钢和装料方式：先出55%60%的钢，然后球化处理，再加入孕育剂和其它铁水。由于球化和孕育是以传统方式进行的，所以由厚度为25 mm的单个铸造楔形试块检测到的球化率通常为80%左右，即球化等级为3级。为了提高球化率，对原有的球化和孕育工艺进行了改进。主要措施有：增加球化剂和孕育剂的添加量，净化铁水，脱硫等。使用单个直径为25 mm的铸造楔形试块仍能检测球化率，具体方案如下：(1)分析了原工艺球化率低的原因。认为球化剂用量少，球化剂用量从1.3% 1.4%提高到1.7%，但球化率不符合要求。(2)另一种猜测是，低球化率可能是由接种不良或接种衰退引起的。因此，接种量从0.7% 0.9%提高到1.1%，球化率不符合要求。(3)进一步分析表明，铁水的高夹杂物和高球化干扰元素可能是球化率低的原因。因此，铁水在高温下被净化。高温净化温度一般控制在收货日期：2010年2月4日；修订日期：2010年7月27日。作者简介：潘剑平(1976年5月-)，男，汉族，四川省大仙县人。毕业于北京科技大学冶金学院钢铁冶金专业，工程学士，工程师，主要从事铸铁合金及其熔炼技术，特别是低温冲击球墨铸铁熔炼工艺。熔炼工艺49现代铸铁2010/5 1 50010，但球化率尚未超过90%。(4)钨(硫)高含量会严重消耗球化剂量，加速球化下降。因此，加入脱硫处理以将原始铁水中的钨(硫)的量从0.035%降低到小于0.020%，但是球化剂以上四种方案的测试结果见表1。楔形试块的显微组织和力学性能不符合要求。3最终采用的改进方案3.1具体改进措施原材料是生铁、不锈钢或少锈废钢和回收材料；通过炉内添加纯碱(Na2CO3)对原铁水进行脱硫；用福士390预处理剂在袋中进行预脱氧处理；用福士系列球化剂进行球化处理；碳化硅和硅铁混合进行孕育。新工艺对原铁水成分的控制为：钨(碳)3.70% 3.90%，钨(硅)0.80% 1.20%，铸造钨(硅末)2.60% 3.00%，钨(锰)0.30%，钨(磷)0.05%，钨(硫) 0.02%。当原铁水中w (S)含量超过0.02%时，炉前脱硫采用工业纯碱。由于脱硫反应是吸热的，所以要求脱硫温度控制在1500左右，根据炉前熔化时w (S)的量，加入的纯碱量控制在1.5% 2.5%。同时，将福士分公司的NODALLOY7RE球化剂以1.7%的比例添加到钢包底部的大坝一侧，并进行剥离和压实。球化剂由0.2%的碳化硅粉末和0.3%的小块75依次组成。捣固后，在铁水包的另一侧加入福士分公司390孕育剂的球化剂。出钢时，先装入铁水总量的55% 60%。球化反应完成后，加入1.2%的75SiFe-C孕育剂，然后加入剩余的铁水，扒渣浇注。3.2试验结果脱硫前后原始铁水的成分见表2和表3。25 mm单铸楔形试块的相应力学性能和金相组织见表4。金相组织中球化度的评价方法由金相图像分析系统自动检测。结果4.1主要元素对球化率的影响分析碳和硅：碳能促进石墨化，降低白口倾向，但碳含量过高会使铈含量过高，导致石墨漂浮，一般控制在3.7% 3.9%。硅可以增强石墨化能力，消除渗碳体。当添加硅作为孕育剂时，铁水的过冷能力会大大降低。为了提高孕育效果，原铁水中钨(硅)的含量由1.3%1.5%降至0.8% 1.2%，钨(硅)的含量控制在2.60% 3.00%。锰：在晶化过程中，锰增加了铸铁的过冷倾向，促进了碳化物3C的形成。在共析转变过程中，锰降低共析转变温度，稳定并细化珠光体1。锰对球化率影响不大。由于原料的影响，钨(锰)一般控制在0.30%以下。磷：当w (p) 0.05%时，它固溶于铁，不易形成磷共晶，对球墨铸铁的球化率影响不大。S: s是一种反球化元素。球化反应中14个方案的试验结果消耗表1试验结果4项措施试验方案1 2 3 4抗拉强度/兆帕515 440 420 510伸长率(%) 16.0 25.5 24.0 18.5球化率(%) 88 86 86石墨粒度级5级3级5级5级珠光体量(%) 25 510 20表2化学成分wB(%)表2原铁液脱硫前的化学成分M基铁液脱硫前的位置B(%) 试验加热3-186 2-321 3-211 3-216 c 3.89 3.80 3.80 3.71 si 1.17 1.45 1.42 1.20 Mn 0.20 0.21 0.33 0.2 6 p 0.04 0.04 0.04 0.04s 0.035 0.033 0.032 0.039表3化学成分WB (%)表3基铁熔体的化学成分测试加热3-1 862-321 3-211 3-216 c 3.89 3.86 3.86 3.86 si 1.04 1.27 1.28 0.93 Mn 0.20 0.21 0.32 0.24 p 0.04 0.03 0.04s 0.017 0.018 0.016表4新方案中每批样品的力学性能表4各种材料的机械性能硫化物渣还会在铁水凝固前返回硫，再次消耗球化元素，加速球化下降，并进一步影响球化率。为了获得高球化率，原始铁水的钨(硫)含量应降低到0.02%以下。4.2脱硫处理炉料熔化后，取样分析化学成分。当硫含量大于0.02%时，应进行脱硫处理。纯碱脱硫原理如下：将一定量的纯碱放入钢包中，用铁水冲入并搅拌，纯碱在高温下分解，反应式为Na2CO3=Na2CO2:生成的Na2O用铁水硫化生成Na2 S，(Na2O) FeS=(Na2S) (FeO) 1。Na2CO3分解成CO2导致铁水剧烈搅动以促进脱硫过程。纯碱渣易于流动，漂浮速度快。脱硫反应时间很短。脱硫后，应及时扒渣，否则会返硫。4.3预脱氧、球化和孕育处理福士390预处理剂在包装中起预脱氧处理的作用。同时，添加石墨成核芯和增加单位面积石墨球的数量也可以提高镁的吸收率，大大提高抗衰退能力和球化率。福士系列孕育剂含钨(硅)60% 70%，钨(钙)0.4% 2.0%，钨(钡)7% 11%，其中钡能延长有效孕育时间。诺达合金7re作为福士家族的诺达合金7RE，其w (si)为40% 50%，w (mg)为7.0% 8.0%，w (re)为0.3% 1.0%，w (ca)为1.5% 2.5%，w (al)小于1.0%。由于铁水经过脱硫和预脱氧，消耗铁水中球化剂的元素大大减少，因此选择低w(re)含量的球化剂，以减少因RE引起的球状石墨形貌的恶化；起球元素主要是镁。钙和铝能强化孕育。通过碳化硅和硅铁的复合孕育，碳化硅的熔点约为1 600，凝固过程中加入石墨晶核。大剂量硅铁用于孕育，可防止球化衰退。结论生产铁素体球墨铸铁球化率在90%以上时，可采取以下措施：(1)选择优质炉料，减少炉料中的反球化元素。(2)选择低稀土含量的球化剂，以减少稀土对球状石墨形态的不良影响。(3)原铁水中w(S)的含量应小于0.020%，这样可以减少球化剂的消耗，特别是从硫渣中回收二次硫所消耗的球化元