安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司 河南安阳 455133
摘要：中国的球墨铸铁产量占世界的三分之一以上，与美国相比，同一球墨铸铁件的抗拉强度相差不大，但延伸率和冲击值较低，力学性能达不到要求，已成为生产高强度、高韧性球墨铸铁的瓶颈。本文通过严格控制材料化学成分、优化冶炼工艺和孕育工艺等措施，生产出了满足qt600-10性能要求的铸造状态铸件。
关键词：球墨铸铁；球化处理工艺；孕育处理工艺
1前言
中国的球墨铸铁产量占世界的三分之一以上。与美国相比，同一牌号球墨铸铁的抗拉强度相差不大，但伸长率和冲击值均较低，说明我国球墨铸铁生产原液态铁的冶金质量还有待提高。技术水平有待提高。高强度、高韧性球墨铸铁已成为qt600-10、qt700-5等高性能球墨铸铁生产的瓶颈。qt600-10铸态生铁具有成本优势大，抗拉强度和伸长率高，但不易控制，需要发展相对稳定的球化工艺和合金，以保证高强度和高伸长率。
2化学成分的选择
Qt600-10具有高强度、高伸长率的特点。考虑到最大的经济性，铸造工艺可以满足技术条件，但必须严格控制化学成分。化学成分选择如下：
1)碳当量选择碳当量主要是为了提高铸件性能，消除铸件缺陷，获得良好的铸件，提高力学性能。一般来说，碳当量的选择接近共晶点。
2)球墨铸铁中的锰、硫和氧在球化过程中可以中和镁和铈，少量的锰可以起到合金化元素的作用。为了保证高伸长率，欧姆(Mn)的控制范围为：0.4%~0.6%。
3)磷和磷不影响石墨的球化，但可溶于铁溶液中，降低了铁溶液的共晶温度和凝固起始温度。容易发生偏析，(P)一般控制在0.05%以下。
4)硫硫是抗石墨球化元素，在稀土和镁中加入铁和硫化物部分，其余的球化，属于有害杂质，(S)一般控制在0.02%以下。
5)加入少量铜可以改善铸件截面结构的均匀性，对基体有固溶强化和沉淀硬化的作用。铜的质量分数一般控制在0.3%~0.5%之间。
6）加入微量元素锡和质量分数0.04%~0.08%，基体中珠光体含量显著增加。含钡的孕育剂可以降低铸件的白口化倾向，提高铸件的伸长率，与含铋、锑的孕育剂配合使用，石墨球更小、更圆、更均匀。
3熔炼相关工艺的优化
3.1冶炼相关工艺的优化
中频感应炉冶炼的关键是严格控制生铁、工业废料、回料、增碳剂、硅铁、锰铁等原材料的质量。
1)生铁：建议选用低硫、低磷、低钛、高碳、低硅生铁(如低磷、低钛生铁)。
2)工业废钢：推荐形状规则、壁厚均匀、类型稳定的碳钢(如45、Q235等)。
3)返料：要求将表面清洁的球墨铸铁返料。
4)碳增强剂：选用低硫石墨化碳增强剂。
3.2电炉熔炼
中频感应炉熔融铁冶炼特点：化学成分易于控制，易于生产不同的铸件。使电炉熔炼过程一般选择高温静置，代表一般控制在1510℃~1550℃温度范围内，建议镇静5~15分钟，让渣浮出，并能起到净化铁水的作用，但镇静时间太长会导致严重的熔铁氧化物。
3.3球化工艺过程
优质球墨铸铁的首选生产工艺为送丝法，这种方法在球化处理中有效地避免了冲入法的缺点，具有以下优点：
1)可增加球化剂的用量，实现精确控制，避免人为因素的干扰；
2)送料方式可将芯丝均匀连续地加入处理后的铁液底部，反应过程连续稳定，镁吸收率稳定；
3)送料线处理站设有除尘装置，可对反应产生的粉尘进行收集和清除，避免菱镁矿对人体的危害。为了达到预期的处理效果，需要设计合适的芯丝组成，制定合理的进给工艺，如进给速度、铁水处理温度、铁水包尺寸等。具体要求如下：
1)芯线组成设计。球墨铸铁主要由高镁芯丝组成，镁的质量分数控制在15%~35%。
2)原铁水的化学组成。原铁水的化学成分决定了铁芯导线的数量，必须对原铁水的成分进行精确控制和检测。
3)送料线速度设定。送丝速度是决定送丝处理效果的重要因素。送丝速度最好是芯丝到达铁水包底部时，芯丝的钢条与铁水发生反应，速度过快或过慢都会影响处理效果。
4)铁水处理温度。熔融铁的温度对镁的吸收率有很大的影响。
5)钢包高径比。铁水包的高径比对送丝处理也有很大影响。铁水包给料线的理想高径比为1.2~1.5。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆芯线进给长度，主要由基体铁的硫含量、目标残余硫含量和残余镁含量、单位长度铁芯丝的镁含量和镁的吸收率决定。
3.4孕育处理
孕育的主要作用：抑制碳化物析出、细化晶粒、减少偏析、减少收缩；改善基体和石墨的形态和分布，提高拉伸强度、韧性和加工性能。孕育方法一般选用2~3次孕育。根据坯料的结构特点进行选择：首次将75硅铁接种剂覆盖在结节化器上，控制质量分数在0.8%~1.2%之间，晶粒大小一般控制在3mm~10mm之间。第二次接种：浇注金属流的目的是克服孕育效果随时间的延长而减弱，一般选用硅钡孕育剂，加入质量分数为0.1%~0.2%，粒径为0.5~1.5mm。
4球化处理工艺
4.1钟罩加Mg法
在Mg或Mg合金中使用的球体处理。20世纪50年代初，由于Mg吸收水平低(5-15%)，这种方法早就被排除了，因为烟尘和Mg光存在严重的缺陷。
4.2压力加Mg法
纯Mg或纯Mg+RESiFe被用作滚珠轴承。1958年至1967年，广泛适用于国家鉴于金吸收水平高于加工钟罩，但不安全，它不能被直接用于加工后包压球，应该包供燃料，导致铁液温度降低后成功开发出来。
4.3转包法
我们将使用Mg球化剂。主要用于大规模生产，大规模生产w(S)型铸铁。高水平的Mg(60%-70%)，较轻的烟雾和Mg光，高铁含量(0.15%的质量)；缺点：更高的设备成本。
4.4型内法。
在REFeSiMg或FeSiMg合金中使用的球化处理。在过去几年里，大量生产用于机械模型的传送带，高强度铸件、低水平的c-液态铁。优点：Mg吸收水平高于(70-80%)， Mg的光和烟相对较少，球稳定
4.5密封流槽法
用于REMg合金的球状催化剂主要用于批量生产。Mg吸收水平高于(60%-70%)、更少的光线，更少的设备费用，更少的维护。
4.6型上法
用于REFeSiMg或FeSiMg合金的球体处理主要用于在低水平s对流线上生产铸铁，与型内法内膜测定相同，可以多次使用。
4.7冲入法
REFeSiMg或FeSiMg合金的球状处理是目前最常见的使用方式，广泛应用于不同的温度和含铁的液体，以及不同数量的生产形式。好处是简单的设备，简单的操作，处理包可以直接用于注入，而不降低温度；相反，Mg吸收水平较低(30-40%)和更强的烟雾。
4.8盖包法
适用于REFeSiMg或FeSiMg合金的球化剂， Mg吸收率比冲入法高，烟尘及Mg光略少，操作简便，比冲入法仅多一个包盖，费用增加不多，而且处理包移除包盖后也可以直接用于浇注，没有倒包温降。此法目前国外已很普及，国内使用单位也在增多。
4.9喂丝法
将特定的大小和相应的球体激活剂放入薄钢壳中，然后使用特殊的设备，使它不断地嵌入到一个铁包中，并以所需的速度连续加工。球体催化剂中的w(Mg)数量可以任意增加，球体的组成可以不受硬化合金的影响，加或不加RE，充分利用Mg对微型圆形石墨的好处；合金被添加到更小的体积中，产生更少的渣；自动操作，定量精确，人为的误差最小，在第一次失败时很容易补充补充剂；减少烟雾，减少灯光，改善工作条件；缺点是设备更复杂，面积更大。
5结束语
具有优良特性的球墨铸铁有时可以替代昂贵钢，用于制造和使用。选择正确的化学成分和合理的球化处理工艺是制造高质量球墨铸铁的关键。
参考文献:
[1]杨明月，叶小龙，麻先银.球墨铸铁金相组织缺陷原因及防止方法概述[J].现代铸铁，2017，37(03)：65-70.
[2]姜珂.超低温奥氏体球墨铸铁微观组织与低温冲击断裂行为的研究[D].沈阳工业大学，2017.
[3]唐喜乐.消失模铸造农械铲尖组织及性能研究[D].沈阳工业大学，2017.
[4]周裕雄.固溶处理对锰镍系奥氏体球墨铸铁低温断裂特征的影响[D].沈阳工业大学，2017.
[5]赵子龙.球墨铸铁表面激光熔覆钴基合金组织及性能研究[D].沈阳航空航天大学，2017.
[6]徐振宇.球墨铸铁球化孕育处理动态调控方法及系统研究[D].哈尔滨理工大学，2016.
[7]齐凯.球墨铸铁高温塑性变形行为研究及其应用[D].大连理工大学，2009.
[8]李青春.脉冲电流作用下球墨铸铁固态石墨化的基础研究[D].上海大学，2008.
论文作者:樊永辉,刘俊生
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/31
标签：球墨铸铁论文; 铁水论文; 合金论文; 铸件论文; 石墨论文; 工艺论文; 温度论文; 《防护工程》2019年第4期论文;