鑄態(tài)QT400—18球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝的應(yīng)用

陳佳輝

[摘 要]文章主要針對廢鋼增碳、增硅生產(chǎn)QT400-18球墨鑄鐵工藝的應(yīng)用展開了探討，詳細闡述了化學(xué)元素的影響及選擇，并對球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝作了系統(tǒng)的分析研究。

[關(guān)鍵詞]鑄態(tài)球墨鑄鐵；生產(chǎn)工藝；化學(xué)元素

[DOI]10. 13939/j. cnki. zgsc. 2016. 06. 060

所謂的球墨鑄鐵，是指通過球化和孕育處理得到球狀石墨，其可以有效地提高鑄鐵的機械性能，特別是提高塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強度。它在如今的工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。因此，我們需要保證球墨鑄鐵的生產(chǎn)質(zhì)量，以為相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。基于此，文章就廢鋼增碳、增硅生產(chǎn)球墨鑄鐵工藝的應(yīng)用進行了探討。

1 化學(xué)元素的影響及選擇

化學(xué)成分對球墨鑄鐵的性能有較大影響。合理的化學(xué)成分是鑄件力學(xué)性能和金相組織合格的前提。對高韌性球墨鑄鐵來說，在高碳當(dāng)量的前提下，應(yīng)滿足高碳、低錳、低磷、低硫的原則。

1. 1 碳

碳是強石墨形成元素，促進石墨化。一般來說含碳量高，易保證球化，獲得球形石墨，且增加石墨數(shù)量。若石墨球形態(tài)好，數(shù)量多，直徑小，則對基體的斷裂就越小，力學(xué)性能也就越高。因此，應(yīng)選擇較高的碳量，碳含量不夠的話可以采用增碳的方法實現(xiàn)。但含碳量也不能過高，否則容易產(chǎn)生石墨漂浮、石墨破碎等缺陷。一般碳的含量為：3. 5%～3. 8%。

1. 2 硅

硅是強促進石墨化元素，硅若以孕育方式加入其作用更顯著。硅含量不夠的話可以采用增硅的方法實現(xiàn)。含硅量增加，白口傾向減少，細化石墨，提高石墨球的圓整度。但硅量過高，會提高韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度，引發(fā)鑄件脆性。含硅量控制在2. 3%～2. 8%。

1. 3 錳

錳是阻礙石墨化元素，具有穩(wěn)定滲碳體，提高強度，降低塑性和韌性，所以盡量降低錳含量，控制在0. 5%以下，尤其是高韌性球墨鑄鐵。

1. 4 磷

磷是有害元素，極易偏析，含量較高會形成硬而脆的磷共晶，降低塑性和韌性。應(yīng)盡可能降低磷元素的含量，控制在0. 04%以下。

1. 5 硫

硫也是有害元素，硫與稀土的親和力很強，消耗球化劑，對球化效果和韌性、沖擊性能影響較大，因此將硫控制在0. 02%以下。

1. 6 鎳

鎳是一種面心方晶體結(jié)構(gòu)石墨化元素，富于韌性、滑穩(wěn)面多、易于發(fā)生滑移變型的方面多，對塑性、韌性的貢獻較大。在低溫高韌性球墨鑄鐵中加入適量的鎳可以強化鐵素體基體，含量控制在0. 3%以下。

1. 7 殘留鎂和稀土

球墨鑄鐵的石墨球數(shù)隨著殘留鎂的增加而增加，但殘留鎂量超過一定數(shù)值后石墨球數(shù)會不增反減。較高的殘留鎂量還會影響到石墨的圓整度，增加縮松、縮孔等。在確保石墨球化的前提下，把殘留鎂量控制在越低越好，因此，殘留鎂量應(yīng)控制在0. 025～0. 05。

2 高韌性球墨鑄鐵的熔煉工藝

2. 1 原、輔材料選擇

熔煉高韌性球墨鑄鐵的主要材料是廢鋼（低碳鋼）、增碳劑、硅鐵、回爐料、球化劑、孕育劑等。原材料應(yīng)無油、無銹、低錳、低硫、成分明確。

2. 2 配料

高韌性球墨鑄鐵的熔煉配料單見表1。

表1 QT400-18球墨鐵配料單單位：%

材料[]廢鋼[]回爐料[]增碳劑[]硅鐵[]球化劑[]孕育劑

比例[]≤85[]≥15[]3. 5～6. 0[]1. 5～2. 5[]1. 1～1. 5[]0. 8～1. 0[BG）F][HT]

2. 3 熔煉操作

按比例稱料，然后按順序向中頻電爐內(nèi)加料，加料順序為：回爐料→廢鋼→增碳劑→硅鐵→回爐料→廢鋼。送電開始熔煉。全部爐料添加完畢，升溫至1480℃～1500℃，化碳時間5～10分鐘，扒渣取樣進行光譜分析。若成分符合原鐵液成分要求，調(diào)至1430℃～1470℃的工藝溫度，開始出鐵球化孕育處理。若成分不滿足要求，按比例調(diào)整成分，取樣化驗，直至滿足要求為止，升溫至工藝要求的球化孕育溫度出鐵。

2. 4 球化、孕育工藝

球化處理是生產(chǎn)合格球墨鑄鐵的關(guān)鍵，只有球化良好，孕育方法得當(dāng)，才能得到石墨球圓整、均勻、晶粒細小、致密的球墨鑄鐵。所以生產(chǎn)球墨鑄鐵球化、孕育處理是關(guān)鍵。球化采用的鋼包為球鐵包，修筑能盛放所需球化劑、覆蓋孕育劑的堤壩。球化方式采用沖入法球化。具體操作為：①球鐵包烘烤至暗紅色。②將鐵液量1. 4%～1. 5%、粒度為10～25mm、預(yù)熱溫度100℃～150℃的球化劑顆粒放至堤壩包的一側(cè)，沖實，上面均勻覆蓋鐵液量0. 2%～0. 3%、粒度15～20mm的75SiFe孕育劑，鋪平、沖實，表面用珍珠巖覆蓋，最后在孕育硅鐵上加蓋和包壩一側(cè)形狀類似的球鐵板，主要作用是放緩前期球化劑反應(yīng)速度，減少球化劑燒損，達到良好球化的目的。③出鐵1/3左右時開始采用隨流孕育，操作方法是制作工裝，采用滑槽的形式從爐臺上隨著鐵水均勻的將孕育劑添加至球化包，鐵水出完，孕育劑也同時添加完畢。孕育劑采用3～5mm的硅鐵顆粒，使用量鐵液量0. 4%～0. 6%。④反應(yīng)完結(jié)束，待鋼包中鐵液平靜后反復(fù)扒渣，扒去所有浮渣，鑄件澆注前加入鐵液量0. 1%～0. 15%粒度再小一些的75SiFe孕育劑，放至液面上，反復(fù)攪拌，進行瞬時孕育。本孕育工藝采用3次孕育：第一次為覆蓋在球化劑上的孕育劑，第二次是隨流孕育，第三次是澆注前的瞬時孕育。以上的球化和孕育工藝是我們企業(yè)生產(chǎn)高韌性球墨鑄鐵的關(guān)鍵操作過程。

3 檢 驗

檢驗包括化學(xué)成分檢驗、金相檢驗、機械性能檢驗、沖擊性能檢驗，通過檢驗驗證配料的合理性、工藝的可行性，得出材料是否滿足技術(shù)要求的結(jié)論。

3. 1 成分檢驗

成分檢驗就是采用直讀光譜儀對澆注的爐前和球化后的光譜檢驗試塊進行成分檢驗，本試驗材料的化學(xué)成分見表2。

3. 2 金相檢驗

本試驗通過對鑄態(tài)金相照片分析，得出球化等級2級，石墨大小6級，晶粒細小，鐵素體含量大于95%，滿足QT400-18高韌性球墨鑄鐵對組織的要求。

3. 3 機械性能檢驗

機械性能檢驗是通過機械拉伸隨爐澆注的Y型單鑄試塊加工的試棒來確定材料的機械性能。本試驗采用該工藝熔煉了2爐，試棒編號1#機械性能：強度/MPa438、延伸率23. 2%；試棒編號2#機械性能：強度/MPa442、延伸率21. 8%。抗拉強度和延伸率是球墨鑄鐵檢驗的最終指標(biāo)，通過對隨爐澆注的Y型單鑄試塊試棒的拉力試驗，達到QT400-18高韌性球墨鑄鐵對機械性能的要求。

3. 4 低溫抗沖擊性能檢驗

低溫沖擊性能主要是指材料在低溫工作、有沖擊載荷存在情況下的抗沖擊性能。

①試驗設(shè)備：CSL-B沖擊試樣缺口電動拉床、DWC-60A沖擊試驗低溫槽、JB-30B沖擊試驗機；②沖擊試樣制備：沖擊試樣從拉伸試棒的端頭加工，沖擊試樣按GBZ106-80《金屬夏比（V型缺口）沖擊試驗方法》的標(biāo)準(zhǔn)加工；③試驗方法：將加工好的夏比沖擊試塊放入DWC-60A沖擊試驗低溫槽中冷卻→-20℃保溫20min→快速取出并在JB-30B沖擊試驗機沖擊→記下數(shù)據(jù)，每試樣做3個沖擊試塊，取平均值作為該方案的結(jié)果；④試驗結(jié)果：1#試樣-20℃沖擊值16. 5J/mm2；2#試樣-20℃沖擊值15. 0J/mm2。沖擊值超過12J/mm2的要求數(shù)值，滿足材料對低溫抗沖擊的要求；⑤結(jié)果分析：從斷口可以看出，斷口表面凸凹不平，部分石墨球在沖擊過程中脫落，斷口上留下一些空洞，部分石墨球仍留在斷面上，形成凸出的石墨圓球。石墨球及石墨球剝落后留下的凹坑周圍，由于鐵素體基體的塑性變形，形成網(wǎng)狀連接的“撕裂楞”，在“撕裂楞”上出現(xiàn)韌窩，由于韌窩大而深，說明試樣在斷裂之前，基體發(fā)生了很大的塑性變形，直至在石墨球周圍的基體上形成主裂紋，才發(fā)生斷裂，該斷口屬于韌性斷裂在斷。

4 結(jié) 論

綜上所述，低溫高韌性球墨鑄鐵憑借自身擁有的獨特優(yōu)點，在礦工設(shè)備、風(fēng)電設(shè)備中的一些關(guān)鍵零部件，如輪轂、底座、齒輪箱體、支鉅支撐等眾多方面得到廣泛的應(yīng)用。因此，為了工業(yè)的生產(chǎn)，我們必須保障球墨鑄鐵的生產(chǎn)質(zhì)量，采取先進有效的生產(chǎn)工藝，確保球墨鑄鐵的產(chǎn)出能有質(zhì)的保證。

參考文獻：

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