從生產實際談C含量與離心球鐵管幾類缺陷的關系

呂振強

（蕪湖新興鑄管有限責任公司， 安徽　蕪湖　241002）

從生產實際談C含量與離心球鐵管幾類缺陷的關系

呂振強

（蕪湖新興鑄管有限責任公司， 安徽蕪湖241002）

在離心球墨鑄鐵管生產過程中抽取性能、金相以及內外壁澆注質量等異常試樣，并調取各試樣對應光譜直讀成分，與正常試樣進行對比分析，研究了C含量與縮孔縮松、組織白口化以及外觀等缺陷的關系。結果表明w（C）在3.7%～3.8%時其各類缺陷程度較小，中間性能合格率較高。

離心球墨鑄鐵管C含量縮孔縮松石墨形態組織白口化性能合格率

由于離心球墨鑄鐵管強度高、塑性好、耐壓、抗震能力大、耐腐蝕、壽命長且具有運輸方便等優點被廣泛應用。但在其生產過程中經常會出現一些鑄造缺陷而影響其性能甚至判廢。對于離心球墨鑄鐵管的生產，在鐵水成分和設備等方面每個廠都有不同程度的差異，下面將結合蕪湖新興鑄管有限責任公司（后文簡稱新興鑄管公司）生產實際，對離心球墨鑄鐵管中普遍存在的縮孔縮松、組織白口化、內壁澆注差等缺陷的產生、危害及預防進行探究。

1　中間性能合格率

新興鑄管公司在生產檢驗過程中發現鑄管中間性能的合格率不夠理想，抽取不合格性能試樣（如圖1所示），加工面可以看見明顯的縮孔縮松缺陷。另對新興鑄管公司離心球墨鑄鐵管插口金相試樣進行日跟蹤后發現，每班一次插口金相試樣表面有不同程度的縮孔和縮松（如圖2所示）試樣占總數的比例較高，縮孔和縮松缺陷較為常見。

圖3、圖4為加工面上無明顯縮孔縮松的性能樣棒、表面無明顯縮松縮孔缺陷的金相試樣，表面光滑且中間性能優良。針對以上問題，試驗隨機調取一個班中插口金相樣表面有縮孔縮松缺陷和無縮孔縮松缺陷所對應的光譜直讀成分數據并進行了如下分組。

圖1　縮孔縮松出現在性能試樣加工面上

圖2　縮孔縮松出現在插口金相樣表面

圖3　加工面上無明顯縮孔縮松的性能樣棒

圖4　表面無明顯縮孔縮松的插口金相試樣

從下頁表1—表3看，各組成分主要差別在C含量，當平均碳當量為3.96%和4.45%時鑄件中均不會出現明顯的縮孔縮松缺陷。隨著碳當量的增加，縮孔體積呈非直線性的增加，當碳當量達到4.2%時，縮孔體積最大，之后隨著碳當量的增加縮孔體積逐漸減小[1]。表1—表3的結果與以上說法基本吻合。

2　金相組織

下面將w（C）為3.29%和3.74%（金相樣表面均無明顯縮松縮孔缺陷）所對應的金相照片進行對比，如下頁圖5、圖6所示。

對照圖5、6可以看出，w（C）為3.29%對應的金相照片中石墨球少而粗大，w（C）為3.74%對應的金相照片中石墨球多而細小。由于元素Ti過多會導致鐵水黏度增大（Ti易與鐵水中的C反應生成TiC，而TiC熔點為3 150℃，熔點高不能熔化而以固體顆粒狀存在增加了鐵水的黏度）而使球墨鑄鐵中石墨球少而粗大，但對比表1、表2，前者對應的Ti元素平均C含量（質量分數）為0.038%，后者對應的Ti元素質量分數為0.040%，也就是說對應的金相照片中石墨球（w（C）為3.74%）多而細小的Ti元素含量反而稍高一點。由此說明對石墨球的影響不是Ti元素的作用，而且當微量元素Ti的含量不超過一定的上限值時，不會對球化造成影響。碳含量越高，析出的石墨球越多，球徑尺寸越小，圓整度越高[1]。而圖5、圖6的結果與此說法是一致的。也就是說，單從石墨形態而言，C含量高是有益的，但是C含量過高容易出現石墨漂浮。

表1　第一組插口金相表面無明顯縮孔縮松試樣所對應主要成分　%

表2　第二組插口金相表面無明顯縮孔縮松試樣所對應主要成分　%

表3　第三組插口金相表面無明顯縮孔縮松試樣所對應主要成分　%

石墨漂浮也是石墨鑄造的一種常見缺陷之一，主要原因是含碳量過高所致，但在表二中（平均w（C）為3.74%）未見石墨漂浮。有研究資料稱石墨漂浮不僅與C含量過高有關，而且與微量元素（特別是Bi元素的含量）、澆注溫度及鑄件厚度等也有關系。也就是說我們可以通過控制C和Bi的綜合含量來控制石墨漂浮的出現[2]。

圖5　w（C）=3.29%的試樣金相組織

圖6　w（C）=3.74%的試樣金相組織

控制C含量相對高可以抑制滲碳體的生成，防止組織白口化而惡化鑄件性能。因此，采用相對高碳量的鐵水是有益的[3]。

3　內外壁澆注質量

由于球墨鑄鐵的粥樣凝固過程中會產生較大的膨脹收縮現象，特別是在C含量相對高的情況下，凝固后的膨脹收縮量會更大，甚至使鑄管內表面起皮，造成內壁質量差而給后續涂襯水泥砂漿工序帶來困難（水泥砂漿內襯無法完全覆蓋）。因此，作者跟蹤了w（C）為3.74%鑄管的內壁情況，管子內壁雖較粗糙但未見凸起及起皮現象，內壁粗糙可以提高水泥砂漿的附著力，特別是對有輕度橢圓而使涂襯難度大的管子來說，內壁較粗糙是有益的；另外，C含量相對高對鑄管外表面氣孔也有很好的抑制作用。

4　廢鋼加入對鑄管質量的影響

由于高爐鐵水的C相對較高，通常要通過加入廢鋼來調節球墨鑄鐵所用鐵水的C含量，但由于廢鋼的純凈度難以測量和掌握，加入廢鋼常常會使鐵水純凈度下降，不僅使得所生產鑄管產生更多的缺陷（諸如球化衰退、氣孔等），而且大大地增加了生產成本。因此，保持球鐵液相對高C含量，減少廢鋼加入較為經濟。

5　結論

1）適量調整和控制C含量，可使鐵液流動補縮能力強，縮孔縮松缺陷較少，鑄管中間性能合格率高。

2）為使組織石墨球圓整密集而不至于出現石墨漂浮，提高組織性能，應將C含量控制在相對較合理的范圍。

3）球墨鑄鐵管內外壁質量受鐵液C含量影響較大。

4）選擇相對高C量可以減少因加入過多廢鋼而帶來的諸多不良影響。

5）綜合考慮，選擇球墨鑄鐵管所用鐵液目標w（C）在3.7%～3.8%較好。

[1]吳德海，錢立，胡家驄.灰鑄鐵球墨鑄鐵及其熔煉[M].北京：中國水利水電出版社，2006：122-123.

[2]姜海峰.談球墨鑄鐵缺陷研究[J].散裝水泥，2004（3）：50-51.

[3]郝石堅，宋緒丁.球墨鑄鐵[M].北京：化學工業出版社，2014：25-26.

（編輯：趙琳琳）

Discussion on Defects between Carbon Contents and Centrifugal Nodular Iron Pipe Based on Production

LV Zhenqiang
（Xinxing Cast Tube Co.，Ltd.，Wuhu Anhui 241002）

The performance，metallographic and internal and external wall casting quality abnormal samples were extracted from the process of centrifugal ductile iron pipe production，and obtained the corresponding sample spectra direct reading ingredients.Compared with the normal sample，this paper studied the carbon content and shrinkage cavity defects such as shrinkage，organization chilling and appearance.The results showthat w（C）was 3.7%～3.8%with the lowlevel of defects and performance qualified rate was higher in the middle.

centrifugal nodular iron pipe，carbon content，shrinkage cavity and porosity，graphite form，white level，conformance ration in properties

TG249.2

A

1672-1152（2016）04-0044-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.15

2016-06-08

呂振強（1987—），男，助理工程師，主要從事離心球墨鑄鐵管的生產研究工作。