提高大噸位厚大斷面球墨鑄鐵球化率的探索

王敏剛，郭 敏，宮顯輝，李 飛，劉 海，衛 蓉

（陜西柴油機重工有限公司，陜西興平713105）

大噸位厚大斷面球墨鑄鐵件一般指鐵水重量不小于10噸，主要壁厚不小于100mm。其凝固時間?一般超過半個小時，心部區域球化率一般僅有Ⅵ+Ⅴ=30%～50%，且經常會出現反白口現象，為了提高厚大斷面球墨鑄鐵球化率我們進行了一系列試驗。

1 試驗內容

試驗采用3噸中頻爐熔煉，爐料采用高純生鐵，低合金碳素廢鋼同材質回爐料等。熔煉時先加入生鐵，待生鐵熔清后加廢鋼回爐料等，待鐵水熔清后，升溫至1420～1440℃取樣分析，化學成分如表1所示。澆包為堤壩式3噸澆包，采用沖入法球化，出鐵水3噸。

表1 原鐵水化學成分 ωB/%

試驗用如圖1所示的階梯試樣，三個階梯體積由小到大分別為：200mm×200mm×200mm、300mm×300mm×300mm、500mm×500mm×500mm，開放式頂注澆注系統，直澆道、橫澆道、內澆道面積比為1：1.5：2，阻流截面為直澆道截面積為2826mm2。

圖1 試驗用模具工裝

2 試驗方案

試驗采用3噸中頻爐，原鐵水微量元素總和小于0.05%，其中鈦含量小于0.02%，以下三種方案化學成分基本相同。

方案一：采用1.2%復合稀土球化劑，稀土含量約1%，球化坑依次裝入球化劑，粒度：20～30mm，0.1%的低硫增碳劑；粒度：2～5mm，0.2%高鈣鋇孕育劑；粒度：2～7mm，再覆蓋約0.3%的矽鋼片，最后蓋壓鐵板。球化溫度1460～1480℃，澆注溫度1370～1380℃，待球化反應基本結束時加入隨流孕育，0.4%的高鈣鋇，粒度：5～7mm，瞬時孕育劑使用硫氧鈰孕育劑：0.2%，粒度0.2～0.7mm，澆注時加入。

方案二：球化坑最低部裝入0.008%的純銻，粒度：10～30mm，其余與方案一相同。

方案三：采用稀土含量約0.5%球化劑,球化內坑裝入0.005%的純銻，其余與方案一相同。

3 試驗結果及分析

3.1 方案一結果分析

試塊解剖之后發現：200mm厚心部區域石墨球多且小,但局部石墨球不圓甚至出現蠕蟲狀石墨，如圖2所示；300mm厚心部區域出現了大范圍的碎塊狀石墨，其余區域石墨球多且小，如圖3所示；500mm厚心部石墨球長大且大多為碎塊狀、團狀，蠕蟲狀，經腐蝕出現了約10%的珠光體組織，球化率僅為40%，如圖4所示。在生產鐵素體球墨鑄鐵時使用復合稀土球化劑、高鈣鋇孕育劑及硫氧鈰孕育劑會產生多且細小的石墨球，但當鑄件壁厚增大，石墨球會畸變，過量的稀土將導致碎塊石墨的增多。由于偏析作用尤其稀土中的鈰的富集，會產生碎塊狀石墨[2]。

圖2 方案一200mm厚心部石墨形態

圖3 方案一300mm厚心部石墨形態

圖4 方案一500mm厚心部石墨形態

3.2 方案二結果分析

試塊解剖后發現：200mm厚心部區域石墨呈球團狀，石墨球少且大并出現約10%珠光體，如圖5所示；300mm厚心部區域出現了蠕蟲狀和釘狀石墨，珠光體含量進一步增多約25%，如圖6所示；500mm厚心部出現了大量的釘狀石墨，珠光體含量高達60%，球化率僅為30%，如圖7所示。在沒有鈰和其他微量元素的情況下，加入0.002%銻，可使200mm斷面球墨鑄鐵的心部位的石墨球非常圓整。但銻不僅是反球化元素還是珠光體形成元素，過量的銻會使石墨球變差并產生珠光體，當壁厚增加，冷卻緩慢，稀土和銻都會富集，過量的稀土會惡化石墨形態，過量的銻不僅會產生大量的珠光體還會產生釘狀石墨[2]，圖6、圖7中的釘狀石墨就是銻富集過量產生的。

圖5 方案二200mm厚心部石墨形態

圖6 方案二300mm厚心部石墨形態

圖7 方案二500mm厚心部石墨形態

圖8 方案三200mm厚心部石墨形態

3.3 方案三結果分析

試塊解剖后發現：200mm厚心部區域石墨球多且圓，無珠光體組織，如圖8所示；300mm厚心部區域出現了少量了球團狀石墨，石墨球進一步長大，珠光體含量約5%，如圖9所示；500mm厚心部出現了團狀石墨，石墨球長大且大石墨球表面長出小的芽狀石墨，珠光體含量高達40%，但球化率到達了80%，如圖10所示。減少稀土和銻的含量，可有效的減少稀土和銻的不良作用。少量的稀土可以抵消鐵水中微量反球化元素的作用，一定量的銻可以有效的消除碎塊狀石墨。在厚大斷面球墨鑄鐵中，可與Ce一起加入適量的Sb、Bi等微量元素。銻和鉍本來是干擾球化的元素，這時不但不會干擾石墨球化，反而能消除碎塊狀石墨[2]。

圖9 方案三300mm厚心部石墨形態

4 結論

（1）使用復合稀土球化劑、高鈣鋇孕育劑及硫氧鈰孕育劑在壁厚不小于200mm時會產生大量的碎塊狀石墨。

圖10 方案三500mm厚心部石墨形態

（2）添加0.008%的銻可以有效的消除碎塊狀石墨，但壁厚在200mm以上時會產生珠光體，壁厚在300mm以上時還會產生大量的釘狀石墨。

（3）使用高純爐料低稀土球化劑添加0.005%的銻可以消除壁厚200mm～500mm的試塊中的碎塊狀石墨，且石墨形態良好，球化率達到了≥80%。