探討高品質球墨鑄鐵的熔煉技術

潘寶友

【摘 ?要】高品質球墨鑄鐵的熔煉技術是提高球墨鑄鐵綜合性能的重要技術手段，通過高品質球墨鑄鐵的熔煉技術可獲得高的強度、塑性、韌性、耐磨性和機械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕等。本文就重點針對高品質球墨鑄鐵熔煉技術要點進行了簡要的分析和探討。

【關鍵詞】高品質;球墨鑄鐵;生產;熔煉技術

當今，我國是全球生產鑄鐵的第一大國，鑄件產量是全球總產量的25%。近些年以來，一直保持著迅速增長的態勢。然而，我國球墨鑄鐵的應用比重跟發達國家還面臨著一些差距，應用高品質的球墨鑄鐵還具備比較大的空間。高品質球墨鑄鐵的優勢是化學成分穩定、石墨形態良好、力學性能優異、基體組織適宜。球墨鑄鐵的熔煉水平會嚴重地影響到其性能，從一定程度上來講，球墨鑄鐵的熔煉技術是球墨鑄件生產能力的體現。

1 高品質球墨鑄鐵的熔煉工藝技術

球墨鑄鐵鐵液的基本要求是高溫低硫，國內外一般是借助沖天爐、中頻爐、感應爐的聯合來熔煉鐵液。應用熱風除塵沖天爐能夠使熔煉鐵液的效率大大提高，而應用感應電爐能夠有效地控制合金的成分，從而確保穩定的球化。

在國內的大型鑄造企業當中，經常應用雙聯熔煉工藝。然而，在多樣性澆注的鑄件牌號上，規模較大的沖天爐對鐵液成分缺少較強的調整能力。并且，我國的沖天爐在熔煉的過程當中，由于熔煉溫度比較低以及焦鐵比間存在比較大的差異性，這會制約鐵液的質量以及成分構成。通過采用中頻感應爐的工藝技術可以使熔煉操作簡便，工藝靈活調整，且鐵液的質量較高，熔化效率也優于沖天爐，故在中小規模的鑄造企業中廣泛應用。

在球墨鑄鐵生產當中，一個關鍵的生產指標是石墨的形態，石墨的形態跟鑄件的抗沖擊性和強度性能存在非常緊密的關系。而熔煉球墨鑄鐵中一個重要的技術是球化處理，選用的球化劑和球化方式會嚴重地制約到處理的結果。當今，我國大都應用稀土鎂硅鐵復合劑作為球化劑，其中鎂的功能是主導球化。在我國鑄造企業日益提升脫硫能力的影響下，球化劑的發展方向是低稀土。另外，結合鑄件形態的組織要求，能夠選用含有銻、鈣、鋇的球化劑。在選用球化工藝的過程中，主要的兼顧要素是反應平穩性和吸收率。國外企業大都應用蓋包沖入法，該方法的特點是適用面廣、吸收率高、煙塵少。我國大都應用沖入法球化處理技術。另外還有喂絲法球化工藝，這種工藝損失的溫度少，反應十分穩定，且逐步地獲得了應用與推廣。

2 原材料對球墨鑄件性能產生的影響

我國常用的鑄鐵件原材料是鑄造生鐵。其中，生鐵中的石墨形態、微量元素、氣孔等要素會直接地影響到鑄件的性能，同時，針對球墨鑄鐵的性能來講，也造成1～2個牌號的不同，因此各個鑄造企業在生鐵更換的過程中需要尤為關注此問題。

當今，相比發達國家，我國應用的鑄造生鐵當中含有的微量元素比較少。因為有限的資源，在生產鑄件的時候一般會將其他的一些礦石加入，這會顯著地提高一部分微量元素的含量，從而會嚴重地影響到球墨鑄鐵的生產。

球墨鑄件性能不但受到生鐵當中微量元素的制約，而且也會受到生鐵內部物質（氣體、夾渣物、熔渣等）的制約。導致如此情況的原因是生鐵受到鐵礦石熔煉技術的制約以及鐵礦石的品質存在不同之處。

為了獲取高品質，特別是高韌性與高強度球墨鑄件，應當確保鑄造生鐵的質量，借助優質的原料（增碳劑加廢鋼）進行熔煉。在廢鋼當中，含有非常少的雜質元素，成分非常穩定，且在高溫熔煉的過程中消除了生鐵的遺傳效應，從而能夠熔煉的鐵液的品質較高。在借助廢鋼增碳工藝熔煉鐵液的過程中，需要重視下面的兩個問題：一是廢鋼的類型。一般情況下需要選用的原料是型號相同和來源固定的優質碳素構造的廢鋼，進而使廢鋼當中合金元素導致的不利影響降低。二是增碳劑的品質。增碳劑這種晶體形態有著較高的化學純度，要求借助不間斷的高溫處理，從而對揮發物、氣體雜質、硫、水分進行分離。倘若增碳劑的品質較高，那么含硫量會非常低，且穩定和增碳率高，還可以推動石墨化和孕育功能。

在球墨鑄件的生產過程中，應用增碳劑不但能夠實現鑄件韌性與強度的提升，而且也不會使鑄件的收縮加重，廢鋼增碳工藝的有效應用可以實現鑄件收縮性的大大降低，應當明確的是，需要在感應電爐中應用廢鋼熔煉技術。

3 對球墨鑄鐵一系列成分的有效控制

對基體是鐵素體的球墨鑄件進行生產的過程中，不要求實現合金化。在對混合基體和珠光基體的球墨鑄件進行生產的過程中，為了確保鑄件的性能，一般要求實施合金化的處理。

錳的功能在于實現鑄件珠光體含量的提升，進而大大地提升抗拉強度。可是，錳的含量太高比較容易造成偏析，這不利于球墨鑄鐵的石墨化。為此，在珠光體球墨鑄件當中，錳的含量不能夠超出0.6%。通過比較大的錳含量提升鑄件性能是因為錳有著十分顯著的力學提升性能以及成本低。

在球墨鑄鐵當中，十分關鍵的組成元素是碳，通常控制在一定比例的碳含量，在碳含量太高的情況下，會導致石墨的漂浮，進而使不規則形狀的石墨球形成，在含碳量太低的情況下，不利于球墨鑄鐵的補縮與石墨化。

在生產高牌號球墨鑄件的過程中，銅是經常見到的元素。銅的性能溫和，可以推動形成鑄件珠光體，以及共晶時期的石墨化和細化。銅能夠實現石墨球的圓整，然而不能夠推動形成碳化物，進而不能夠提高球墨鑄件的強度。

在球墨鑄件中，不可缺少的是硅，這并非由于硅可以推動石墨化和提高鑄件的孕育功能，尤為關鍵的是硅能夠使鑄件實現理想的力學性能。在種類是鐵素體的球墨鑄件當中，硅的含量一般較高，其能夠促使球鐵的形成，在韌性提升的過程中，因為具備強化固溶的特點，能夠使鑄件抗拉強度提升。在生產較大斷面和較高韌性的球墨鑄鐵的過程中，需要對硅的含量進行有效控制，避免太高的含量。另外，在混合機體或者是球光體基體的球墨鑄件的生產過程中，因為硅不存在強化的功能，所以應當確保硅的含量在適宜的范圍之內。

在生產球墨鑄鐵中，磷元素和硫元素一般都是有害的，會制約到鑄件的性能，因此需要使磷的含量在0.05%以下、硫的含量在0.02%以下。尤其是生產韌性較高的球墨鑄件的過程中，還會降低磷和硫的含量，進而實現鑄件性能的提升。

4 球墨鑄鐵孕育衰退預防措施

研究表明，用75硅鐵進行孕育處理，孕育效果會很快地隨時間的推移而衰退，按常規經驗，球墨鑄鐵的孕育作用時間為12～15min。超過15min以后，孕育作用將大部分或全部消失。為了保證鑄件質量，通常要在孕育后10min以內澆注完畢，最好在鐵水自注入型腔時進行再次孕育。

到目前為止，提高孕育效果和防止衰退的措施概略如下。

（1）選擇強效孕育劑。以硅鐵為基礎的孕育劑中最好含少量的Ca、Ce、Zr、Ba等元素。

（2）保證球化后鐵液必要的硫含量，過低的硫量不利于提高球數，對球化后含硫（S）0.005%的鐵液，用FeS2進行后孕育使硫提高到0.012%，發現石墨形狀不受影響，但石墨球數由528個/mm2增加到585個/mm2。

（3）改善處理方法。盡量縮短孕育到澆注的時間，因為所有的孕育劑的孕育效果都在剛加入的瞬間最大，之后立即發生衰退，不存在衰退的醞釀期。

（4）適當降低鐵水澆注溫度，隨過冷度增大異質核心的成核有效性中可以接受的失配度數值變大，換句話說，提高冷卻速度，增大過冷度，可以使更多的顆粒激活，作為石墨的成核劑。

5 結語

總而言之，在工業生產的各個方面都非常普遍地應用球墨鑄鐵。為了獲得品質較高的球墨鑄鐵，需要優化球墨鑄鐵的熔煉技術，兼顧原材料對球墨鑄件性能產生的影響，合理的選擇球墨鑄鐵的化學成分，只有如此，最終才能夠提升其應有的性能。

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（作者單位：中國第一重型機械股份公司）