铸态铁素体技术要点Word格式文档下载.docx

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1、5效益分析与评估。

1、6设计的方法

λ编写设计任务书，请专业设计院设计，设计费约为总投资的3-5%。

λ成立项目组，以项目设计组的形式进行自主设计，这样可以培养自己的技术力量，特别是有利于青年人的培养、特别有利于工艺、设备的调试，缩短建设周期。

具体可按下列方法进行。

*1、组建项目工作组：

明确分工与职责，老板为项目组长，同时聘用一名常务付组长，负责总图、工序接口、各工部工艺、设备审核把关。

选聘公司技术人员分制主管造型造芯、砂处理、熔炼、清整、通风除尘等。

这些技术人员实行垂直管理，即从开始项目准备、工艺分析、招标、安装、调试直到投产都由他主管，接受项目组组长领导。

由组长每月制定、检查技准计划进行奖罚。

*2、工部项目主管进行调研、工艺分析，提出技术任务书。

*3、组长组织对技术任务书进行专家评审，完善技术任务书。

*4、对供应商资格进行调查、评审，对合格供应商发招（邀）标任务书。

*5、对供应商应标书进行评估交流，草拟技术协议，

*6、技术谈判完成后商务谈判，签订合同，完善总图，制造工装。

*7、设备预验收，签订预验收协议。

*8、现场安装、调试，建立监理工作制度。

*9、试产与检测，出检测报告。

*10、投产达标，签订终验收报告，建立技术档案，办理固定资产手续。

铸态铁素体球生产若干问题的探讨

文中就铸态QT450-10球铁生产过程中,对原材料,化学成分,球化剂的选择以及球化,孕育处理等进行了探讨,以稳定的生产铸态铁素体球铁.

一,引言

我厂从93年开始为中外合资企业钢隆机械有限公司提供汽车动力转向器壳体毛坯件,其材质设计牌号为QT450-10,为了保证要求,起初我们进行热处理,但这样带来了一系列问题,铸件氧化变形,生产周期成本高,我们参考了国内一些生产厂的生产资料,在中频炉上,采用地稀土球化剂和多次复合等措施,现已稳定地生产出铸态QT450-10壳体.

二,生产条件

原材料生铁我们使用本溪QT10铸造用生铁,球化剂用长春钢砂厂球化剂;

铁水熔制在0.5T中频炉上进行,采用堤坝包冲入法球化处理,多次复合孕育,炉前快速分析检验等手段.

三,生产中的几个关键问题

1,原材料要求

现国内外铸造界普遍认为,原材料是稳定生产球铁的条件,生产铸态球铁更需使用高纯生铁.但这需视各厂条件而言,我们认为影响石墨化的有害含量满足下式ΣT=Ti+Cr+Sb+As+Sn+Pb+Zn<

0.1的生铁就可生产出满意的球铁件.

2,化学成分要求

（1）碳:

碳为石墨化元素,碳高析出石墨数量多,球径小,圆整度高,同时减轻铸件缩孔,缩松的倾向,适宜的含碳量为3.6-3.9%

（2）硅:

硅也为石墨化元素,随硅含量增加,铁素体量增加,抑制碳化物形成,从而增加韧性,但超过3.0%-3.3%,又会增加脆性,因此在含碳量为3.6-3.9%条件下,我们将终硅量控制在2.5-2.7%范围内.

（3） 

锰：

球铁中的锰严重降低塑韧性，所以锰控制的越低越好，但鉴于原材料影响，锰一般控制在0.2-0.4%

（4）硫，磷；

硫，磷是球铁的有害元素，控制的越低越好，由于原材料限制，我们认为处理后铁水含磷量P<

007％，含硫量S<

002％，较为稳妥。

（5）残余镁，稀土量

镁和稀土元素会加剧铁水过冷，过多的RE残和MG残, 

铸态组织中易出现游离碳化物和其它铸造缺陷；

残留稀土和镁量不足易产生球化不良和球化衰退。

一般情况下，我们认为RE残：

MG残＝0.2-1,RE残+MG残=0.4-0.8%,是合适的，我们确定的RE残 

=0.01—0.03,

MG残=0.03-0.05%范围内。

3，球化剂及球化处理要求

针对电炉熔化高温低硫铁水的特点，我们选用的低稀土含钙球化剂，它具有球化能力强，反应平稳等特点。

采用冲入法进行球化处理，球化剂加入量1.2-1.4%.采用随形压铁覆盖及注意扒渣，严禁铁水回硫等工艺措施，以保证MG残和RE残含量，防止球化不良和球化衰退。

4，孕育处理要求

孕育处理是铸态铁素体球铁生产的关键控制点。

孕育剂我们选用国内常用的75SIFE,加入量为1.6-1.8%,采取多次复合孕育，即在球化包中加入0.6%75SIFE包内孕育，出铁槽随流加入0.3-0.4%75FESI随流孕育；

浇注时随流加入0.1-0.2%75FESI做瞬时孕育。

5，浇注，开箱要求

为了防止球化衰退，我们制订了合理的浇注时间，即每包铁水（500KG）浇注时间为10分钟，开箱时间掌握在铸件在600℃以下开箱。

四，产品检验结果及分析

我们随机抽取了5组试样，检测结果，球化级别1－2级，延伸率>

15％，σb>

500Mpa,这些指标均到达或超过GB1348-88对QT450-10要求。

五，结论

1,“化学成分是基础，孕育是关键”是生产铸态铁素体球铁的前提和条件。

2,球化处理和孕育处理同等重要，尤其是生产铸态铁素体球铁时，更不可忽视孕育的作用

3.选择适宜的化学成分：

我们认为QT450-10的化学成分应为（％）：

C:

3.6-3.9,SI2.5-3.0,Mn<

0.4,

P<

0.07,S<

0.02,RE残0.01-0.03,MG残0.03-0.05.

4,铁水出炉温度在1450－1500℃较为合适，浇注温度不低于1350℃。

球化处理•孕育处理

4.1球化处理

我国球化处理以包内冲入法为主。

在选择稀土镁球化剂时，一般先根据铁液处理温度的高低确定球化元素Mg的含量，铁液温度高取低值，反之取高值。

过高的Mg量，球化反应激烈，球化不易稳定；

过低的Mg量，球化剂加入量多，会增加处理成本。

一般，感应炉车间Mg量多取5~6%，少数至7%；

冲天炉车间取Mg7~9%。

RE是异常活泼的元素，能脱氧脱硫净化铁液，有中和球化干扰元素的作用。

RE的使用改善了铁液铸造性，减少了缩松、夹杂和皮下气孔等缺陷出现的几率。

RE本身的球化作用不大，RE对球化的贡献主要是为Mg扫清障碍，有RE存在时，Mg的用量可以减少。

不过，RE也有负面影响，例如残余RE过多会降低球化级别；

在厚大铸件中有出现厚片状石墨的倾向。

所以球化剂中的RE含量应有节制，对感应炉铁液，RE1~3%即可；

对冲天炉铁液，根据其含硫量和氧化程度的不同，RE在4~7%之间。

在任何情况下，球化剂中的RE量应少于Mg量的2~4%。

球化剂中有时配有Ba和Ca。

Ba与Si的配合，可使球化剂发挥出一定的自孕育作用。

Ca及Ba与Mg的复合，有利于缓和球化反应，改善作业条件，并提高Mg的回收率。

少量的Ca、Ba也有一定的脱氧脱硫效果。

球化剂品质中不可忽视成分误差、MgO含量、偏析程度、断口状况和粒度的集中性。

JB/T9228－1999标准规定，Mg及RE的成分误差过宽，为±

1%，有的厂家已控制在±

0.5%，甚至±

0.2%。

上述标准规定MgO≤1%，有的厂家Mg可≤0.7%，甚至保证MgO≤0.5%。

凡是粒度不匀、粉末多、白色附着物（铸锭表面MgO）多、断口色泽灰暗有异状的球化剂不是好球化剂，不应采用。

球化剂长期存放与空气接触后，会削弱球化效果。

因此，球化剂库存量不宜多，存放要注意防潮。

原则上，只要掌握好铁液的化学成分和孕育环节，采用上述球化剂即可生产铸态球铁。

但亦有工厂采用铸态球铁用球化剂。

一般，在铸态铁素体球化剂中含有Ba和Bi；

在铸态珠光体球化剂中含有Ba和Sb，但对于QT700-2以上的保安件，不推荐使用含Sb球化剂，此时应由Cu、Mo等来控制基体。

必须指出，不管是否采用铸态球化剂，孕育永远是不可忽视的重要环节。

厚壁球铁件，容易发生球化衰退和石墨畸变。

重稀土Y有一定的球化作用，特别是抗球化衰退性极强。

但单靠Y基重稀土去球化，其加入量很大，而且爆发性很差。

因此，厚壁球铁件用Y基重稀土含Mg球化剂。

重稀土与轻稀土一样有抑制球化干扰元素作用。

与轻稀土相比，Y残余量的多寡对白口化倾向的影响则表现得并不敏感。

Y基重稀土镁球化剂中Mg和RE含量的选择，与前述（轻）稀土镁球化剂相同。

Y基重稀土镁球化剂除了用于厚壁球铁件外，在大批量生产流水线上，气压保温浇注条件下使用也是有益的。

据测试，1300~1400℃保温1小时，球化效果并无明显的影响。

必须指出，为了防止球化衰退和石墨畸变，除采用含Y球化剂外，还应当调低Si量，采取增加石墨球数，细化石墨球径等工艺措施。

盖包处理法大大减少了处理的烟光污染，是一种节省球化剂、保证球化质量的简便工艺，值得推广。

受钢液喂丝技术的启发，近年喂丝球化法开始流行。

该法可精确控制残余镁量，具有球化质量稳定、渣量少、降温少、污染少和处理参数自动可控的优点。

喂丝法综合成本比冲入法低20%左右。

目前国内已有多家企业成套供应喂丝机和包芯线。

球化包芯线外皮为0.3mm厚的冷轧钢皮，芯材一般含Mg为25~30%,并复合有Ca、Ba、（RE）等多种成分。

球化处理中产生了大量非金属夹杂物，球化处理完毕要精心用优质除渣剂清渣－复盖。

优质除渣剂撒于液面能迅速散布，覆盖整个液面，具有聚渣和保温双重效能。

它的熔融温度和物化性状适当，既有利于聚渣保温，又不粘浇包，可用棍将渣层整体挑出，清渣方便利索。

符合以上要求的除渣剂，一般由优选的天然矿物经加工而成，也有的系人工复配而得。

4.2孕育处理

孕育处理十分重要，它在球铁生产中承担着细化石墨保证石墨圆整度，防止出现自由渗碳体和弱化晶界脆性物影响等的多项任务。

球化处理后，铁液的过冷度相当大，孕育非常必要，也是非常有效的。

球铁广泛采用高效和长效的硅系孕育剂，这类孕育剂中复合有Ba、Ca、Sr、Zr、RE和Al等元素中的两种或多种。

这些硅系元素都有强化孕育增加石墨核心的作用；

Ba、Ca、Ba－Ca、Sr有较强的抗孕育衰退能力，而RE及Zr抗衰退能力较弱。

在孕育剂或球化剂中，Bi与RE共存，能显著增加石墨球数，促进形成铁素体基体，能大大减少薄壁球铁件的白口倾向。

从O、S是石墨球核心的必要元素这一观点出发，一种含Ca、Ce、O、S的专用孕育剂适用于低硫铁液和厚壁球铁铸件。

球化处理后的铁液，其S量低。

在低硫铁液中，孕育产生石墨核心的同时，发生的石墨溶解过程很快，铁液容易衰退。

因此，球铁进行出铁槽孕育是不合适的。

由各种形式的后孕育取代出铁槽孕育和大包包底孕育是孕育方法发展的大趋势。

后孕育要讲究孕育剂粒度大小和粒度的均匀性，特别是随流孕育和喷射孕育时，粒度偏大，熔吸不良将在铸件中产生硬点和硅偏析。

当采用高效孕育剂时，切忌孕育过量，以防缩孔、气孔和石墨偏聚现象的发生。

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（一）铁水的控制

1.元素烧损及氧化物夹杂

铁水中的硅、锰元素的氧化烧损，是通过炉气中的氧和二氧化碳吸附于铁滴表面后熔入铁水中。

此时熔解氧为原子态。

首先与铁原子反应生成氧化亚铁，由于硅、锰与氧的亲和力大于铁原子，硅、锰原子将生铁原子从氧化七亚铁中还原出来，自身被氧化形成硅、锰氧化物夹杂。

众所周知：

铁水的氧化只要产生在熔化带。

由于空气中的氧在氧化带已基本燃烧光。

形成二氧化碳；

故铁水在熔化带被氧化的氧原子主要由二氧化碳提供，减少熔化带的二氧化碳量就能控制铁水在熔化带被氧化，由于二氧化碳遇红热焦炭被还原，是吸热反应，故提高还原带的炉气温度可减少炉气中二氧化碳的含量，减少硅、锰烧损。

故热风冲天炉能有效控制元素氧化烧损。

2.铁水氧化行气孔的产生与控制

冲天炉铁水中的熔解氧，一部分如上所述，与铁水中硅、锰反应生成氧化物夹杂。

a.一部分溶解氧在石墨表面吸附，氧化石墨生成一氧化碳气。

即：

（C）石墨+[O]＝{CO}↑

b.当生成的氧化亚铁于铁水中的碳接触时，碳还原氧化亚铁，也是生成一氧化碳气孔。

（FeO）+（C）＝{CO}↑+（Fe）高温铁水有利于气泡上浮去除。

这种熔炼过程中铁水氧化生成的气孔叫熔炼性气孔，其特点时呈细小均匀的分布于铸件断面。

3.铁水含硫含量的控制

在冲天炉熔炼过程中，焦炭中的硫将有60％进入铁水中。

如何控制硫进入铁水，是冲天炉熔炼质量控制的重要任务之一。

首先了解硫进入铁水的过程，才能找到控制铁水增硫的途径。

焦炭在风口区燃烧达到高温时，焦炭中的硫呈气体状态逸出，在风口区与氧反应生成二氧化硫（SO2）气体。

随着炉气上升，与铁料产生增硫途径有二：

a.当二氧化硫与尚没氧化的洁净金属炉料表面或铁滴表面吸附对，产生增硫反应：

3[Fe+SO2]=（FeS）+2（FeO）+△F2……

（1）

b.对于已氧化的金属炉料表面，有如下反应：

10（FeO）+SO2=（FeS）+3Fe3O4+△F……

（2）式中的氧化亚铁包括上式反应生成的和炉渣中的。

以上两个放热反应在冲天炉条件下都可以进行，但反应式

（2）顺向性比

（1）大，故在金属表面氧化严重时，增硫剧烈。

试验表明，金属炉料的渗硫深度可达1～3mm.当铁料原始含硫量为0.082％时，增层内硫量可达0.45％之多。

由此可知，清除金属炉料的铁锈，可减少增硫。

在冲天炉熔炼过程中能否创造条件脱硫呢？

据脱硫的三大条件，即高温、高碱度、低氧化性。

这在一般冲天炉中时无法满足的，只有在先进的热风水冷冲天炉熔炼条件下，才能满足上述条件。

在热风水冷冲天炉熔炼过程中，由于高温、铁水氧化性低，无炉衬，可造碱性渣，当铁水在1500～1550oC，平均1530oC，炉渣碱度控制在1.7～2.3时，可稳定地将铁水含硫量降到0.04％，在包中辅以脱硫措施或采用炉前连续脱硫，就可将硫控制在0.02～0.03％，充分满足球铁生产和转炉炼高级钢的需要。

4.铁水中磷的控制

一般在冲天炉熔炼过程中磷基本上无大变化。

磷量的控制主要是从金属炉料控制。

5.微量干扰元素

在熔炼过程中，高温有利于低熔点干扰元素的氧化、烧损。

其含量相应的减少。

但控制主要从金属炉料的选择解决之一。

在冲天炉熔炼过程中。

（二）铁水熔炼过程因素的控制

铸铁与钢之所以不同，是因为有了石墨的存在，对石墨形态的控制，就是铸铁熔炼过程控制关键之一；

同时在熔炼过程中必须保证获得各种基体组织的成分要求，也就是化学成分的波动范围的控制；

也需要保证在满足机械性能的前提下，获得良好的加工性能等等。

1.石墨形态的控制

不同的石墨形态，可以得到不同性能的铸铁，各种不同自的铸铁均有一个共同的要求，即石墨应是细小的、均匀的，对孕育铸铁的石墨则应是短而钝头的，对球墨铸铁来说，石墨应该是园整的，我国铸铁生产的原材料有新生铁（铸造生铁）、回炉料、废钢等，新生铁有大量的粗大过晶石墨干和共晶石墨，回炉料以共晶石墨为主，也存在少量的过共晶石墨。

因此，在熔炼过程中，要保证得到上述要求的：

石墨形态，首先就必须将粗大的过共晶石墨和共晶溶解到结晶临界半径以下，在重新结晶的条件下，才能得到上述要求的石墨形态。

这就是消除石墨遗传性。

只要存在原始石墨，在随后的重新结晶时，碳原子就会在原始石墨上生长造成石墨的大小不均匀及尖头石墨。

石墨尖头会造成尖端虚力集中，在应力作用下尖端裂口延伸以致断裂，降低另件使用的可靠性和安全性。

根据我们以及世界各国的研究，粗大的过共晶石墨在铁水温度达到1500oC，并保持6～9妙钟可以溶化到结晶临界半径以下，只有在这样的熔炼条件下，生产的高牌号孕育铸铁或球墨铸铁的质量是可靠的。

故生产孕育铸铁、球墨铸铁对铁水的熔炼温度是有要求的，其铁水熔炼温度应控制在1500oC以上，最高不超过1550oC，以1530oC为最佳。

2.铸铁熔炼方法的选择

不同的铸铁熔炼方法，具有不同的熔炼条件。

其熔炼的铁水浇出的铸件性能也差异。

德国人GopatV.PanchathanV在1978年曾经做过冲天炉、回转炉、电炉熔炼的铁水性能对比试验，发现冲天炉熔炼的铁水铸件相对强度高，使用性能好，相对硬度低，加工性能好。

而电炉熔炼铁水的相对强度低，使用性能较差，相对硬度较高，加工性能较差。

回转炉居中。

二汽陈勉已总工在九华山铸造学会年会上介绍：

要得到好的汽车铸件，采用冲天炉熔炼铁水最佳。

大家都知道，二汽是采用电炉熔炼的。

为什么冲天炉铁水优于电炉呢？

冲天炉熔炼过程是熔化带熔化的铁滴在焦炭表面滚动中下落的，造成了铁水微观增碳的不均匀性，故其结晶过冷度较小，结晶晶粒细化，不易产生白口，而电炉熔炼铁水是在隔绝碳的情况下进行的，同时造成碳原子分布的均匀化，使其结晶过冷度增大，使铸件表面白口倾向增加。

据国外统计，相对冲天炉铸件其加工刀具磨损率增加35％，加工时增加45％。

增加了机械成本。

3.化学成分波动范围的控制

在一般有炉衬冷风冲天炉中，随着熔炼时间的延长，炉衬的烧损，炉径将不断地扩大，如补焦不及时，量不准确，将造成低焦顶面波动增大，不仅温度降低，铁水氧化烧损增加，同时增大了化学成分的波动范围，要控制碳的波动在±

0.10％是困难的。

如采用热风水冷无炉衬冲天炉，熔化过程中炉衬稳定不变，消除了上述问题，化学成分波动范围能得到稳定的控制。

从而保证各种铸件铁牌号的准确稳定生产。

4.铁水的最佳熔炼温度控制

综上所述，保证铁水的内在质量熔炼温度应在15000C，在该温度铁水氧化物夹杂、气孔最低抑止增硫，消除石墨遗传性，稳定化学成分波动范围均能得到保证。

如果超过15500C，将增加铁水的结晶过冷度，对使用性能不利。

故从铁水嫩内在的质量分析，铁水的熔炼温度范围应是1500～15500C，最佳温度15300C.

壁厚件在冷却过成程中容易产生缩空或缩松故为防止这类不良一般壁厚件都把碳当量适当调高以增加膨胀系数降低上累不良，但因为控制不好可能会导致石墨漂浮…愚见望高人补充…。

找了一些资料…石墨漂浮是球墨铸铁特有的缺陷，通常发生在壁厚>

25mm的铸件上，因此也是大型、厚壁球墨铸铁件的一种常见缺陷。

石墨漂浮的特征是在铸件的上表面聚集了大量石墨，宏观断口呈均匀黑斑状。

在石墨漂浮的密集区，可看见球状石墨形态已被破坏，成为“开花形”，并通常与硫化镁和氧化镁聚合在一起。

经化学分析，碳、镁、稀土及硫含量有偏高的现象。

通常认为，石墨漂浮的产生过程是由于碳、硅含量高，铁液冷却速度缓慢，析出多量的大径石墨，并在铸件上部偏析而集聚。

石墨漂浮的存在，降低了铸件的力学性能，也影响了铸件的表面质量。

石墨漂浮的产生主要与碳当量有关。

经验表明，在生产厚壁球墨铸铁件选择化学成分的时候，既要注意防止缩孔、缩松，又要防止石墨漂浮。

为了防止缩孔等收缩缺陷的出现，可用设置冒口或冷铁的方法来解决。

除了碳当量过高，还与铁液中存在过多的氧化物浮渣和硫化物浮渣有关，由于它们的存在而加剧了石墨的漂浮。

防止石墨漂浮，除了控制碳当量以外，还需采取如下具体措施：

（1）Mn量限制在最低的需求量，并尽量降低原铁液的S量。

（2）控制残余稀土含量，其含量（质量分数）应<

0．06％。

（3）保持在还原性气氛中熔炼。

（4）浇包应清铲干净，彻底去除残渣。

（5）用纯镁处理时要扒尽铁液表面的浮渣。

（6）孕育处理要迅速搅拌，充分除渣。

（7）在高温（1480~1510℃）下孕育。

（8）采用高温熔炼，低温浇注。

（9）尽量加快铸件的凝固速度，例如在铸件厚壁处设置冷铁。

（10）在生产特大断面铸件时，可添加适量的石墨化阻碍元素。

孕育剂改善球墨铸铁的石墨化

通常球铁生产中氧与硫成核的可能性取决于铁水的纯度和添加物，其保持时间和温度以及铁水的处理方法和添加物。

此前使用的孕育剂是添加了Ca、Ba、Sn、Zn等金属的硅铁。

添加这些元素的目的是使之与铸铁中氧和硫相结合以生成石墨核。

但是与处理生成的有效的核数相比，铁水中的氧化硫数量相对较少，因此，用金属孕育剂的方法受到了限制。

为使其增加有效性而使用了加入Ce、Ca、S、O等元素的新的孕育剂（详见下表）

含Ce、Ca、S、O等的孕育剂的规定成份和有代表性的成份（%）

Si 

Ca 

Ce 

Al 

S 

O

规定成份 

70-75 

0.75-1.25 

1.5-2 

<

1 

1

有代表性加成份 

73 

1 

1.75 

Tnace 

tnace

用这种孕育剂不产生白口，为使阻碍球状化的有害元素无害