鑄態(tài)QT600-10球墨鑄鐵的工藝淺析

許景峰，徐玉強(qiáng)，徐繼柱，時(shí)曉，楊淑欣，張敏之

（濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊 261108）

關(guān)鍵字： 鑄態(tài)球鐵；電爐熔煉；喂線法

我國球墨鑄鐵產(chǎn)量占世界球鐵產(chǎn)量1/3以上，同一牌號(hào)球墨鑄鐵與美國相比，抗拉強(qiáng)度差別不大，但伸長率和沖擊值都較低，這說明我們生產(chǎn)球墨鑄鐵原鐵液的冶金質(zhì)量仍需要提高，工藝水平有待提高[1]。

高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵成為生產(chǎn)高性能球鐵件的瓶頸，如：QT600-10、QT700-5等牌號(hào)。鑄態(tài)生產(chǎn)QT600-10具有較大成本優(yōu)勢，并且具有較高的抗拉強(qiáng)度和伸長率，但不易控制，需要制定較為穩(wěn)定的球化工藝加合金來保證高強(qiáng)度和高延伸率。

1 化學(xué)成分的選擇

QT600-10具有高強(qiáng)度高延伸率的特點(diǎn)，考慮最大經(jīng)濟(jì)化，選擇鑄造工藝即可滿足技術(shù)條件，但必須嚴(yán)格控制化學(xué)成份。化學(xué)成分選擇如下：

1）碳當(dāng)量 選擇碳當(dāng)量主要著眼于改善鑄造性能，消除鑄造缺陷，獲得健全鑄件和提高力學(xué)性能，一般碳當(dāng)量選擇接近共晶點(diǎn)，由此碳當(dāng)量綜合考慮碳和硅：ω（C）一般為 3.6%～3.8%，ω（Si）一般為2.2%～2.5%.

2）錳 在球墨鑄鐵中，硫和氧可在球化過程中中和掉鎂和鈰，少量的錳可作為合金元素而發(fā)揮作用。為保證高延伸率，ω（Mn）控制范圍：0.4%～0.6%.

3）磷 磷不影響石墨球化，但可以溶解在鐵液中，降低鐵液的共晶溫度和凝固開始溫度，容易偏析，ω（P）一般控制在0.05%以下。

4）硫 硫是反石墨球化元素，加入鐵液中的稀土和鎂一部分與硫化合，剩余的才起球化作用，屬于有害雜質(zhì)，ω（S）一般控制0.02%以下。

5）銅 少量的加入量可改善鑄件斷面組織的均勻性，對(duì)基體有固溶強(qiáng)化及沉淀硬化作用。銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在0.3%～0.5%.

6）微量元素 一般加入錫，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%～0.08%可使基體組織中的珠光體含量明顯增加。含鋇孕育劑能減少白口傾向，提高鑄件的伸長率，而且與鉍、銻孕育劑復(fù)合使用能使石墨球更細(xì)、更小、更圓整[2-3]。

2 熔煉相關(guān)工藝的優(yōu)化

2.1 電爐原材料的要求

工頻感應(yīng)電爐熔煉的關(guān)鍵是嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，影響比較大的有生鐵、工業(yè)廢鋼、回爐料、增碳劑、硅鐵、錳鐵等，標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）生鐵：建議選用低硫、低磷、低鈦和高碳低硅的生鐵（如低磷低鈦生鐵）。

2）工業(yè)廢鋼：建議采用形狀規(guī)整、壁厚均勻、種類較穩(wěn)定的碳素鋼（如45、Q235等）。

3）回爐料：需要經(jīng)過拋丸破碎的表面潔凈的球鐵回爐料。

4）增碳劑：選用石墨化且低硫含量的增碳劑[2-3]。

2.2 電爐熔煉

工頻感應(yīng)電爐熔煉鐵水特點(diǎn)：白口傾向大，化學(xué)成分易控制，便于生產(chǎn)不同牌號(hào)鑄件。制定電爐熔化工藝一般選擇高溫靜置，靜置溫度范圍一般控制在1 510℃～1 550℃，靜置時(shí)間5 min～15 min為宜，靜置利于渣上浮，而且能起到凈化鐵水的作用，但靜置時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致鐵水氧化嚴(yán)重，得不償失。根據(jù)化學(xué)成分選擇配料比例見表1.

表1 電爐鐵料配料比例（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.3 喂線球化工藝

生產(chǎn)高品質(zhì)球鐵首選喂線技術(shù)。喂線法在球化劑球化處理中有效避免了沖入法的不足，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）球化劑的加入量可以實(shí)現(xiàn)精確的控制，避免了人為因素干擾；

2）喂線法能夠?qū)揪€均勻、連續(xù)不斷地加到所處理鐵液的底部，反應(yīng)過程連續(xù)平穩(wěn)，鎂的吸收率穩(wěn)定；

3）喂線處理站集成了除塵裝置，能夠?qū)⒎磻?yīng)產(chǎn)生的煙塵捕集和排除，同時(shí)避免了鎂光對(duì)人的危害。圖1為喂線球化過程，煙塵能及時(shí)排除，現(xiàn)場環(huán)境得到改善。

圖1 喂線球化處理過程

為了得到預(yù)期的處理效果，必須進(jìn)行合適的包芯線成分設(shè)計(jì)以及合理的喂線工藝制定，如喂線速度、鐵水處理溫度、鐵水包的尺寸等。具體要求如下：

1）包芯線成分設(shè)計(jì)。球鐵生產(chǎn)多為高鎂包芯線，鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在15%～35%，具體包芯線的選用要根據(jù)生產(chǎn)鑄件的特點(diǎn)以及生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行合理的選擇；

2）原鐵水化學(xué)成分。原鐵水的化學(xué)成分決定著包芯線的加入量，因此必須對(duì)原鐵水成分進(jìn)行精確的控制與檢測；

3）喂線速度的設(shè)定。喂線速度是決定喂線處理結(jié)果的重要因素，最佳的喂線速度為包芯線達(dá)到鐵水包的底部時(shí)包芯線鋼帶熔化粉劑與鐵水進(jìn)行反應(yīng)，速度過快或過慢均會(huì)影響處理效果；

4）鐵水處理溫度。鐵水的處理溫度對(duì)鎂的收得率有較大的影響；

5）鐵水包的高徑比。鐵水包的高徑比對(duì)于喂線處理也存在較大影響，鐵水包喂線處理較理想的高徑比為1.2～1.5[5].

6）包芯線的喂入長度。加入長度則主要決定于基鐵的硫含量和重量、目標(biāo)殘余含硫量和殘余含鎂量，單位長度包芯線的含鎂量和鎂的回收率（經(jīng)驗(yàn)公式）：

L=［（Δω（S）×0.76+ω（Mg殘）×Q/（μ×q×ω（Mg）］×T/1 450；

其中：L—喂線長度，m；

Δω（S）—球化后硫與原鐵水硫之差，%；

ω（Mg殘）—?dú)堄噫V質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Q—處理鐵水量，kg；

μ—Mg的吸收率，%；

q—每米包芯線芯料質(zhì)量，kg/m；

ω（Mg）—包芯線芯料含Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

T—球化處理溫度，℃；

S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接關(guān)系到Mg的吸收率，吸收率根據(jù)鐵水質(zhì)量而變化，一般為30%～60%.

2.4 孕育處理

孕育主要作用：抑制碳化物的析出，細(xì)化晶粒，減輕偏析，減少縮松；改善基體組織和石墨的形態(tài)、分布，提高抗拉強(qiáng)度，提高韌性，改善機(jī)加工性能。孕育方式一般選用兩次孕育或三次孕育，根據(jù)毛坯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行選擇：

第一次孕育：把75硅鐵孕育劑覆蓋在球化劑上，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制范圍0.8%～1.2%，粒度一般控制在3 mm～10 mm.

第二次孕育：澆注時(shí)隨流孕育，目的是為了克服孕育效果隨時(shí)間的延長而減弱，一般選用硅鋇孕育劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%～0.2%，粒度0.5 mm～1.5 mm.

3 檢測結(jié)果及措施分析

表2 Y型試塊力學(xué)性能

表3 試塊斷面金相

圖2 Y型試塊典型金相圖片

按照以上制定的熔煉工藝熔化鐵水然后澆注毛坯，檢測毛坯附鑄試塊的結(jié)果滿足國標(biāo)規(guī)定的要求，力學(xué)性能值見表2，斷面金相檢測結(jié)果見表3，典型金相圖片如圖2所示。采用喂線法生產(chǎn)球墨鑄鐵，增加了石墨球數(shù)，提高了鑄件強(qiáng)度和伸長率。

4 結(jié) 論

針對(duì)鑄態(tài)珠光體球鐵工藝生產(chǎn)要求，一是通過高標(biāo)準(zhǔn)控制原材料，嚴(yán)格控制化學(xué)成分范圍；二是合理制定中頻感應(yīng)電爐熔煉工藝，加入適量的Cu、Sn合金；三是選用喂線法球化處理及兩次孕育處理工藝。通過以上工藝的優(yōu)化，生產(chǎn)出合格的QT600-10鑄態(tài)電纜卷筒毛坯。