高韧性合成球墨铸铁的生产 摘要：为满足Mn、Ti、S、P及微量元素含量都很低的要求，采用由大量(70％～80％)废钢，少量(0％～l0％)新生铁和增碳剂组成的炉料，用感应炉熔炼，生产高韧性合成球铁。与生铁加入量大的球铁相比，合成球铁的力学性能较好，质量稳定，而且成本较低。
关键词：合成球铁；有害元素；微量元素
某公司为德国zF公司生产高韧性球墨铸铁。化学成分要求很严格，其中锰的含量要求低于0．25％，钛低于0．o4％，要求S、P及其它微量元素的含量都很低，用普通生铁为主来熔炼，化学成分很难达到要求，利用大比例的废钢配少量的普通生铁和回炉料，在电炉中加入增碳剂进行增碳生产合成球墨铸铁，不仅化学成分可以达到要求，而且成本低，性能优越。 1 德国ZF公司对铸件的质量要求该公司的球墨铸铁件主要有前后桥壳、大小轮毂、大小托架等，要求抗拉强度大于400 N／mm2,伸长率大于15％，布氏硬度130～190 HB、基体铁素体量高于90％．球化级别2级以上，不允许有自由渗碳体及石墨漂浮现象。W (Mn)低于0．25％，W(Ti)低于0．04％，W(P)低于0．03％，W(S)低于0．03％，其它微量元素含量越低越好。铸件内部不允许有缩孔缩松缺陷。 2 合成球墨铸铁的优点 在电炉中以废钢为主要炉料，用增碳剂进行增碳生产的合成球墨铸铁，由于炉料纯净，铁液W (s)量低，纯净度高，夹杂物少，实践证明与用生铁熔炼的铸件相比，有较好的力学性能、工艺性能和使用性能．同时由于大比例地加人废钢，可以基本xx生铁带来的遗传性．使铸件质量可以保证在比较稳定的水平。 (1)实践证明，合成球墨铸铁在相同碳当量的条件下．抗拉强度能够得到稳定保证的同时．伸长率要比用生铁熔炼高2％～5％(12生铁为主的熔炼工艺伸长率一般为15％～22％，合成球墨铸铁的伸长率为18％一28％)，合成球墨铸铁的硬度比普通球铁低10 HB左右。 (2)碳当量相同情况下，由于铁液纯度高．杂质少，因此球化剂可选用低稀土球化剂，并且球化剂的加入量可比普通球铁少加2％-5％，适当增加孕育剂的加入量，可以得到较好的孕育效果．而线收缩、体收缩以及铸造应力与普通电炉铁液相似．因此说铸造工艺性能较好。 (3)合成球墨铸铁的断面敏感性小．组织致密，气密性高，硬度适中，加工性能好。 3 合成球墨铸铁的熔炼工艺 3．1 炉料的配比 合金球墨铸铁的炉料配比(Wb／％)为：7O-8O废钢，0—10生铁，1O一2O回炉料。 3．2 对原辅材料的要求 熔炼合成球墨铸铁的主要材料是废钢、增碳剂等。废钢应无油少锈、成分明确。厚度较薄的钢板压成团块方能使用。选用合适的增碳剂，不同的增碳剂会影响合成铸铁的含氮量，一般选用石墨电极增碳。 3．3 熔炼操作 炉料加料顺序为：生铁— — 回炉料— — 废钢— —增碳剂— —铁合金— —增碳剂，增碳剂要在废钢熔化前分批加入．不必一次加到目标值，应留10％左右供最终调整．因为少量的增碳剂留到{zh1}加入有利于后期铁液的脱氧。按此种方法增碳．碳的吸收率可稳定在85％一90％，成分调整按以下步骤进行： (1)熔炼至1 420—1450摄氏度时取样进行光谱分析，同时停电等候结果。 (2)若成分合格，直接扒渣，然后升温至{zg}熔炼温度。 (3)若碳量不足或其它合金不足，先将炉内1／4或1／3的铁液倒出转包，再加增碳剂或其它合金，xx熔解后将倒出的铁液倒回炉子，继续升温至{zg}熔炼温度。 (4)若碳量偏高，则加废钢脱碳，补加其它合金后升温至{zg}熔炼温度。用废钢脱碳后，不宜立即出铁，因为废钢的熔点较高，在没有充分均匀化的情况下出铁，铸件厚大部位易出现“白斑”现象，用显微镜观察可以看到，“白斑”内为细片状石墨，为没有充分熔解的低碳相。3．4 化学成分的选择zF铸件的质量在40—100 kg，碳当量偏高时易产生石墨漂浮，碳当量偏低时，铸件热节处易产生缩孔、缩松缺陷。因此，碳当量的确定非常关键．根据生产实践，化学成分(WB／％)选择如下：3．5-3．8 C，2．4—2．7 Si，<O．25 Mn， <O．03 P， <O．03 S， 0．035-0．055 Mg，0．01~0．02 Re。 3．5 增碳工艺 由于用合成铸铁生产球墨铸铁需要加入大量的增碳剂，因此熔炼的关键是增碳工艺。合理的增碳工艺应当是既经济又稳定可靠，还要便于操作。 增碳的过程实质是增碳剂在铁液中的熔解与扩散的过程。衡量增碳的效果．可用单位时间内碳的吸收率来衡量。即 。／Gxhxl00％，(式中G 为吸收的碳量； 为加入的碳量；h为吸收的时间)。影响碳的吸收率的因素很多，主要有铁液中[c]、[si】、 [Mn]、[O]的浓度，铁液的温度，增碳剂的种类和块度以及加入方法等。铁液中的[C]浓度高，增碳速度降低；[Si]含量增加，碳的吸收率降低；『Mn]含量增加，促进碳的吸收；【O】含量增加，促进铁液中的碳熔炼损耗。有资料介绍t21：【c]每增加0．1％，碳吸收率降低1％ 2％；[Si]增加0．1％，则碳吸收率降低3％一4％；而[Mn】增加0．1％，则碳吸收率增加2％一3％。因此，在熔炼时，硅铁合金应在金属炉料熔化后期加入。锈蚀、潮湿严重的废钢会使铁液含氧量增加，将加大碳的损耗，生产中应予杜绝。 3．6 增碳剂块度及温度对碳吸收率的影响增碳剂的块度对碳的吸收率有较明显的影响，块度过小虽然比表面积增大，但由于浮于铁液表面。难以用废钢压人铁液中，因而与铁液接触的总面积不一定增加，同时一些熔渣上浮，易将增碳剂与铁液隔开，降低碳的吸收率；块度过大，增碳剂的比表面积降低，同样也降低了吸收率。根据实践，我们使用1～5 mm块度较为理想。温度升高时，碳在铁液中的熔解和扩散速度加快，同时，碳的氧化也加剧。因此，{zh1}加人增碳剂的温度应控制在1 420—1 475℃，加人前必须将浮渣扒干净。 4 铁液过热与高温静置由于在熔炼过程中加人了大量的增碳剂，而 且增碳剂的比重较轻，尽管有中频炉的电磁搅拌作用，它们仍然可以在相当长的时间内悬浮在铁液上半部分。在生产过程中通过光谱分析我们可以发现．每一炉的{dy}包铁液在进行球化处理后的含碳量与原铁液的含碳量相当．几乎无烧损．而{zh1}一包铁液的含碳量偏低0．2％～0．4％；我们还发现。在相同温度和化学成分下浇注相同的铸件． 若用前面两包铁液浇注的较容易发生石墨漂浮．而用后几包铁液则不易发生。根据这些特点．我们有意识地将成分调整好的合格铁液升温至1 550℃左右．并保温15～20 min．然后自然冷却或加入少量干燥的生铁冷却至出炉温度再进行出铁。在铁液高温静置过程中碳要损耗大约5％～8％。在前期调整成分时要预先考虑这部分损耗。经过高温 静置的铁液虽然白口倾向加大．但通过加大孕育剂的量(一般为铁液质量的0．9％～1．0％)，强化孕育，可以得到更细密的组织，石墨细小、分布均匀，无自由渗碳体出现。 5 球化与孕育处理 由于主要炉料为废钢。有害杂质元素极低。为了减少铁液的收缩倾向，提高铁液的流动性，保证铸件力学性能。球化剂选用低稀土球化剂，牌号为FeSiMg6RE2。加入量1．6％～1．8％，球化处理采用二次冲入法。孕育剂采用0．3％小颗粒硅铁覆盖、炉前用0．3％Inoculin1号孕育剂(各质量分数为： 5％ ～10％ C．70％ ～80％ Si，0．2％ 一1．5％ Ca，0．2％ ～1．5％A1)和0．3％硅钡合金(各质量分数为：60％～70％Si，1％-2％Ca，5％-6％Ba，1％-1．5％A1)进行出铁槽随流孕育，浇注时用硅铁粉进行随流孕育。 6 结论 采用70％～80％的废钢为主要炉料生产的高韧性球墨铸铁，解决了因为普通生铁有害元素高而优质生铁又价格昂贵的难题。采用废钢为主要炉料生产高韧性球墨铸铁．克服了生铁遗传性的影响。铸件金相组织好．力学性能稳定、韧性高(伸长率一般在18％～28％)、铸 造性能好、断面组织性能均匀、生产成本低。采用废钢为主要炉料生产高韧性球墨铸铁的关键是增碳与高温静置．增碳效果的好坏直接影响铸件的性能，高温静置能够净化铁液．提高铸件质量，解决厚大铸件石墨漂浮问题。废钢的加入量可根据生铁的质量状况随意调 整，且能不同程度地改善综合性能。改善劣质生铁 的不良遗传性，对原材料有较大的应变能力。 |
