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        三方公告

        高強度灰鑄鐵熔煉技術知識講解

        2019-07-10   瀏覽次數:2374
        內容摘要:本文介紹了在電爐熔煉過程中,如何在較高的碳當量和較好的機加工性能要求的條件下獲得高強度灰鑄鐵的熔煉技術,以及如何對材料的微量元素進行控制。

        1 影響材料性能的因素

        1.1 碳當量對材料性能的影響

            決定灰鑄鐵性能的主要因素為石墨形態和金屬基體的性能。當碳當量(CE=C+1/3Si)較高時,石墨的數量增加,在孕育條件不好或有微量有害元素時,石墨形狀惡化。這樣的石墨使金屬基體能夠承受負荷的有效面積減少,而且在承受負荷時產生應力集中現象,使金屬基體的強度不能正常發揮,從而降低鑄鐵的強度。在材料中珠光體具有好的強度、硬度,而鐵素體則質底較軟而且強度較低。當隨著C、Si的量提高,會使珠光體量減少,鐵素體量增加。因此,碳當量的提高將在石墨形狀和基體組織兩方面影響鑄鐵鑄件的抗拉強度和鑄件實體的硬度。在熔煉過程控制中,碳當量的控制是解決材料性能的一個很重要的因素。

        1.2合金元素對材料性能的影響

            在灰鑄鐵中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促進珠光體生成元素,這些元素含量會直接影響珠光體的含量,同時由于合金元素的加入,在一定程度上細化了石墨,使基體中鐵素體的量減少甚至消失,珠光體則在一定的程度上得到細化,而且其中的鐵素體由于有一定量的合金元素而得到固溶強化,使鑄鐵總有較高的強度性能。在熔煉過程控制中,對合金的控制同樣是重要的手段。

        1.3爐料配比對材料的影響

            過去我們一直堅持只要化學成分符合規范要求就應該能夠獲得符合標準機械性能材料的觀點,而實際上這種觀點所看到的只是常規化學成分,而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生鐵是Ti的主要來源,因此生鐵使用量的多少會直接影響材料中Ti的含量,對材料機械性能產生很大的影響。同樣廢鋼是許多合金元素的來源,因此廢鋼用量對鑄鐵的機械性能的影響是非常直接的。在電爐投入使用的初期,我們一直沿用了沖天爐的爐料配比(生鐵:25~35%,廢鋼:30~35%)結果材料的機械性能(抗拉強度)很低,當我們意識到廢鋼的使用量會對鑄鐵的性能有影響時及時調整了廢鋼的用量之后,問題很快得到了解決,因此廢鋼在熔化控制過程中是一項非常重要的控制參數。因此爐料配比對鑄鐵材料的機械性能有著直接的影響,是熔煉控制的重點。

        1.4微量元素對材料性能的影響

            以往我們在熔煉過程中只注意常規五大元素對鑄鐵材質的影響,而對其它一些微量元素的作用僅僅只是一個定性的認識,卻很少對他們進行定量的分析討論,近年來,由于鑄造技術的進步,熔煉設備也在不斷的更新,沖天爐已逐漸被電爐所代替。電爐熔煉固然有其沖天爐不可比擬的優點,但電爐熔煉也喪失了沖天爐熔煉的一些優點,這樣一些微量元素對鑄鐵的影響也就反映出來。由于沖天爐內的冶金反應非常強烈,爐料是處于氧化性很強的氣氛中,絕大部分都被氧化,隨爐渣一起排出,只有一少部分會殘留在鐵水中,因此一些對鑄件有不利影響的微量元素通過沖天爐的冶金過程,一般不會對鑄鐵形成不利影響。在沖天爐的熔煉過程中,焦炭中的氮和空氣中的氮氣(N2)在高溫下,一部分分解會以原子的形式溶入鐵水中,使得鐵水中的氮含量相對很高。

            據統計自電爐投產以來,由于鉛含量高造成的廢品和因含鉛量太高無法調整而報廢的鐵水不下百噸,而因含氮量不足造成的不合格品數量也相當高,給公司造成很大的經濟損失。

            在我們多年的電爐熔煉經驗和理論基礎上,我認為在電爐熔煉過程中重點微量元素主要有N、Pb、Ti,這些元素對灰鑄鐵的影響主要有以下幾方面:

            當鐵水中的鉛含量較高時(>20PPm),尤其是與較高的含氫量相互作用,在厚大斷面的鑄件很容易形成魏氏石墨,這是因為樹脂砂的保溫性能好,鐵水在鑄型中冷卻較慢,(對厚大斷面這種傾向更為明顯,)鐵水處于液態保溫時間較長,由于鉛和氫的作用使鐵水凝固比較接近于平衡狀態下的凝固條件。當這類鑄件凝固完畢,繼續冷卻時,奧氏體中的碳要析出,成為固態下的二次石墨。在正常情況下,二次石墨僅使共晶石墨片增厚,這對力學性能不會產生很大影響。但含氮和氫量高時,會使奧氏體同一定晶面上石墨表面能降低,使二次石墨沿著奧氏體一定晶面長大,伸入金屬基體中,在顯微鏡下觀察,在片狀石墨片的側面長出許多象毛刺一樣的小石墨片,俗稱石墨長毛,這就是魏氏石墨及形成原因。在鑄鐵中的鋁能促使鐵液吸氫,而增加其氫含量,因此鋁對魏氏石墨的形成,也有間接的影響。

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