潘寶友

【摘 ?要】高品質(zhì)球墨鑄鐵的熔煉技術(shù)是提高球墨鑄鐵綜合性能的重要技術(shù)手段，通過(guò)高品質(zhì)球墨鑄鐵的熔煉技術(shù)可獲得高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性和機(jī)械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕等。本文就重點(diǎn)針對(duì)高品質(zhì)球墨鑄鐵熔煉技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和探討。

【關(guān)鍵詞】高品質(zhì);球墨鑄鐵;生產(chǎn);熔煉技術(shù)

當(dāng)今，我國(guó)是全球生產(chǎn)鑄鐵的第一大國(guó)，鑄件產(chǎn)量是全球總產(chǎn)量的25%。近些年以來(lái)，一直保持著迅速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。然而，我國(guó)球墨鑄鐵的應(yīng)用比重跟發(fā)達(dá)國(guó)家還面臨著一些差距，應(yīng)用高品質(zhì)的球墨鑄鐵還具備比較大的空間。高品質(zhì)球墨鑄鐵的優(yōu)勢(shì)是化學(xué)成分穩(wěn)定、石墨形態(tài)良好、力學(xué)性能優(yōu)異、基體組織適宜。球墨鑄鐵的熔煉水平會(huì)嚴(yán)重地影響到其性能，從一定程度上來(lái)講，球墨鑄鐵的熔煉技術(shù)是球墨鑄件生產(chǎn)能力的體現(xiàn)。

1 高品質(zhì)球墨鑄鐵的熔煉工藝技術(shù)

球墨鑄鐵鐵液的基本要求是高溫低硫，國(guó)內(nèi)外一般是借助沖天爐、中頻爐、感應(yīng)爐的聯(lián)合來(lái)熔煉鐵液。應(yīng)用熱風(fēng)除塵沖天爐能夠使熔煉鐵液的效率大大提高，而應(yīng)用感應(yīng)電爐能夠有效地控制合金的成分，從而確保穩(wěn)定的球化。

在國(guó)內(nèi)的大型鑄造企業(yè)當(dāng)中，經(jīng)常應(yīng)用雙聯(lián)熔煉工藝。然而，在多樣性澆注的鑄件牌號(hào)上，規(guī)模較大的沖天爐對(duì)鐵液成分缺少較強(qiáng)的調(diào)整能力。并且，我國(guó)的沖天爐在熔煉的過(guò)程當(dāng)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(huì)制約鐵液的質(zhì)量以及成分構(gòu)成。通過(guò)采用中頻感應(yīng)爐的工藝技術(shù)可以使熔煉操作簡(jiǎn)便，工藝靈活調(diào)整，且鐵液的質(zhì)量較高，熔化效率也優(yōu)于沖天爐，故在中小規(guī)模的鑄造企業(yè)中廣泛應(yīng)用。

在球墨鑄鐵生產(chǎn)當(dāng)中，一個(gè)關(guān)鍵的生產(chǎn)指標(biāo)是石墨的形態(tài)，石墨的形態(tài)跟鑄件的抗沖擊性和強(qiáng)度性能存在非常緊密的關(guān)系。而熔煉球墨鑄鐵中一個(gè)重要的技術(shù)是球化處理，選用的球化劑和球化方式會(huì)嚴(yán)重地制約到處理的結(jié)果。當(dāng)今，我國(guó)大都應(yīng)用稀土鎂硅鐵復(fù)合劑作為球化劑，其中鎂的功能是主導(dǎo)球化。在我國(guó)鑄造企業(yè)日益提升脫硫能力的影響下，球化劑的發(fā)展方向是低稀土。另外，結(jié)合鑄件形態(tài)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(guò)程中，主要的兼顧要素是反應(yīng)平穩(wěn)性和吸收率。國(guó)外企業(yè)大都應(yīng)用蓋包沖入法，該方法的特點(diǎn)是適用面廣、吸收率高、煙塵少。我國(guó)大都應(yīng)用沖入法球化處理技術(shù)。另外還有喂絲法球化工藝，這種工藝損失的溫度少，反應(yīng)十分穩(wěn)定，且逐步地獲得了應(yīng)用與推廣。

2 原材料對(duì)球墨鑄件性能產(chǎn)生的影響

我國(guó)常用的鑄鐵件原材料是鑄造生鐵。其中，生鐵中的石墨形態(tài)、微量元素、氣孔等要素會(huì)直接地影響到鑄件的性能，同時(shí)，針對(duì)球墨鑄鐵的性能來(lái)講，也造成1～2個(gè)牌號(hào)的不同，因此各個(gè)鑄造企業(yè)在生鐵更換的過(guò)程中需要尤為關(guān)注此問(wèn)題。

當(dāng)今，相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)應(yīng)用的鑄造生鐵當(dāng)中含有的微量元素比較少。因?yàn)橛邢薜馁Y源，在生產(chǎn)鑄件的時(shí)候一般會(huì)將其他的一些礦石加入，這會(huì)顯著地提高一部分微量元素的含量，從而會(huì)嚴(yán)重地影響到球墨鑄鐵的生產(chǎn)。

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

為了獲取高品質(zhì)，特別是高韌性與高強(qiáng)度球墨鑄件，應(yīng)當(dāng)確保鑄造生鐵的質(zhì)量，借助優(yōu)質(zhì)的原料（增碳劑加廢鋼）進(jìn)行熔煉。在廢鋼當(dāng)中，含有非常少的雜質(zhì)元素，成分非常穩(wěn)定，且在高溫熔煉的過(guò)程中消除了生鐵的遺傳效應(yīng)，從而能夠熔煉的鐵液的品質(zhì)較高。在借助廢鋼增碳工藝熔煉鐵液的過(guò)程中，需要重視下面的兩個(gè)問(wèn)題：一是廢鋼的類型。一般情況下需要選用的原料是型號(hào)相同和來(lái)源固定的優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造的廢鋼，進(jìn)而使廢鋼當(dāng)中合金元素導(dǎo)致的不利影響降低。二是增碳劑的品質(zhì)。增碳劑這種晶體形態(tài)有著較高的化學(xué)純度，要求借助不間斷的高溫處理，從而對(duì)揮發(fā)物、氣體雜質(zhì)、硫、水分進(jìn)行分離。倘若增碳劑的品質(zhì)較高，那么含硫量會(huì)非常低，且穩(wěn)定和增碳率高，還可以推動(dòng)石墨化和孕育功能。

在球墨鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用增碳劑不但能夠?qū)崿F(xiàn)鑄件韌性與強(qiáng)度的提升，而且也不會(huì)使鑄件的收縮加重，廢鋼增碳工藝的有效應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)鑄件收縮性的大大降低，應(yīng)當(dāng)明確的是，需要在感應(yīng)電爐中應(yīng)用廢鋼熔煉技術(shù)。

3 對(duì)球墨鑄鐵一系列成分的有效控制

對(duì)基體是鐵素體的球墨鑄件進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，不要求實(shí)現(xiàn)合金化。在對(duì)混合基體和珠光基體的球墨鑄件進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，為了確保鑄件的性能，一般要求實(shí)施合金化的處理。

錳的功能在于實(shí)現(xiàn)鑄件珠光體含量的提升，進(jìn)而大大地提升抗拉強(qiáng)度?？墒?，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(dāng)中，錳的含量不能夠超出0.6%。通過(guò)比較大的錳含量提升鑄件性能是因?yàn)殄i有著十分顯著的力學(xué)提升性能以及成本低。

在球墨鑄鐵當(dāng)中，十分關(guān)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(huì)導(dǎo)致石墨的漂浮，進(jìn)而使不規(guī)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(bǔ)縮與石墨化。

在生產(chǎn)高牌號(hào)球墨鑄件的過(guò)程中，銅是經(jīng)常見(jiàn)到的元素。銅的性能溫和，可以推動(dòng)形成鑄件珠光體，以及共晶時(shí)期的石墨化和細(xì)化。銅能夠?qū)崿F(xiàn)石墨球的圓整，然而不能夠推動(dòng)形成碳化物，進(jìn)而不能夠提高球墨鑄件的強(qiáng)度。

在球墨鑄件中，不可缺少的是硅，這并非由于硅可以推動(dòng)石墨化和提高鑄件的孕育功能，尤為關(guān)鍵的是硅能夠使鑄件實(shí)現(xiàn)理想的力學(xué)性能。在種類是鐵素體的球墨鑄件當(dāng)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(guò)程中，因?yàn)榫邆鋸?qiáng)化固溶的特點(diǎn)，能夠使鑄件抗拉強(qiáng)度提升。在生產(chǎn)較大斷面和較高韌性的球墨鑄鐵的過(guò)程中，需要對(duì)硅的含量進(jìn)行有效控制，避免太高的含量。另外，在混合機(jī)體或者是球光體基體的球墨鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)楣璨淮嬖趶?qiáng)化的功能，所以應(yīng)當(dāng)確保硅的含量在適宜的范圍之內(nèi)。

在生產(chǎn)球墨鑄鐵中，磷元素和硫元素一般都是有害的，會(huì)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(chǎn)韌性較高的球墨鑄件的過(guò)程中，還會(huì)降低磷和硫的含量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鑄件性能的提升。

4 球墨鑄鐵孕育衰退預(yù)防措施

研究表明，用75硅鐵進(jìn)行孕育處理，孕育效果會(huì)很快地隨時(shí)間的推移而衰退，按常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，球墨鑄鐵的孕育作用時(shí)間為12～15min。超過(guò)15min以后，孕育作用將大部分或全部消失。為了保證鑄件質(zhì)量，通常要在孕育后10min以內(nèi)澆注完畢，最好在鐵水自注入型腔時(shí)進(jìn)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(qiáng)效孕育劑。以硅鐵為基礎(chǔ)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(guò)低的硫量不利于提高球數(shù)，對(duì)球化后含硫（S）0.005%的鐵液，用FeS2進(jìn)行后孕育使硫提高到0.012%，發(fā)現(xiàn)石墨形狀不受影響，但石墨球數(shù)由528個(gè)/mm2增加到585個(gè)/mm2。

（3）改善處理方法。盡量縮短孕育到澆注的時(shí)間，因?yàn)樗械脑杏齽┑脑杏Ч荚趧偧尤氲乃查g最大，之后立即發(fā)生衰退，不存在衰退的醞釀期。

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

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面都非常普遍地應(yīng)用球墨鑄鐵。為了獲得品質(zhì)較高的球墨鑄鐵，需要優(yōu)化球墨鑄鐵的熔煉技術(shù)，兼顧原材料對(duì)球墨鑄件性能產(chǎn)生的影響，合理的選擇球墨鑄鐵的化學(xué)成分，只有如此，最終才能夠提升其應(yīng)有的性能。

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（作者單位：中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司）