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铸态QT400-18铁素体球铁的生产应用

朱能山　孙元状　鹿志刚　谢金波　邱泽义　王桂明

摘　要：合理选择控制化学成分，特别是控制锰含量低于0.2%，采用适当的原材料和熔炼设备，通过适当球化和孕育工艺，铸态获得QT400-18球铁，生产出口回流器组合件，铸件成品率达90%以上。
关键词：铸态球铁；铁素体球铁；盖包球化处理
分类号：TG143.5　文献标识码：B
文章编号：1001-4977(2000)-01-0041-03

Production and Application of As-Cast Ferrite Ductile lron QT400-18

ZHU Neng-shan　SUN Yuan-zhuang
(Shandong Machinery-Design Institute,Shandong Jinan 250031,China)
LU Zhi-gang　XIE Jin-bo　QIU Zhe-yl　WANG Gui-ming
(Shandong Zhucheng Shilong Valve-Making Co.,Shandong,Zhucheng 252200,China)

　　由于球墨铸铁在机械行业的应用正逐年增加，因此球铁生产工艺的进一步简化和稳定愈加重要。QT400-18铁素体基体球铁以往多以热处理的方式进行生产，不仅生产成本高、工艺复杂，而且生产周期长，为大量生产带来一定困难。若采用铸态生产QT400-18球铁，就能较好地解决上述问题。在此仅就我们在生产中的应用情况简述如下。

1　化学成分的选择及控制

　　根据所生产的球铁牌号(铸态QT400-18)及铸件为中、小件的特点，要求所获得的球铁具有适中的抗拉强度和高的伸长率，具体选择如下：
　　(1)碳　碳促进石墨化，减少白口，即减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶，增加铁素体。碳能促进镁吸收率提高，改善球化，提高韧性使脆性转变度略有降低，并且碳还能改善流动性，增加凝固时体积膨胀，铸型刚度大时，促使减少缩松。因此，选择适用碳含量为3.4%～3.8%。
　　(2)硅　硅明显促进石墨化，以孕育剂的方式添加硅的作用更显著。对于铸态球铁，增加含硅量有双重作用。一方面使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少，铁素体量增加，因而改善塑性；另一方面硅固溶强化铁素体，使屈服点和硬度提高。选择适用硅含量为2.4%～2.8%。
　　(3)锰　锰在一次结晶过程中强烈增加渗碳体稳定性，促进形成(Fe,Mn)₃C碳化物。锰易在共晶团边界上产生偏析，从而使韧性降低，因此锰的适用含量宜为小于0.2%。
　　(4)磷　磷在铸铁中溶解度很低(P＜0.05%时固容于铁)，对球铁力学性能无明显不良影响。当P＞0.05%时易偏析于共晶团边界形成二元或三元复合磷共晶，严重恶化力学性能。故应尽量降低磷的含量，控制P＜0.06%。
　　(5)硫　硫与镁、稀土亲和力很强，消耗铁水中的球化元素镁和稀土，形成MgS、RES渣。由于硫的消耗作用使有效的残留球化元素过低而降低球化率，另外，硫量过高引起硫化物夹渣增多，还使随后的球化衰退速度加快，使力学性能下降或不稳定，易形成夹渣、皮下气孔等缺陷。因此，须控制S＜0.02%。

2　熔炼工艺

2.1　选择熔炼设备的原则
　　熔炼设备的选用首先是在满足生产工艺需要的前提下，遵循高效、低耗的原则。因此，我们采用了炉内二次热风冲天炉作为熔炼设备熔炼出温度高达1520℃以上的优质铁水，满足了生产需要。
2.2　原材料的选择
　　为了稳定化学成分和有效地控制促进白口化元素和反球化元素，尽量降低锰、硫、磷的含量，采取了如下方法。
　　(1)选用定点供应铸造球铁、生铁，除此之外，其它材料宜尽量控制货源质量。
　　(2)使用铸造焦，在获得高温优质铁水的同时，减少增碳的绝对量，使铁水有利于球化率的稳定。
2.3　熔炼操作
　　熔炼过程中，为获得低硫、高温优质铁水，在操作上采取了如下措施。
　　(1)在备料上，宜使各种炉料块度适中，提高预热效果，获得高温铁水的同时，减少增碳。
　　(2)提高修炉质量，使炉瞠在熔化过程中保持较好炉型，稳定熔化炉况。
　　(3)控制适当底焦高度、风压、风量及层焦加入量，将底焦高度稳定地控制在适当高度范围，并充分燃烧，提高铁水在炉内的过热效果，从而获得高温优质铁水，原铁水的化成分如表1所示。

表1　原铁水化学成分(质量分数，%)

C

Si

Mn

P

S

3.5～3.9

1.2～1.5

＜0.2

＜0.06

＜0.06

　　　注：表2数据来自“Y”型试块；α_K值是用“V”型缺口试样在常温下(23±5℃)测试的。　

3　球化及孕育处理

3.1　球化处理
　　(1)用简便易行的冲入法，为提高镁的吸收率和净化环境，采用了盖色处理。
　　(2)选用稀土镁硅铁合金作为球化剂，又根据所生产的QT400-18球铁为高韧性球铁，而选用标号为FeSiMg8RE3的低稀土合金为球化剂。
　　(3)在提高出炉铁水温度的前提下，采用中转包定量法控制盖包中铁水的加入量，从而确保了盖包处理法的稳定、简便、可靠。
3.2　孕育处理
　　为获得稳定的组织，增加石墨球个数，辅助提高球化率，增加基体中铁素体的数量，采用了如下方法。
　　(1)硅尽量在炉前以孕育方式加入。
　　(2)采用瞬时孕育，尽量缩短孕育衰退时间。
　　(3)使用含锶的长效孕育剂。

4　实际生产情况

　　用以上方法生产的铸态QT400-18球铁，完全达到了国标规定的要求。部分试样的化学成分和力学性能列于表2。从表中的数据可以看出，对力学性能影响较明显的是锰和硅。由第5组数据与其它组数据相比较可知，随含锰量的增加，抗拉强度增高，而伸长率和冲击韧度下降。主要是锰量增加使珠光体量增加，同时又易在共晶团边界产生偏析所致。因此，为确保18%以上的伸长率，使Mn＜0.2%是完全必要的；含硅量在2.5%～2.8%范围内变化时，强度的变化范围约为405～480MPa，但伸长率变化不明显。因此，为获得大于400MPa的抗拉强度，宜规定含硅量范围为2.4%～2.8%。

表2　试样的化学成分、力学性能和金相组织

试样
编号

化学成分(质量分数，%)

力学性能

金相组织

C

Si

Mn

P

S

Mg

RE

σ_b/MPa

δ(%)

α_k/
(J^.cm^-2)

球化率
(%)

铁素体
(%)

1

05081

3.40

2.73

0.17

0.046

0.013

0.041

0.025

444.6

24.1

35.1

90

90

组

05082

3.41

2.63

0.16

0.048

0.012

0.042

0.030

436.2

22.2

35.8

90

90

2

05111

3.41

2.85

0.15

0.038

0.012

0.039

0.027

456.8

24.1

36.5

95

95

组

05112

3.42

2.78

0.19

0.035

0.011

0.042

0.028

435.6

23.5

36.6

90

90

3

05151

3.47

2.77

0.15

0.048

0.012

0.038

0.031

432.7

26.1

34.8

95

95

组

05152

3.48

2.82

0.16

0.054

0.014

0.041

0.032

455.6

25.9

35.9

95

95

4

06221

3.45

2.72

0.18

0.042

0.011

0.042

0.028

461.9

25.2

34.7

95

95

组

06222

3.52

2.67

0.19

0.039

0.009

0.043

0.030

450.6

24.5

30.7

95

95

5

06301

3.63

2.54

0.32

0.042

0.015

0.039

0.028

485.2

19.2

28.4

95

95

组

06302

3.55

2.57

0.39

0.045

0.013

0.041

0.029

477.3

20.2

27.5

95

95

6

07041

3.75

2.42

0.22

0.051

0.013

0.038

0.031

410.2

24.6

30.8

90

90

组

07042

3.72

2.43

0.20

0.048

0.011

0.039

0.032

405.4

23.7

31.3

90

90

7

07061

3.47

2.78

0.21

0.043

0.012

0.040

0.027

485.7

22.0

33.5

95

95

组

07062

3.48

2.82

0.27

0.048

0.015

0.039

0.031

477.3

23.1

34.6

95

95

5　结论

(1)将化学成分控制在上述规定的范围内是生产铸态QT400-18球铁件所必要的。
　　(2)选择上述熔化设备及原材料有助于生产铸态QT400-18球铁优质铁水，且成本较低。
　　(3)上述球化及孕育方法适合大量生产铸态QT400-18球铁的要求。球铁质量稳定可靠，且具有操作简单、安全、环境污染程度较低等优点。
　　(4)铸态生产QT400-18球铁，可降低生产成本，且简化生产工艺，缩短生产周期，从而提高了生产效率，会给生产厂带来一定经济效益。

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