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  • 电炉熔炼铸铁生产中,需注意哪些质量相关问题

  • 发布时间:2018/9/25 14:32:04 来源:互联网文字【 收藏浏览人数:473
  • 内容摘要:在铸造行业,人们常说,铸造材料的成分决定组织,组织左右性能;这句话其实并不全面。我们在生产实践中发现许多铸铁,在相同成分时,力学性能却有较大差异。铁液的质量除与其成分有关联外
        在铸造行业,人们常说,铸造材料的成分决定组织,组织左右性能;这句话其实并不全面。我们在生产实践中发现许多铸铁,在相同成分时,力学性能却有较大差异。铁液的质量除与其成分有关联外,还与炉料配比(生铁用量、废钢用量、返回料用量、合金加入量),熔化与出炉温度,孕育工艺等有密切关系。所谓合成铸铁,就是指配料中使用50%以上的废钢,通过增碳合成的方法制取的铸铁材料,因为需要较高的熔化温度,只宜在电炉中熔炼。目前合成铸铁主要有合成灰铁和球铁。 
     
    通过大量实践,对于HT250、HT300等高强度灰铸铁来说,废钢左右强度、生铁影响组织。
    1.配料禁忌
      (1)高比例废钢(尤其是船板)与高比例回炉料(浇冒口、废铸件、铁屑)搭配,合成灰铁的废钢加入量不宜超过50%; 
      (2)高比例废钢(尤其是船板)与含硫磷高的生铁搭配; 
      (3)回炉料超过40%(浇冒口、废铸件、铁屑)。 
    2.配料优化组合(%)
      组成生铁废钢回炉料 
      配比A403030 配比B304030 配比C204040  配比D205030
    3.锰硫含量
      需要提高硬度时锰的含量可达1.0%~1.2%,但不要求相应提高硫的含量(关于灰铁中的硫含量,另行分析)。 
      某公司为了节约成本,多用废钢,在两个月内试制合成高牌号灰铸铁,废钢用量一度达60%,有一段时间除加入废钢外另加回炉料和少量铁屑,最初质量不错,但一段时间后发现铸件批量缩孔、缩松和有白色硬斑,并且持续不断越来越严重。
      此缺陷成因:初步判断是铁液中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松,MnS富集形成白色硬斑。这是由于高牌号灰铁HT300成分要求Mn含量较高(1%左右),加之废钢自身锰也高(船板中的16锰钢含Mn在1.6%),而废钢中的S以及回炉铁(包括铁屑)中的S和锰反应产生的MnS在炉料中的积累达到一定程度,就会产生过量,从而产生上述缺陷。 
      为了减少铁液中的MnS含量,一般用加入一定量的优质新生铁(低S低Mn)来调整,另外提高孕育效果,可使MnS细化,减弱其不良影响。 
      废钢加入量过大时,由于废钢熔点在1530℃左右,而生铁和回炉料的熔点只是1230℃左右,多用废钢增加了电耗,加大了铁液的过冷倾向,还吸附大量的氮气,一般来说合成铸铁工艺并不适用于灰铸铁,而比较适用于球铁。
      前面已经说过,中频感应电炉熔炼铸铁工艺对比冲天炉熔炼,除了具有熔化温度高的优势外,却有不少缺点,主要有三个方面的问题:一是铁液过冷倾向较大,极易产生影响材料力学性能的D、E型石墨;二是铁液纯净,异质结晶核心较少,导致孕育效果差,在同等成分条件下,铸件强度偏低铁质偏硬;三是收缩倾向较大,在高牌号灰铸铁中锰含量较高时,容易产生显微缩孔、缩松。 
      针对上述问题,应对的措施是: 
      1.在熔化后期增加一个高温保持时间,尽可能使各种炉料熔化的铁液晶粒均匀,尤其是细化石墨; 
      2.适量增加外来异质核心(如硫化物),强化孕育效果,促进A型石墨的形成;
      3.控制高牌号灰铸铁的硫、锰含量及其比例,控制回炉料比例,达到合适成分。
      这些措施,对不同结构的铸件产品是有差别的,需在实践中掌握。 
      某公司某日,用电炉熔炼6炉灰铁HT300铁液,浇注液压阀G03、G02等产品,经解剖内部组织发现大面积显微缩孔、缩松、缩裂,共830只全部报废。检测布氏硬度HBS241,化学成分C 3.27%,Si 1.78%,Mn 0.83%,S 0.087%,P 0.04%。珠光体98%,E形石墨达80%(A型20%),石墨长度5级。据有关人员研究分析,应是铁液材质出了问题。 
      化学成分分析的结果,对一般的薄壁HT300铸件来说似乎是正常的,然而对于液压阀铸件(壁较厚)却出了问题。此缺陷成因:初步判断是铁液中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松、缩裂,也就是说铁液中的S、Mn含量超出铸件所适应的范围(对不同铸件其成分量有差别)。 
      由于在熔炼中加入了一定量的增S剂,铁液中的S、Mn含量积累达到一定程度,就会导致铁液含S量超出铸件自身正常凝固结晶的要求,从而产生此类缺陷。对策:停止加入增S剂,调整Mn的含量,保证HT300灰铁的五元素的正常含量,调整后,缺陷全部消除。 
      在电炉灰铸铁铁液中通过加入增S剂形成一定量的MnS,作为异质核心,提高孕育效果,这从理论来说是正确的,但是近年来大多数文献资料所说,电炉高牌号灰铁的含S量需控制在0.05%~0.10%比较合适,然而许多工厂的实践证明,当含Mn量在1%左右时,若铸件成分分析含S量超过0.05%,铸件就开始产生缩孔缺陷,当含S量超过0.07%时就会发生批量缩孔,这种现象如何解释呢? 
      灰铸铁中的S有两种存在形式,一种是单质,另一种是化合状态的MnS,灰铁中起结晶核心作用的硫,主要是化合状态的MnS,我们现在的化验手段(无论是化学分析还是光谱分析),都只能分析出铸件和铁液中单质状态的S,而以化合状态(MnS)存在的S是化验不出来的。当单质S含量超过0.05%时,化合态的S含量就比较高了,此时的铁液中: 
      MnO+FeS=MnS+FeO,FeO+C=Fe+CO,或2FeO+C=2Fe+CO2 
      这时铁液在凝固过程中就在析出CO或CO2的同时产生部分棕色的MnS粉沫,形成铁渣反应气缩孔。只要具备一定的条件,这种气缩孔,不仅在电炉铁液也在冲天炉铁液中发生。其实我们在电炉熔化过程中,已经增加了一部分硫,这些硫来自于: 
      1、由回炉的浇注系统带来,浇注系统中的硫磷含量远高于铸件中的含量; 
      2、生铁中的硫,一般生铁中的硫含量是不高的,而我们购买的普通生铁上面都携带不同程度的炉渣(拉圾),我们是不会化验的,但这些拉圾却含有较高的硫磷,会带入炉内; 
      3、废钢和生铁等炉料的铁锈,氧化铁含量较高,进入铁液中会增加硫的吸收率。在这样的情况下,如果我们再补加硫化铁来增S,就过分了。实际生产高牌号灰铸铁件时,铁液中的单质S控制在0.03%~0.05%之间为妥。 
    关于高牌号灰铁(以HT300为例)的孕育工艺,传统的孕育量是处理铁液量的0.3%~0.4%(以冲天炉生产为主),近年来随着电炉的普及,孕育量逐渐增加,最新资料推荐0.5%~0.6%,本人通过长期实践,选择孕育量在0.8%左右,取得强度硬度和切削加工性能的全面提高,铸件加工后的内部缺陷大幅度减少。 
      某公司生产高牌号的电磁阀,技术要求铸件硬度大于HB200,强度大于300N/mm2,该产品主要壁厚超过50mm,通过多次试验,在加大一次孕育量的同时,采取二次随流孕育,消除了厚壁带来组织粗大的缺陷,提高了铸件致密度,保证了产品质量。 
      关于铁液二次随流孕育,在浇注前加入粒度0.2~0.7mm的均匀的孕育剂,比较适用于厚件,而用于小件时反而增大了铁液的收缩性能。 
      有一个时期,某公司部分产品加工后表面呈现白色亮斑硬度很高,刀具打滑,经分析,原来是孕育剂的块度过大,与铁液包容量不相适合,致使孕育剂在铁液浇注时未能完全熔解,铸件局部硅量富集形成硬化相;当在铁液温度偏低进行二次随流孕育时,也会产生同样的缺陷。 
      有一家专业生产HT300灰铁液压件的工厂,浇注一种KP泵体,铸件壁厚30mm左右,按照HT300的经验成分配料,铁液成分:C3.0%~3.1%,Si1.7%~1.8%,Mn0.95%~1.05%,P 0.05%,S0.04%,铸件本体解剖抗拉达300N/mm2,但是连续多批产品在内浇口附近发生缩陷和缩裂,无论对浇注系统如何调整,就是不见效果,没有办法,只能提高碳当量降低强度,调整到C 3.2%~3.3%,Si 1.8%~2.0%时,缺陷消失,但产品经加工后试压,大部分产生膨胀渗漏,本体测试抗拉也不合格,造成主机厂批量退货。联想到以往有一批同类泵体,由于听了别人的建议,用硫铁增S,铁液含S在0.07%以上时,铸件大面积缩孔,积存大量废品,为了处理这批废品,根据稀土脱硫的原理,当加入此类废品时,在孕育过程中补加少量稀土镁硅铁(约0.2%),有效地降低了硫含量,解决了缩孔问题。 
      针对当时KP泵存在的缩陷和缩裂,虽然原铁液含硫并不高,在孕育时同样试加了少量稀土镁硅铁(约0.2%),也取得了理想的结果,缩孔问题完全解决。分析其机理,铸铁产生缩陷,主要还是铁液中的气体(包括氧、氮、氢等)作怪,这些气体在凝固后期析出时,铁液无法补充,产生了缺陷,而稀土镁硅铁作为一种灰铁变质剂(也是一种孕育剂),却好是脱除气体的能手,铁液含气量大幅度减少,缺陷也就消除了。 
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