球铁及其球化不良问题探讨分析

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    钢铁的应用使人类文明进入了铁器时代。球墨铸铁的诞生，是继人类发明炼钢技术之后，在黑色金属应用技术方面又一次大的技术创新，是20世纪材料科学最重大的技术进展之一。
    我国古代工匠早在2000年前就已制造出具有球状石墨的铸铁，分析表明上述铸铁件不含镁或稀土元素，是采用高纯木炭生铁熔剂，在金属型中浇注，经热处理后制成。但由于这种工艺难于大量生产，因而这种古代球铁的独特技艺没有流传至今。现代球墨铸铁采用向铁液中添加球化剂的方法使其在铸态下析出球状石墨，使得球墨铸铁真正登上了工业应用的舞台。
    世界铸铁件的生产状况和趋势是，灰铸铁件的比例明显下降，但仍占优势。球墨铸铁件的产量持续增长，蠕墨铸铁和特种铸铁也有了较大的发展。
    我国球墨铸铁件在质量和生产稳定性方面的差距也较大。我国球墨铸铁生产较突出的问题是材质强韧性上、缺陷多，其原因除炉料、球化处理方法和球化剂等因素外，主要是球化处理前对铁液含硫量要求过松。因此，为使我国球墨铸铁生产能有大幅度的增长，必须大力实施能稳定提供质量可靠的优质球墨铸铁件的配套技术。现在就球铁常见的缺陷球化不良进行论述一下。
    球化剂的合理选用和稀土（RE）元素的加入是实现高强度薄壁球墨铸铁铸造的关键。⑴该技术的核心是在铸造（熔炼）工艺中要保证RE/S=2～2.5。球化剂要选用Fe-Si-Mg-RE-Ca系材料，其中稀土元素（Ce、La、Pr）的加入并使之与硫保持一定比例是球化技术的关键。试验证实，当RE/S＜2时，出现球化不良；RE/S＞2.5、Mg/S＞5时，易出现白口，同时严格控Wp＜0.04%、WBi=0.003%～0.007%。
    灰铸铁铸件所产生的各种铸造缺陷（如缩孔、气孔、渣孔、夹砂、冷隔、浇不足等）都会在生产稀土镁球墨铸铁时产生。球墨铸铁常见缺陷有球化不良（球铁处理不成）、球化衰退、缩松、皮下气孔等缺陷。
    球化不良是稀土镁球墨铸铁经常遇到的问题之一。球化不良是指球化剂加入量不足以使铸铁石墨充分球化。铸件中的石墨多呈团块状、开花状、枝晶状、蠕虫状、厚片状。
    球化不良其宏观观特征为⑵：银白色的断口上分布有黑色斑点，破断铸件在其整个断面上分布有明显可见的小黑点，愈往中心愈密。球化不良的程度越严重，黑斑直径越大数量越多，甚至全部断口为黑灰色，类似灰铸铁的断口。金相微观分析能发现有集中分布的厚片状石墨或晶间石墨以及少量球状、团状石墨，严重时还出现片状石墨。球化不良使力学性能急剧下降，不能达到牌号所规定的性能指标。
    球化不良主要是因为镁和稀土元素的残留量不足造成的。
    产生的原因主要有：
    （1）使用高硫的焦炭和新生铁，当原铁水含硫量达0.1%以上时，经常造成球化不良；
    （2）与灰铸铁交界铁水没有分离干净，由于炉料计算误差，灰铸铁铁水过多，交界铁水没有分离干净。结果高硫、低碳的灰铸铁铁水混入球墨铸铁中，而造成球化不良。生产中经常遇到与灰铸铁交界的第一包球墨铸铁球化不良；
    （3）铁水氧化，最后一包球墨铸铁是打炉铁水，操作不当往往造成铁水氧化，镁石强烈脱氧剂，结果一部分镁耗费在脱氧上，起球化作用的镁量不足而造成球化不良。
    （4）使用镁烧损严重的稀土镁合金；
    （5）铁水温度过高或过低，铁水温度过高，中间合金与铁水作用激烈，镁烧损严重；铁水温度过低，中间合金容易“结死”在包底不起作用，
    （6）前炉储存铁水不足，球化处理时将炉渣也出到铁水包中。由于稀土镁中间合金与铁水作用，产生强烈的翻滚，使炉渣卷入铁水与球化剂作用。因为渣中硫高，氧化物多，就消耗了部分镁和稀土，这也造成球化不良的原因之一。
    针对上述原因，根据导致残留量不足，应采取不同的措施来防止球化不良的产生：
    （1）如果球化剂中球化元素含量不足，加入量不够，则应根据生产条件，选用合适的球化剂和确定加入量，要严格掌握铁水量，防止失控造成出铁量过大失球化剂量相对减少；
    （2）处理前铁水温度过高或过低；过高球化剂作用激烈，球化元素烧损严重；过低，则球化剂易在包底冻结。应根据出铁温度掌握好球化剂和覆盖物的紧实程度，球化剂放在包中装的太松，反应过于激烈，如出铁温度过低，则应及时捅开包底的“结壳”，使球化剂顺利反应；
    （3）严格控制铁水的含硫量和含氧量。选用低硫焦炭和生铁。掌握好合理的供风制度，防止铁水过度氧化，在和其他牌号的铁水同炉熔化时，要注意分离交界铁水，防止混入高硫铁水；
    （4）出铁时要防止酸性炉渣流入铁水包，特别是当采取炉外去硫操作时，要及时扒渣，以免“回硫”，消耗过多的球化元素，造成球化失败。
    （5）生铁中有时会含有一些妨碍球化的元素，数量虽不多，危害却很大，因此球化处理不顺利时，可更换一下生铁。
    讨论分析结论：针对我国目前球墨铸铁在钢铁行业中的重要地位，以及其将来的发展和壮大，我们必须加大对球墨铸铁的研究和应用，以便为我们的经济发展打下良好的基础。同时减少球墨铸铁铸件的缺陷是首要问题，球化不良是其中的一项重要问题，对以上的讨论和分析，我们在生产中要注意球化剂的使用和球化剂在球化过程中必须注意的问题。  : o: ]9 G; ?4 T1 r8 E( N