全废钢熔炼铸铁

使用铸钢用增碳剂熔炼铸铁件行吗？

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。

熔炼铸铁时，铁水温度是否越高越好 ? 1、灰铸铁过热温度与其强度、硬度的关系为： A、在1300~1460℃的范围内，随铁水温度的升高，其抗拉强度、布氏硬度值都上升。 B、在1460~1500℃的范围内，随铁水温度的升高，其抗拉强度继续上升，但布氏硬度变化不大。 C、在1500~1600℃的范围内，随铁水温度的升高，其抗拉强度还在上升，但布氏硬度下降。 2、随着铁水温度的提高其化学成分与含气量发生变化： 在冲天炉熔炼中，存在着两个反应： 2［C］+O22CO ［Si］+O2SiO2 在一定的化学成分和压力下，两者反应有一个平衡温度，对于含C3.3%，Si20%的铸铁，其平衡温度TP为1420℃，在铁水处于TP+50℃，就会发生Si的还原反应： SiO2+2C→［Si］+2CO 所以，生产中可观察到，铁水温度越高，硅酸烧损越少，甚至出现增硅现象。 试验表明：过低的浇注温度会提高气孔的废品率，而过高的浇注温度会增加缩孔的废品率。所以，在该生产条件下，普遍认为最佳浇注温度是1395~1420℃，但是，生产条件各自不同，不能照搬别人的结论。 3、铁水温度的选择，应考虑铸件的壁厚、大小和选择的牌号。 通常壁厚越大，浇注温度和过热温度都可适当调低；而随牌号越高，碳当量越低，铁水温度就要升高。值得指出：牌号越高，虽然温度要求越高，但是其过热度不但没升高，反而下降，所以，尽管高牌号铸件的浇注温度较高，但其铁水的流动能力不如浇注温度较低的低牌号铸件的流动能力，其原因在于：后者的过热度较前者高。