RQTSi5中硅耐熱球墨鑄鐵生產實踐

在工業(yè)生產中有些鑄件常在高溫下工作,如各種爐子的配件、石油化工、冶金設備等等附件，由于它們受到高溫的作用，容易發(fā)生破壞，為提高其壽命，要求鑄鐵在高溫下具有抵抗破壞的性能。長期以來較為重要的耐熱零件是采用高合金鋼制造，生產難度大，且成本也高，而用廉價的普通灰鑄鐵代替合金鋼雖成本低，但耐熱效果又不如合金鋼好，于是就出現(xiàn)了具有抗氧化、抗生長性能的耐熱鑄鐵。

我國國家標準 GB9437-88〈〈耐熱鑄鐵件〉〉中有鉻系、硅系和鋁系三種類型的耐熱鑄鐵和耐熱球球鐵，它們都具有不同的耐熱效果和不同的用途。國內雖有少量生產但生產的廠家不多，因此這類耐熱鑄鐵常常用普通灰鑄鐵代替，效果差，壽命低，不能滿足需求，因而耐熱鑄鐵有一定的市場。我廠是專業(yè)鑄造廠，只生產普通灰鑄鐵，有一些客戶需要耐熱鑄鐵，我廠又不能滿足，只能到別處去做或改為普通灰鑄鐵代替，這和專業(yè)鑄造廠的稱呼不相稱。為適應改革開放新的形勢，擴大我廠產品的品種，提高經濟效益，工廠提出開發(fā)中硅耐熱球鐵的任務，經研究決定在本廠退火爐門、爐框以及熔鋁坩堝等鑄件上進行中硅耐熱球鐵試生產，現(xiàn)小結如下：

一、 鑄鐵的高溫破壞

鑄鐵在高溫時比較容易破壞的原因是氧化與生長兩者之故。

1、 鑄鐵的氧化

在高溫下鑄鐵氧化開始是在鑄鐵表面很快產生一層氧化膜，這層膜在570℃以上從外向內形成Fe₂O₃ 以及Fe₃O₄及FeO三層，這三層厚度之比約為1：10：100，可以看出氧化層中主要是大量的FeO,若和Fe₂O₃ 及Fe₃O₄比較起來FeO的結晶不完整，比重小，故很容易為鐵原子或氧原子所穿透，因而氧化加劇了。如果在鑄鐵中加入一些鋁、硅和鉻等元素，能在鑄鐵表面產生一層致密的具有優(yōu)良保護性的Ai₂O₃ 、SiO₂和Cr₂O₃氧化膜，這層膜起到了保護作用使氧不易透過，減輕了進一步的氧化，提高了鑄鐵的抗氧化能力。

2、 鑄鐵的生長

鑄鐵的生長是隨高溫及時間的增加，鑄鐵的體積有了不可逆轉的增長，體積膨脹，然而當溫度重新降下來時，體積不能復原，發(fā)生比重下降，強度下降，變形龜裂等現(xiàn)象，使鑄件破壞。其原因是加熱時氧通過鑄件上的微孔、裂紋及石墨片深入到鑄鐵的內部，氧化了鐵、硅、錳等元素，該氧化物的比重小于鐵，因此體積發(fā)生了不可逆的增長，即內部氧化是生長的重要原因。中硅球鐵之所以具有好的耐熱性能， 正是由于它含硅量高，在高溫下鑄件表面形成較堅實的SiO2膜，隔絕了氧進一步的氧化，也正由于石墨成為球狀，石墨之間相互不連續(xù)，孤立存在，氧不可能通過球裝石墨深入到內部氧化，因此抗生長性也很好，從下表1中可知中硅球鐵在900℃時的生長量和氧化增重量都比中硅鑄鐵及普通灰口鑄鐵小，因而耐熱效果好。

表1  普通灰口鑄鐵、中硅鑄鐵和中硅球墨鑄鐵的耐熱性能

二、 中硅耐熱球鐵化學成分的確定

1、 硅量的選定

在球鐵中，硅達到一定含量時能提高材質的抗拉強度，屈服強度和硬度，但明顯地降低塑性和韌性，硅對球鐵機械性能的影響見圖1.當硅含量達5%時，抗拉強度達最高值，硬度也很高，但延伸率和沖擊韌性卻很低，脆性很大。由此看出硅對中硅球鐵脆性的影響是非常敏感的。在沖天爐熔煉過程中，嚴格控制含硅量是非常重要的。有關資料介紹，當硅含量達4.0% 以上可使球鐵的抗氧化、生長性能顯著改善。增加含硅量，除了改變抗氧化，還能改善抗硫的腐蝕能力。當球鐵含硅量為4.42%時，工作溫度為850℃，加熱150小時的平均氧化速度不超過0.5克/米²·小時，其生長率不超過0.2%而含硅5~6%的耐熱鑄鐵在工作溫度900℃加熱150小時的平均氧化速度高達3.6~8.7克/米²·小時，生長率為0.21~0.84%，鑒于上述情況，我們將中硅球鐵的硅含量控制在4.7~5.3%，超過5.3%時材質變得更易脆裂。

2、 錳量的確定

    錳是一種反石墨化元素，錳含量過高時不但降低中硅球鐵的耐熱性(易出現(xiàn)珠光體相，破壞了單相組織)，而且降低其性能(降低流動性，加大形成縮孔傾向，使球鐵變得硬而脆),因此錳含量越低越好，錳最好在0.3%以下，在熔煉過程中一般不加錳。

3、 磷和硫

    眾所周知，對球鐵來說，磷和硫是有害元素，對耐熱球鐵來說更是如此，所以，大磷、硫含量越低越好。

三、 中硅球鐵鐵水的熔化和處理

1. 鐵水的熔煉與硅量的控制

我們采用5t/小時,噴氧熔煉酸性沖天爐熔化鐵水,在熔煉過程中,硅元素在鐵水中的增減情況較為復雜,如何把硅穩(wěn)定地控制在4.7~5.3%范圍內就成為熔煉工作的技術關鍵,我們從以下幾方面進行控制:

1.1嚴格爐料管理

原材料要經過嚴格挑選和認真化驗,必須保證金屬爐料都要嚴格過秤.

1.2 在熔煉過程中,硅元素的燒損和硅合金的吸收率是影響硅元素增減的重要因素,為此必須穩(wěn)定沖天爐的熔化狀況,使硅元素的燒損率和吸收率不發(fā)生忽高忽低的波動.

1.3 出鐵水量的多少,不僅影響球化化質量,而且影響硅的含量,因此要采取必要的措施,以保證出鐵水量的穩(wěn)定、正確。

2. 鐵水的處理和控制

我廠使用的球化劑是QRMg8RE7球化劑，采用堤壩式澆包沖入法處理中硅球鐵鐵水?？紤]到原鐵水含硅量高，鐵水溫度較高（1450~1500℃），把球化劑量適當提高些，為提高球化劑的吸收率，緩解沸騰作用，確保球化處理正常，故在球化劑上加蓋一層生鐵屑，使反應緩慢進行。

在爐前除用金相觀察外，還用三角試片快速觀察，當球化及孕育處理正常時，三角試塊兩側及頂部有明顯縮凹，試塊斷面呈銀灰色，組織細密，中心縮松。

 1． 化學成分（見表2）                               

  從表2可知：93-131爐的RQSi5實際成分全部達到GB9437-88國家標準的規(guī)定，其中Si含量達到標準中間值，也同時符合選定Si含量4.7~5.3%的范圍內，其性能應該是達到預期要求的。

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