使用不同球化剂生产QT400-18渣灌的对比试验

2018-05-22柯志敏陈鹏辉

铸造设备与工艺 2018年2期

柯志敏，陈鹏辉

（广东中天创展球铁有限公司，广东英德 513000）

渣灌是炼钢炉前装钢渣用的设备，其使用环境恶劣，受热变化无常，同时要求具有高的使用寿命。渣罐都是在极冷极热交变恶劣的情况下使用，渣罐容积越大铸造难度就越大，所以对渣罐的质量要求就相当的高。

渣灌的技术要求：牌号为QT400-18，化学成分中的硅质量分数小于2.0%，力学性能抗拉强度350MPa～400 MPa，屈服强度大于230 MPa，延伸率大于18%；金相组织检验按GB/T9441《球墨铸铁金相检验》的规定进行，铸件本体和试块的球化级别不低于3级，基体组织中铁素体含量不低于95%，并且渣灌不允许出现冷隔、夹砂、气孔、砂眼、缩孔、粗晶、疏松、等缺陷。渣灌铸件平均壁厚为50 mm，重量4 500 kg，如图1所示。

1 生产试验条件

图1 渣灌铸件图

球墨铸铁的碳质量分数一般为3.2%～3.8%，牌号为QT400-18的球铁含碳量取上限；硅是强烈促进石墨化的元素，增加石墨球数，但硅增加会增加球墨铸铁的脆性，为保证QT400-18球铁的延伸率，加之渣灌中技术要求规定硅质量分数控制在2.0%左右，为此确定原铁水硅质量分数为0.9%～1.0%；锰阻碍石墨化及阻碍铁素体的形成，影响延伸率，为此锰含量越低越好；磷易偏析形成磷共晶，降低塑性和韧性；而残余镁和稀土一般是通过球化剂球化后残余留下的，具有强烈形成白口的倾向，为此，在保证球化合格的前提下越低越好。综上分析确定渣灌的原铁水化学成分为：w（C）3.8%～3.9%，w（Si）0.9%～1.0%，w（Mn）0.2%～0.3%，w（P）≤0.05%，w（S）≤0.02%.

采用5 t中频电炉熔化，优质废钢增碳的工艺，加料顺序：加增C剂→加废钢→加增C剂，增C剂随废钢分批加入。依据实际生产情况，选择堤坝式球化包，采取包内冲入工艺进行球化孕育处理。具体的操作如下：将球化剂各自放入包底一侧的凹坑内，其上面覆盖一次孕育剂，孕育剂上再覆盖一层铁屑。注意控制覆盖物的紧实度及厚度，不能太厚或太薄，避免影响球化反应的起始时间，出水球化时应当注意实际出水量与理论出水量偏差控制在±50 kg范围内。

选用的球化剂分别为H-2Z、C-6Z和5922：球化剂H-2Z为高镁以铈为主的低稀土球化剂；球化剂C-6Z为低镁以镧为主的镧铈混合稀土球化剂；球化剂5922为低镁高钙La系单一稀土球化剂。孕育剂选用75硅铁，孕育方式分为三次孕育：一次孕育0.4%压在包底，二次孕育0.4%在球化过程中加入，三次孕育为随流瞬时孕育，使用粒度为0.2 mm～0.7 mm的专用孕育剂，通过专用的漏斗在浇注过程中加入，加入质量分数为0.1%.铁水出炉温度确定在1 450℃左右。使用渣灌附铸试块作为试样的检测样本。球化剂H-2Z、C-6Z、5922成分如表1所示，孕育剂加入量如表2所示。

表1 球化剂QY-1G、QY-1L、5922化学成分（质量分数，%）

表2 渣灌球化剂孕育剂加入量（质量分数，%）

试样在WA-600KE型电液压式万能实验机上测试力学性能，采用台式显微镜检查金相组织，使用湿法分析法检测终铁液化学成分，用TH110里氏硬度计测量试块硬度。

2 试验结果及分析

球化剂H-2Z、C-6Z、5922球化孕育后，浇注了3个渣灌铸件，取得对应的附铸试块，编号分别为A、B、C，然后对三种球化剂对应的附铸试块进行理化分析，化学分析成分结果如表3所示，并在各自试块上取试样查看金相组织，取得的金相进行拍照留档，球化剂H-2Z、C-6Z、5922渣灌附铸试块金相显微组织的图像对应编号分别为图2、图3、图4.

表3 使用球化剂H-2Z、C-6Z、5922得到渣灌附铸试块的化学成分（质量分数，%）

图2 附铸试块A金相显微组织

图3 附铸试块B金相显微组织

图4 附铸试块C金相显微组织

2.1 球化剂H-2Z、C-6Z、5922对渣罐金相显微组织的影响

表3表明：附铸试块A中残余镁质量数为0.042%低于附铸试块B、C的0.047%和0.046%，由图2可发现附铸试块A的球化级别为3级，石墨大小为6级；图3显示附铸试块B的球化级别为2级，石墨大小为6级；图4显示附铸试块C的球化级别为2级，石墨大小为6级；附铸试块A、B、C金相腐蚀后得到的基体组织中铁素体含量基本相同，都在95%以上，符合QT400-18渣灌的技术要求。通过对比图2，图3，图4可以发现：附铸试块A的球化级别，石墨球的圆整度要比附铸试块B、C差，而附铸试块B、C的球化级别的石墨球大小、圆整度相当。导致附铸试块A的球化级别差的原因是球化剂H-2Z中镁元素含量高，球化反应激烈，氧化、烧损大，影响镁的吸收，导致球化效果不佳，而球化剂C-6Z、5922是低镁镧系球化剂，镧可显著降低白口倾向，增加石墨球数，提高球化等级，加之球化剂C-6Z、5922中镁含量低，钙含量较高，钙可以促进球化、细化晶粒，而且钙和镁都可以有效降低球化反应的剧烈程度，提高镁的收得率和球化等级。

2.2 球化剂H-2Z、C-6Z、5922对渣罐力学性能的影响

球墨铸铁化学成分、球化孕育处理及铸件的冷却条件对石墨形态、石墨大小有很大的影响，从而影响力学性能。附铸试块A、B、C力学性能如表4所示。从表4可以发现，附铸试块A的抗拉强度、屈服强度、伸长率较附铸试块B、C低，而附铸试块B、C的力学性能较为接近。如图2可知附铸试块A所得到的金相显微组织中，石墨球不够圆整，有不规则石墨存在，这样的石墨在应力的作用下，更容易发生应力集中，从而导致力学性能偏低；而附铸试块B、C石墨的圆整度、大小以及分布都要优于附铸试块A，从而在力学性能上比附铸试块A要好。