如何提高铸件球化率的工艺措施
国内普通球墨铸铁铸件的球化水平要求达到4级以上，（即球化率为70%），一般铸造厂达到的球化率在85%左右。 近年来，随着球墨铸铁生产的发展，特别是对风电铸件生产和铸件质量要求较高的行业，要求球化水平达到2级，即球化率达到90%以上。 笔者公司对QT400-15采用的球化孕育工艺，以及球化剂和孕育剂进行了分析和改进，使球墨铸铁的球化率达到90%以上。
1.原始生产工艺
原创制作流程：
- 冶炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉；
- QT400-15生铁液成分为ω(C)=3.75%~3.95%，ω(Si)=1.4%~1.7%，ω(Mn)≤0.40%，ω(P)≤0.07%，ω( S) ) ≤0.035%；
- 球化处理所用球化剂为1.3%～1.5%的RE3Mg8SiFe合金；
- 孕育处理所用孕育剂为0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。 球化处理采用攻丝和冲洗两种方式：
首先产生55%~60%的铁，然后进行球化，然后加入孕育剂，然后加入剩余的铁液。
由于采用传统的球化和孕育方法，单块25mm厚的铸楔试块检测的球化率一般在80%左右，即球化等级为3级。
2、提高球化率的试验方案
为了提高球化率，对原有的球化接种工艺进行了改进。 主要措施有：增加球化剂和孕育剂用量，净化铁水，脱硫处理。 球化率仍用 25 mm 的单个铸造楔块测试块进行测试。 具体方案如下：
- (1)分析原工艺球化率低的原因。 原以为球化剂用量少，故将球化剂加入量由1.3%增加到1.4%再增加到1.7%，但球化率达不到要求。 . (2)另一种猜测是球化率低可能是妊娠不良或生育力下降所致。 因此，实验将接种剂量从0.7%提高到0.9%再到1.1%，球化率达不到要求。
- (3)继续分析认为铁水夹杂物较多，球化干扰元素高可能是球化率低的原因。 因此，对铁水进行高温净化。 高温提纯温度一般控制在1500±10℃，但球化率不超过90%。
- (4)大量的ω(S)严重消耗球化剂量，加速球化下降。 因此，增加脱硫处理，将原铁液ω(S)量从0.035%降低到0.020%以下，但球化率也仅达到86%。 以上四种方案的试验结果如表1所示。楔形试块的结构和力学性能不符合要求。
3. 上次通过的改进计划
3.1 具体改进措施
- 原料为生铁、不生锈或少生锈的废钢和加热材料；
- 向炉内加入纯碱（Na2CO3）对生铁水进行脱硫；
- 使用Foseco 390预处理剂在袋内进行预脱氧；
- Fozco Nodulizer 球化处理；
- 采用碳化硅和硅铁联合孕育。
新工艺的原铁水成分控制：ω(C)=(3.70%～3.90%，ω(Si)=0.80%～1.20%【铸造ω(Si final)=2.60%～3.00%】，ω( Mn)≤0.30%，ω(P)≤0.05%，ω(S)≤0.02%，当原铁水ω(S)超过0.02%时，采用工业纯碱在炉前脱硫，因为脱硫反应为吸热反应，要求脱硫温度控制在1500℃左右，纯碱加入量根据炉内熔化时ω(S)的量控制在1.5%～2.5% .
同时，球化处理包采用普通坝式处理包。 首先在封装底部的坝体侧面加入1.7%的Foseco NODALLOY7RE牌球化剂，压平压实，用0.2%碳化硅粉和0.3%小块75SiFe一层又一层覆盖，捣实后用压铁覆盖，在铁水包的另一侧加入0.3%的Foseke 390孕育剂。 出铁时，先冲出总铁水量的55%~60%。 球化反应完成后，加入1.2%的75SiFe-C孕育剂，冲洗剩余的铁水，倒渣。
3.2 测试结果
金相图像分析系统自动检测脱硫前后原铁水成分、25mm单铸楔形试块的力学性能和金相组织、金相组织球化率评价方法.
4. 结果分析
4.1 主要元素对球化率的影响
- C、Si：C可促进石墨化，减少白口倾向，但ω(C)过高会使CE过高，易引起石墨上浮，一般控制在3.7%~3.9%。 Si能增强石墨化能力，消除渗碳体。 添加Si作为孕育剂时，可大大降低铁水的过冷能力。至 1.3%，ω（最终 Si）的量控制在 1.5% 至 0.8%。
- Mn：在结晶过程中，Mn 增加铸铁过冷的趋势并促进碳化物 (FeMn) 3C 的形成。 在共析转变过程中，Mn降低共析转变温度，稳定细化珠光体。 Mn对球化率的影响不大。 由于原料的影响，一般控制ω(Mn)<0.30%。
- P：ω(P)<0.05%时，固溶于Fe，不易形成磷共晶，对球墨铸铁球化率影响不大。
- S：S是去球化元素。 S在球化反应过程中消耗球化剂中的Mg和RE，阻碍石墨化，降低球化率。 硫化渣也会在铁水凝固前返回硫磺，再次消耗球化元素，加速球化率下降，进一步影响球化率。 为了获得高球化率，生铁中ω(S)的量应降低到0.02%以下。
4.2 脱硫处理
炉料熔化后，取样分析化学成分。 当ω(S)的量高于0.02%时，需要脱硫。
纯碱脱硫的原理是：在钢包中加入一定量的纯碱，用铁水流冲洗搅拌，纯碱高温分解，反应式为Na2CO3=Na2O+CO2↑：生成的Na2O为在铁水中再次硫化形成Na2S，(Na2O)+[FeS]=(Na2S)+(FeO)。
Na2CO3分离溶解CO2，引起铁水剧烈搅拌，促进脱硫过程。 纯碱渣易流动，上浮快，脱硫反应时间很短。 脱硫后应及时清除炉渣，否则会返硫。 4.3 预脱氧处理、球化处理和孕育处理福赛克390预处理剂在袋内起到预脱氧处理的作用，同时增加石墨成核核和单位面积石墨球数，还可以提高镁的吸收率。 显着提高抗衰退能力，提高球化率。 Fochke孕育剂中含有ω(Si)=60%~70%，ω(Ca)=0.4%~2.0%，ω(Ba)=7%~11%，其中Ba可以延长有效孵化时间。 选用Fozco Nodulizer的NODALLOY7RE牌号，其ω(Si)=40%~50%, ω(Mg)=7.0%~8.0%, ω(RE)=0.3%~1.0%, ω(Ca)=1.5 %~2.5%，ω(Al)<1.0%。 由于铁水经过脱硫和预脱氧处理，使铁水中消耗球化剂的元素大大减少，因此选择ω(RE)量低的球化剂，以减少RE对球状石墨形貌的破坏; 作用的主要元素是Mg； Ca和Al可以起到加强孵化的作用。 采用碳化硅与硅铁联合孕育处理，碳化硅熔点约1600℃，凝固时增加石墨晶核，并采用大剂量硅铁孕育，可防止球化度下降。
5结论
在铁素体球墨铸铁生产中，要求球化率达到90%以上时，可采取以下措施：
- (1)选择优质炉料，减少炉料中的去球化元素。
- (2)选择ω(RE)含量低的球化剂，以减少RE对球状石墨形貌的恶化影响。
- (3)原铁水ω(S)含量应小于0.020%，可减少球化剂的消耗，尤其是硫化渣二次硫化所消耗的球化元素。
- (4)对铁水进行预脱氧，增加单位面积石墨球数，提高球化率，大大提高抗衰退能力，延长有效保温时间。
- (5)减少原铁水中ω(Si)的用量，增加球化剂、孕育剂和各种预处理剂的用量，加强孕育处理。
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