RQTSi5中硅耐热球墨铸铁生产实践

在工业生产中有些铸件常在高温下工作,如各种炉子的配件、石油化工、冶金设备等等附件，由于它们受到高温的作用，容易发生破坏，为提高其寿命，要求铸铁在高温下具有抵抗破坏的性能。长期以来较为重要的耐热零件是采用高合金钢制造，生产难度大，且成本也高，而用廉价的普通灰铸铁代替合金钢虽成本低，但耐热效果又不如合金钢好，于是就出现了具有抗氧化、抗生长性能的耐热铸铁。

我国国家标准 GB9437-88〈〈耐热铸铁件〉〉中有铬系、硅系和铝系三种类型的耐热铸铁和耐热球球铁，它们都具有不同的耐热效果和不同的用途。国内虽有少量生产但生产的厂家不多，因此这类耐热铸铁常常用普通灰铸铁代替，效果差，寿命低，不能满足需求，因而耐热铸铁有一定的市场。我厂是专业铸造厂，只生产普通灰铸铁，有一些客户需要耐热铸铁，我厂又不能满足，只能到别处去做或改为普通灰铸铁代替，这和专业铸造厂的称呼不相称。为适应改革开放新的形势，扩大我厂产品的品种，提高经济效益，工厂提出开发中硅耐热球铁的任务，经研究决定在本厂退火炉门、炉框以及熔铝坩埚等铸件上进行中硅耐热球铁试生产，现小结如下：

一、 铸铁的高温破坏

铸铁在高温时比较容易破坏的原因是氧化与生长两者之故。

1、 铸铁的氧化

在高温下铸铁氧化开始是在铸铁表面很快产生一层氧化膜，这层膜在570℃以上从外向内形成Fe₂O₃ 以及Fe₃O₄及FeO三层，这三层厚度之比约为1：10：100，可以看出氧化层中主要是大量的FeO,若和Fe₂O₃ 及Fe₃O₄比较起来FeO的结晶不完整，比重小，故很容易为铁原子或氧原子所穿透，因而氧化加剧了。如果在铸铁中加入一些铝、硅和铬等元素，能在铸铁表面产生一层致密的具有优良保护性的Ai₂O₃ 、SiO₂和Cr₂O₃氧化膜，这层膜起到了保护作用使氧不易透过，减轻了进一步的氧化，提高了铸铁的抗氧化能力。

2、 铸铁的生长

铸铁的生长是随高温及时间的增加，铸铁的体积有了不可逆转的增长，体积膨胀，然而当温度重新降下来时，体积不能复原，发生比重下降，强度下降，变形龟裂等现象，使铸件破坏。其原因是加热时氧通过铸件上的微孔、裂纹及石墨片深入到铸铁的内部，氧化了铁、硅、锰等元素，该氧化物的比重小于铁，因此体积发生了不可逆的增长，即内部氧化是生长的重要原因。中硅球铁之所以具有好的耐热性能， 正是由于它含硅量高，在高温下铸件表面形成较坚实的SiO2膜，隔绝了氧进一步的氧化，也正由于石墨成为球状，石墨之间相互不连续，孤立存在，氧不可能通过球装石墨深入到内部氧化，因此抗生长性也很好，从下表1中可知中硅球铁在900℃时的生长量和氧化增重量都比中硅铸铁及普通灰口铸铁小，因而耐热效果好。

表1  普通灰口铸铁、中硅铸铁和中硅球墨铸铁的耐热性能

二、 中硅耐热球铁化学成分的确定

1、 硅量的选定

在球铁中，硅达到一定含量时能提高材质的抗拉强度，屈服强度和硬度，但明显地降低塑性和韧性，硅对球铁机械性能的影响见图1.当硅含量达5%时，抗拉强度达最高值，硬度也很高，但延伸率和冲击韧性却很低，脆性很大。由此看出硅对中硅球铁脆性的影响是非常敏感的。在冲天炉熔炼过程中，严格控制含硅量是非常重要的。有关资料介绍，当硅含量达4.0% 以上可使球铁的抗氧化、生长性能显著改善。增加含硅量，除了改变抗氧化，还能改善抗硫的腐蚀能力。当球铁含硅量为4.42%时，工作温度为850℃，加热150小时的平均氧化速度不超过0.5克/米²·小时，其生长率不超过0.2%而含硅5~6%的耐热铸铁在工作温度900℃加热150小时的平均氧化速度高达3.6~8.7克/米²·小时，生长率为0.21~0.84%，鉴于上述情况，我们将中硅球铁的硅含量控制在4.7~5.3%，超过5.3%时材质变得更易脆裂。

2、 锰量的确定

    锰是一种反石墨化元素，锰含量过高时不但降低中硅球铁的耐热性(易出现珠光体相，破坏了单相组织)，而且降低其性能(降低流动性，加大形成缩孔倾向，使球铁变得硬而脆),因此锰含量越低越好，锰最好在0.3%以下，在熔炼过程中一般不加锰。

3、 磷和硫

    众所周知，对球铁来说，磷和硫是有害元素，对耐热球铁来说更是如此，所以，大磷、硫含量越低越好。

三、 中硅球铁铁水的熔化和处理

1. 铁水的熔炼与硅量的控制

我们采用5t/小时,喷氧熔炼酸性冲天炉熔化铁水,在熔炼过程中,硅元素在铁水中的增减情况较为复杂,如何把硅稳定地控制在4.7~5.3%范围内就成为熔炼工作的技术关键,我们从以下几方面进行控制:

1.1严格炉料管理

原材料要经过严格挑选和认真化验,必须保证金属炉料都要严格过秤.

1.2 在熔炼过程中,硅元素的烧损和硅合金的吸收率是影响硅元素增减的重要因素,为此必须稳定冲天炉的熔化状况,使硅元素的烧损率和吸收率不发生忽高忽低的波动.

1.3 出铁水量的多少,不仅影响球化化质量,而且影响硅的含量,因此要采取必要的措施,以保证出铁水量的稳定、正确。

2. 铁水的处理和控制

我厂使用的球化剂是QRMg8RE7球化剂，采用堤坝式浇包冲入法处理中硅球铁铁水。考虑到原铁水含硅量高，铁水温度较高（1450~1500℃），把球化剂量适当提高些，为提高球化剂的吸收率，缓解沸腾作用，确保球化处理正常，故在球化剂上加盖一层生铁屑，使反应缓慢进行。

在炉前除用金相观察外，还用三角试片快速观察，当球化及孕育处理正常时，三角试块两侧及顶部有明显缩凹，试块断面呈银灰色，组织细密，中心缩松。

 1． 化学成分（见表2）                               

  从表2可知：93-131炉的RQSi5实际成分全部达到GB9437-88国家标准的规定，其中Si含量达到标准中间值，也同时符合选定Si含量4.7~5.3%的范围内，其性能应该是达到预期要求的。

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