如何提高鑄件球化率的工藝措施
國內普通球墨鑄鐵鑄件的球化水平要求達到4級以上，（即球化率為70%），一般鑄造廠達到的球化率在85%左右。 近年來，隨著球墨鑄鐵生產的發展，特別是對風電鑄件生產和鑄件質量要求較高的行業，要求球化水平達到2級，即球化率達到90%以上。 筆者公司對QT400-15採用的球化孕育工藝，以及球化劑和孕育劑進行了分析和改進，使球墨鑄鐵的球化率達到90%以上。
1.原始生產工藝
原生產工藝：
- 冶煉設備採用2.0T中頻爐和1.5T工頻爐；
- QT400-15生鐵液成分為ω(C)=3.75%~3.95%，ω(Si)=1.4%~1.7%，ω(Mn)≤0.40%，ω(P)≤0.07%，ω( S) ) ≤0.035%；
- 球化處理所用球化劑為1.3%～1.5%的RE3Mg8SiFe合金；
- 孕育處理所用孕育劑為0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。 球化處理採用攻絲和沖洗兩種方式：
首先產生55%~60%的鐵，然後進行球化，然後加入孕育劑，然後加入剩餘的鐵液。
由於採用傳統的球化和孕育方法，單塊25mm厚的鑄楔試塊檢測的球化率一般在80%左右，即球化等級為3級。
2、提高球化率的試驗方案
為了提高球化率，對原有的球化接種工藝進行了改進。 主要措施有：增加球化劑和孕育劑用量，淨化鐵水，脫硫處理。 球化率仍使用 25 mm 的單個鑄造楔塊測試塊進行測試。 具體方案如下：
- (1)分析原工藝球化率低的原因。 原以為球化劑用量少，故將球化劑加入量由1.3%增加到1.4%再增加到1.7%，但球化率達不到要求。 . (2)另一種猜測是球化率低可能是妊娠不良或生育力下降所致。 因此，實驗將接種劑量從0.7%提高到0.9%再到1.1%，球化率達不到要求。
- (3)繼續分析認為鐵水夾雜物較多，球化干擾元素高可能是球化率低的原因。 因此，對鐵水進行高溫淨化。 高溫提純溫度一般控制在1500±10℃，但球化率不超過90%。
- (4) 大量的ω(S)嚴重消耗球化劑量，加速球化下降。 因此，增加脫硫處理，將原鐵液ω(S)量從0.035%降低到0.020%以下，但球化率也僅達到86%。 上述四種方案的試驗結果如表1所示。楔形試塊的結構和力學性能不符合要求。
3. 上次通過的改進計劃
3.1 具體改進措施
- 原料為生鐵、不生鏽或少生鏽的廢鋼和加熱材料；
- 向爐內加入純鹼（Na2CO3）對生鐵水進行脫硫；
- 使用Foseco 390預處理劑在袋內進行預脫氧；
- Fozco Nodulizer 球化處理；
- 採用碳化矽和矽鐵聯合孕育。
新工藝原鐵水成分控制：ω(C)=(3.70%～3.90%，ω(Si)=0.80%～1.20%【鑄件ω(Si final)=2.60%～3.00%】，ω( Mn)≤0.30%，ω(P)≤0.05%，ω(S)≤0.02%，當原鐵水ω(S)超過0.02%時，採用工業純鹼在爐前脫硫，因為脫硫反應為吸熱反應，要求脫硫溫度控制在1500℃左右，純鹼加入量根據爐內熔化時ω(S)的量控制在1.5%～2.5% .
同時，球化處理包採用普通壩式處理包。 首先在封裝底部的壩體側面加入1.7%的Foseco NODALLOY7RE牌球化劑，壓平壓實，用0.2%碳化矽粉和0.3%小塊75SiFe一層又一層覆蓋，搗實後用壓鐵覆蓋，在鐵水包的另一側加入0.3%的Foseke 390孕育劑。 出鐵時，先沖出總鐵水量的55%~60%。 球化反應完成後，加入1.2%的75SiFe-C孕育劑，沖洗剩餘的鐵水，倒渣。
3.2 測試結果
金相圖像分析系統自動檢測脫硫前後原鐵水成分、25mm單鑄楔形試塊的力學性能和金相組織、金相組織球化率評價方法.
4. 結果分析
4.1 主要元素對球化率的影響
- C、Si：C可促進石墨化，減少白口傾向，但ω(C)過高會使CE過高，易引起石墨上浮，一般控制在3.7%~3.9%。 Si能增強石墨化能力，消除滲碳體。 添加Si作為孕育劑時，可大大降低鐵水的過冷能力。至 1.3%，ω（最終 Si）的量控制在 1.5% 至 0.8%。
- Mn：在結晶過程中，Mn會增加鑄鐵過冷的趨勢，並促進碳化物（FeMn）3C的形成。 在共析轉變過程中，Mn降低共析轉變溫度，穩定細化珠光體。 Mn對球化率的影響不大。 由於原料的影響，一般控制ω(Mn)<0.30%。
- P：ω(P)<0.05%時，固溶於Fe，不易形成磷共晶，對球墨鑄鐵球化率影響不大。
- S：S是去球化元素。 S在球化反應過程中消耗球化劑中的Mg和RE，阻礙石墨化，降低球化率。 硫化渣也會在鐵水凝固前返回硫磺，再次消耗球化元素，加速球化率下降，進一步影響球化率。 為了獲得高球化率，生鐵中ω(S)的量應降低到0.02%以下。
4.2 脫硫處理
爐料熔化後，取樣分析化學成分。 當ω(S)的量高於0.02%時，需要脫硫。
純鹼脫硫的原理是：在鋼包中加入一定量的純鹼，用鐵水流沖洗攪拌，純鹼高溫分解，反應式為Na2CO3=Na2O+CO2↑：生成的Na2O為在鐵水中再次硫化形成Na2S，(Na2O)+[FeS]=(Na2S)+(FeO)。
Na2CO3分離溶解CO2，引起鐵水劇烈攪拌，促進脫硫過程。 純鹼渣易流動，上浮快，脫硫反應時間很短。 脫硫後應及時清除爐渣，否則會返硫。 4.3 預脫氧處理、球化處理和孕育處理福賽克390預處理劑在袋內起到預脫氧處理的作用，同時增加石墨成核核和單位面積石墨球數，還可以提高鎂的吸收率。 顯著提高抗衰退能力，提高球化率。 Fochke孕育劑中含有ω(Si)=60%~70%，ω(Ca)=0.4%~2.0%，ω(Ba)=7%~11%，其中Ba可以延長有效孵化時間。 選用Fozco Nodulizer的NODALLOY7RE牌號，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%。 由於鐵水經過脫硫和預脫氧處理，使鐵水中消耗球化劑的元素大大減少，因此選用低ω(RE)的球化劑，以減少RE對球狀石墨形貌的破壞; 作用的主要元素是Mg； Ca和Al可以起到加強孵化的作用。 採用碳化矽與硅鐵聯合孕育處理，碳化矽熔點約1600℃，凝固時增加石墨晶核，並採用大劑量矽鐵孕育，可防止球化度下降。
5結論
在鐵素體球墨鑄鐵生產中，要求球化率達到90%以上時，可採取以下措施：
- (1)選用優質爐料，減少爐料中的去球化元素。
- (2)選擇ω(RE)含量低的球化劑，以減少RE對球狀石墨形貌的惡化影響。
- (3)原鐵水ω(S)含量應小於0.020%，可減少球化劑的消耗，尤其是硫化渣二次硫化所消耗的球化元素。
- (4)對鐵水進行預脫氧，增加單位面積石墨球數，提高球化率，大大提高抗衰退能力，延長有效保溫時間。
- (5)減少原鐵水中ω(Si)的用量，增加球化劑、孕育劑和各種預處理劑的用量，加強孕育處理。
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