QT450-10

Vo1．3O NO．5

M ay 2009

铸造技术

F0U NDRY TECH N0L0GY

铸态QT450—1 0球墨铸铁熔炼过程控制

杨世洲 ，傅骏

(1．西华大学材料科学与工程学院，四川成都610039；2．四川工程职业技术学院材料工程系，四川德阳618000)

摘要：为了满足机车、车辆对制动机阀体零件强韧性能的要求，对铸态QT45O—lO球墨铸铁熔炼过程中化学成分的选择、球化

处理、复合孕育处理以及处理后铁液停留时间等方面进行了控制。经测试，所得材料的力学性能超过了GB1348—88标准中对

QT450一lO的要求，金相组织也符合厂家标准。

关键词：铸态球墨铸铁；化学成分；复合孕育

中图分类号：TG255 文献标识码：A 文章编号：1000-8365(2009)05—0599—03

Control on Smelting Process of As-Cast 0T450-1 0 Nodular Graphite lron

YANG Shi—zhou 。FU Jun

(1．School of Material Science and Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China；2．Department of

Material Engineering,Sichuan Engineering Technical College，Deyang 6 18000，China)

Abstract：In order to meet technical requirement in strength and toughness property for the valve

body parts of brake system in locomotive and vehicle。smelting process for as—cast QT450—1 O

nodular graphite iron has been controlled in the aspects such as choice of chem ical constitution，

spherOidisatiOn treatment， comprehensive modification treatment， stay time after spherOidisatiOn

and modification etc． Through the test of the material， its mechanicaI properties exceed the

specification of as．cast QT450—1 0 nodular graphite iron in the standard GB 1 348．88． And its

micrOstructure also meets the requirement of the factory．

Key words：As—cast nodular graphite iron；Chemical constitution；Comprehensive modification

随着我国铁路运输系统的不断发展，对机车、车辆

提出了更高的要求，“高速、重载”是铁路运输行业在新

时代条件下的发展目标。要实现这一目标，需要进一

步提高制动机产品的质量，以保证机车、车辆的行车安

全。国内制动机生产厂家正在开发高强韧铸态铁素体

球墨铸铁取代制动机阀体原来所使用的HT200或

HT250的工艺。本文针对南车集团某制动机生产厂

家所使用的铸态QT450—10球墨铸铁熔炼工艺规范，

从化学成分、球化处理、孕育处理等方面介绍熔炼过程

的控制。

1 生产条件及化学成分设计

铁液采用冲天炉一感应电炉双联熔炼，其中冲天炉

为3 t／h多排小风口热风酸性炉，感应电炉为2 t中频

感应电炉。球化、孕育处理前，铁液在感应电炉中进行

进一步的脱硫处理，以获得高温、低氧化、低硫的原铁

液。

收稿日期：2009—02—27； 修订日期：2009—03 05

作者简介：杨世洲(1972一)，男，四川眉山人，讲师，博士研究生．主要从

事铸铁材料教学和研究工作．

Email：yangshizhoul 63．corn

生产中对铸态QT45O～lO的化学成分提出的要求

为：3．4 ～3．9 C，2．5 ～3．0 Si，≤ 0．4

M n，< 0．050 P，< 0．025 S，0．04 ～ 0．10

M g残，0．015 ～ 0．04 RE残。

2 熔炼过程控制要点

(1)准备和检查工作时要使用的相关物品，如：

FeSi75A115一B孕育剂、FeSiMg8RE5球化剂、增碳剂、

铁液搅拌工具等。

(2)新包或4 h未使用的铁液包(0．5 t)使用前必

须烫包，使用地上衡称量空包和装满铁液的包，计算一

包铁液的重量(IN以计算合金加入量)。

(3)孕育剂、球化剂合金预热温度应大于150℃ ，

上限越高越好，但最高不超过400℃ ，并且预热时不能

接触明火；孕育剂粒度3～20 mm，球化剂粒度10～

25 m m 。

(4)计算孕育剂、球化剂的加入量，孕育剂含硅按

75 计算，加入量按1．0 ～1．4 计算，球化剂含硅

按44 计算，加入量按1．5 ～1．8 计算。

(5)放置合金，合金放在凹坑式包底的凹坑内，由

下至上的放置顺序为：球化剂一孕育剂一珍珠岩砂，并

F0UNDRY TECHNOL0GY

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尽量塞实，如必要还应加压一块小于5 kg的生铁或钢 100 mm左右处，取铁液浇三角试样，试样冷至暗红色

板。其中孕育剂只能加入计算量的70 ，剩余的在处 后浸入水中激冷，用铁锤击打出断口，进行断口分析。

理时加入。 ① 断口呈银灰色，尖端有1～3 mm 的白口，组织较细，

(6)铁液出炉前应制白口化试样，送做光谱成分 中心有缩松，顶部和两侧有缩凹，试样有大圆角，敲击

分析。确定C：3．7％～3．9 ，Si：1_6 9／6～1．8 。成 时有钢声，淬水后砸开有电石气味，则表示球化良好；

分分析达不到要求，应再对铁液进行调整，并观察原铁 ②若银灰色断口中央有分散状小黑点，则表示球化不

液浇注的三角试样的断面是否正常。 良；③ 断口呈暗灰色或成黑麻断面，则表示不球化；

(7)调整铁液的处理温度为1 48O～1 500 oC。使 ④若断口是麻口或白色断口，晶粒呈放射状，则表示

用测温仪测温并记录。 有球化而孕育不足。铁液浇注时要随时浇注三角试

(8)球化和孕育处理 样进行检测，至少两次(浇注进行到一半时和浇注结

①铁液倒入的落点应在包内无合金的一侧，以避 束时)。为了避免球化和孕育处理后铁液停留时间

免球化剂过早反应；②铁液倒入1／3～1／2时再从出铁 过长，引起“返硫”现象，而造成球化衰退，铁液应在

槽加入孕育剂计算量的20 ；③ 铁液加入预定值的约 处理完后2O rain内完成浇注。对球化和孕育处理后

z／3时进行反应，反应基本完毕进行初次搅拌，然后加 不合格或已经球化衰退的铁水应立即采取挽救措

足铁液进行搅拌，搅拌深度必须超过铁液深度的一半。 施。

充分搅拌后，加人1 kg除渣脱硫剂—— 食盐，扒净渣， 3 理化检测结果

在铁液表面覆盖孕育剂计算量的1o 、粒度为20~25 阀体产品要求其力学性能符合GB1348—88标准。

ram(或稻草灰)。铁液处理时应使用电子吊钩秤，确 金相组织要求球化分级1～4级，球化率≥85 ，石墨

保当铁液达到出铁预定值时停止加入。 大小5～8级，渗碳体+磷共晶<2 。

(9)铁液炉前检测 表1给出了生产中部分Y形单铸试块的检测结

球化和孕育处理完成后，用铁勺在离铁液面深 果。

表1 部分Y形单铸试块的检测结果

Tab．1 Test results of partial separated test bar of casting with Y shape

一。。 化学成分 ( ) 力学性能 金相组织

． ⋯ ． ． O"b 硬编号 C Si M 度 球化 球化率 石墨 渗碳体磷共晶

n P S M g RE

／MP ( ) ／ ．S )。吴 ( ；’ ：

271 3．62 2|．

74 0．29 0．042 0．013 0．045 0．019 492 18 172 3 90 6 1 0．5

272 3．50 2．84 0．32 0．045 0．018 0．058 0．017 486 19 163 3 88 7 1 0．5

273 3．52 2．90 0．31 0．041 0．016 0．051 0．020 490 17 175 2 91 7 1 0．5

275 3．70 2．58 0．30 0．040 0．021 0．053 0．019 510 16 180 3 94 7 1 0．5

277 3．64 2．86 0．34 0．049 0．024 0．041 0．024 508 l9 173 3 96 7 1 0．5

280 3．61 2．85 0．29 0．039 0．019 0．060 0．021 503 14 152 2 94 6 l 0．5

281 3．58 2．91 0．33 0．041 0．019 0．053 0．020 492 16 165 3 9O 7 1 0．5

283 3．55 2．88 0．33 0．038 0．021 0．054 0．016 487 16 173 3 94 7 1 0．5

284 3．57 2．76 0．31 0．043 0．020 0．052 0．019 490 18 1 62 3 88 6 1 0．5

289 3．65 2．67 O．29 0．041 0．019 O．048 0．021 484 15 172 2 95 7 1 0．5

290 3．58 2．89 0．35 0．046 0．021 0．061 0．025 482 18 17O 2 89 7 1 0．5

291 3．65 2．8O 0．31 0．043 0．0】9 0．049 0．0】7 484 16 168 2 92 7 1 0 5

注：表中Y形单铸试块是按照GB1348—88标准中试块类型为Ⅱ的尺寸制造。

图1是编号为280的试块金相组织。 化、孕育处理成功的关键。

4 结论

(1)选择合适的化学成分是生产铸态铁索体球墨

铸铁所必须的。

(2)控制好原铁液化学成分和球化温度是保证球

(3)采用包坑孕育、出铁槽孕育、浮硅孕育的复

合孕育工艺，能进一步提高孕育处理效果，细化石墨

球，增加石墨球的数量，球化率和球化分级得到提

高。

《铸造技术》0 5 ／2 。0 9 杨世洲等：铸态Q T 4 5 0 — l O 球墨铸铁熔炼过程控制

图1 2 8 0 号试块的金相组织

F i g ． 1 M i c r o s t r u c t u r e o f s a m p l e N o ． 2 8 0

( 4 ) 尽量缩短球化、孕育处理到浇注结束的时间， 以防止“ 返硫”

，避免球化衰退。

~g 0* l中远热能技术有限公司( 前身为河南省机械设计研究院工业炉部) 在国内率先

进行了煤气发生炉小型化、自动化方向的研究， 最大限度提高了热能利用率， 简化了操作， 同时

由于采用热煤气直接使用， 达到了国家环保要求。

1 ． 煤气发生炉的造气原理

根据煤气发生炉的气化过程， 自上而下分为干燥带、干馏带、还原带、氧化带和灰渣层。在

干燥和干馏带， 煤受到高温炉气的加热而释放出水分和挥发分。( 1 ) 氧化层： 碳被气化剂中的

氧氧化成c o ，和c 0 ， 并放出热量。( 2 ) 还原层： 是生成主要可燃气体的区域， C O ：与灼热碳起作

用， 生成c o ； 水蒸气与灼热碳进行反应， 生成c 0 和H ：。( 3 ) 灰渣层： 起保护炉条和灰盘的作

用。( 4 ) 干馏层： 通过气化层上升的煤气流进入干馏层， 生成热值较高的干馏煤气。

2 ． 煤气发生炉采用热煤气直接使用环保的原因

理论上发生炉煤气的组成C O 、H ： 、C H 。、C

。

H

。占5 1％ ， N ：、C O ：等d5 4 9 ％ 。燃烧后废气无烟无

毒， 对大气无污染。

3 ． 煤气发生炉的应用及节能情况

采用计算机进行自动控制， 7 年中已有1 o o o N 套在全国各地运行并出口越南、印尼等国家和

地区。行业覆盖热处理、锻造、精铸模壳焙烧、有色金属熔化、镀行业加热、干燥、煅烧、锅炉

配套、玻璃加工、型砂烘烤、钢包烘烤、日用陶瓷煅烧、耐火材料、轧钢、热镀锌等。从节能情

况看： 与直接使用燃煤相比， 节煤3 0 ％ 左右， 与燃油相比， 大约2 ． 5 k g 煤代替1 k g 柴油， 煤气成

本大约是燃油成本1 ／2 ～ 1／3 。

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