國内普通球墨鑄鐵鑄件的球化級别要求達到4級以上，（即球化率70%，）一般鑄造廠達到的球化率為85%左右。近年來，随着球墨鑄鐵生産的發展，尤其是在風電鑄件生産和鑄件質量要求較高的行業，要求球化級别達到2級，即球化率達到90%以上。筆者公司通過對QT400-15原采用的球化、孕育處理工藝以及球化劑、孕育劑進行分析、改進，使球墨鑄鐵的球化率達到了90%以上。

1、原生産工藝

原生産工藝：熔煉設備采用2.0T中頻爐和1.5T工頻爐；QT400-15原鐵液成分為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%~l.5%的RE3Mg8SiFe合金；孕育處理所用孕育劑為0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。球化處理采用兩次出鐵沖入法：先出鐵55%~60%，進行球化處理，然後加入孕育劑，再補加其餘鐵液。由于球化、孕育采用傳統的方式，用25 mm厚的單鑄楔形試塊檢測得到的球化率一般在80%左右，即球化級别3級。

2、提高球化率的試驗方案

為提高球化率，對原來的球化和孕育處理工藝進行了改進，主要措施是：增大球化劑和孕育劑加入量、淨化鐵液、脫硫處理等。球化率仍然采用25 mm的單鑄楔形試塊進行檢測，具體方案如下：

（1）分析原工藝球化率偏低的原因，曾認為是球化劑用量較少，故将球化劑加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%，但球化率并未達到要求。

（2）另一種猜測是認為球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起，因而試驗加大孕育劑量，由0.7%~0.9%增加到1.1%，球化率亦未達到要求。

(3)繼續分析認為鐵液夾雜較多、球化幹擾元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而對鐵液進行高溫淨化，高溫淨化溫度一般控制在1 500±10℃，但其球化率仍未突破90%。

(4) ω（S）量高嚴重消耗球化劑量并加速球化衰退，因此增加脫硫處理，将原鐵液ω（S）量從原來的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也隻達到86%。

以上4種方案的試驗結果如表1所示，楔形試塊的組織和力學性能均未達到要求。

3、最後采用的改進方案

3.1具體改進措施

原材料采用生鐵、無鏽或少鏽的廢鋼和回爐料；對原鐵液進行爐外加純堿（Na2CO3）脫硫；采用福士科390預處理劑在包内進行預脫氧處理；采用福士科球化劑進行球化處理；采用碳化矽和矽鐵聯合孕育。

新工藝原鐵液成分控制：ω（C）=(3.70%~3.90%、ω（Si）=0.80%~1.20%[鑄件ω（Si終）=2.60%~3.00%]、ω（Mn）≤0.30%、ω（P）≤0.05%、ω（S）≤0.02%。當原鐵液ω（S）量超過0.02%時，采用工業用純堿進行爐前脫硫處理，因脫硫反應是吸熱反應，要求脫硫溫度控制在1500℃左右，純堿加入量根據爐前熔清時的ω（S）量高低控制在1.5 % ~2.5 %。同時，球化處理包采用普通的堤壩式處理包，首先把福士科NODALLOY7RE牌号球化劑1.7%加入包底堤壩一側，扒平壓實，用0.2%的粉末狀碳化矽和0.3%的小塊狀75SiFe先後覆蓋一層，搗實後用壓鐵蓋上，在鐵液包的另一側加入0.3%的福士科390孕育劑。出鐵時首先沖入總鐵液量的55%~60%，待球化反應完畢後，加入1.2%的75SiFe-C孕育劑後沖入剩餘鐵液，扒渣澆注。

3.2試驗結果

原鐵液脫硫前後的的成分見表2、表3，25mm單鑄楔形試塊對應的力學性能和金相組織見表4，金相組織中球化率的評定方法采用金相圖像分析系統自動檢測。

4、結果分析

4.1主要元素對球化率的影響

C、Si：C能促進石墨化，減少白口傾向，但ω（C）量高會使CE過高而容易産生石墨漂浮，一般控制在3.7%~3.9%。Si能加強石墨化能力，消除滲碳體。Si以孕育劑的方式加入時，可大大降低鐵液的過冷能力。為了提高孕育效果，原鐵液的ω（Si）量從原來的1.3% ~1.5%降到0.8%~1.2% ，ω（Si終）量控制在2.60%~3.00% 。

Mn：在結晶過程中，Mn增加鑄鐵的過冷傾向，促進形成碳化物(FeMn) 3C。在共析轉變過程中，Mn降低共析轉變溫度，穩定并細化珠光體。Mn對球化率沒有太大的影響。因受原材料的影響，一般控制ω（Mn）<0.30%。

P：當ω（P）<0.05%時固溶于Fe，難以形成磷共晶，對球鐵的球化率影響不是很大。

S：S是反球化元素，S在球化反應時消耗球化劑中的Mg和RE，阻礙石墨化，降低球化率。硫化物夾渣還會在鐵液凝固之前回硫，再次消耗球化元素，加快球化衰退，進一步影響球化率。為了達到高的球化率，應該使原鐵液的ω（S）量降低到0.02%以下。

4.2脫硫處理

當爐料熔清後，取樣分析化學成分，當ω（S）量高于0.02%時要進行脫硫處理。

純堿脫硫的原理為：将一定量的純堿置于澆包内，利用鐵液流沖入而攪拌，純堿在高溫下分解，反應式為Na2CO3=Na2O CO2↑：生成的Na2O又與鐵液中硫化合生成Na2S，（Na2O） [FeS]=（Na2S） （FeO）。Na2CO3分解析出CO2引起鐵液劇烈攪動，促進脫硫過程進行。純堿渣極易流動、很快上浮，脫硫反應時間很短，脫硫後應及時扒渣，否則會回硫。

4.3預脫氧處理、球化處理及孕育處理

福士科390預處理劑在包内起到預脫氧處理的作用，同時增加石墨形核核心、增加單位面積石墨球數，還可以提高Mg的吸收率，大幅度提高抗衰退能力，提高球化率。福士科孕育劑含ω（Si） =60%~70%、ω（Ca）=0.4%~2.0%、ω（Ba）=7%~11%，其中Ba可以延長有效孕育時間。

選用福士科球化劑牌号為NODALLOY7RE，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%。由于鐵液經過了脫硫和預脫氧處理，鐵液中消耗球化劑的元素大量減少，因此選用了ω（RE）量低的球化劑，以減少RE對球狀石墨形态的惡化；起球化作用的元素主要是Mg；Ca和Al可以起到加強孕育的作用。

采用碳化矽和矽鐵聯合孕育處理，碳化矽的熔點在1600℃左右，并在凝固時增加石墨結晶晶核，采用大劑量的矽鐵孕育，可以防止球化衰退。

5、結論

生産鐵素體球墨鑄鐵，要求球化率達到90%以上時，可以采用以下措施：

(1)選用優質爐料，減少爐料中的反球化元素。

(2)選用ω（RE）量低的球化劑，減少RE對球狀石墨形态的惡化影響。

(3)原鐵液的ω（S）量應小于0.020%，這樣可以減少球化劑的消耗量，特别是硫化渣二次回硫所消耗的球化元素。

(4)對鐵液進行預脫氧處理，增加單位面積石墨球數，提高球化率，大幅度提高抗衰退能力，延長有效孕育時間。

(5)降低原鐵液中ω（Si）量，增加球化劑、孕育劑和各種預處理劑的加入量，強化孕育處理。

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