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國(guó)內(nèi)普通球墨鑄鐵鑄件的球化級(jí)別要求達(dá)到4級(jí)以上，（即球化率70%，）一般鑄造廠達(dá)到的球化率為85%左右。近年來(lái)，隨著球墨鑄鐵生產(chǎn)的發(fā)展，尤其是在風(fēng)電鑄件生產(chǎn)和鑄件質(zhì)量要求較高的行業(yè)，要求球化級(jí)別達(dá)到2級(jí)，即球化率達(dá)到90%以上。筆者公司通過(guò)對(duì)QT400-15原采用的球化、孕育處理工藝以及球化劑、孕育劑進(jìn)行分析、改進(jìn)，使球墨鑄鐵的球化率達(dá)到了90%以上。
1、原生產(chǎn)工藝
原生產(chǎn)工藝：熔煉設(shè)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(jìn)行球化處理，然后加入孕育劑，再補(bǔ)加其余鐵液。由于球化、孕育采用傳統(tǒng)的方式，用25 mm厚的單鑄楔形試塊檢測(cè)得到的球化率一般在80%左右，即球化級(jí)別3級(jí)。
2、提高球化率的試驗(yàn)方案
為提高球化率，對(duì)原來(lái)的球化和孕育處理工藝進(jìn)行了改進(jìn)，主要措施是：增大球化劑和孕育劑加入量、凈化鐵液、脫硫處理等。球化率仍然采用25 mm的單鑄楔形試塊進(jìn)行檢測(cè)，具體方案如下：
（1）分析原工藝球化率偏低的原因，曾認(rèn)為是球化劑用量較少，故將球化劑加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%，但球化率并未達(dá)到要求。
（2）另一種猜測(cè)是認(rèn)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(yàn)加大孕育劑量，由0.7%~0.9%增加到1.1%，球化率亦未達(dá)到要求。
(3)繼續(xù)分析認(rèn)為鐵液夾雜較多、球化干擾元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而對(duì)鐵液進(jìn)行高溫凈化，高溫凈化溫度一般控制在1 500±10℃，但其球化率仍未突破90%。
(4) ω（S）量高嚴(yán)重消耗球化劑量并加速球化衰退，因此增加脫硫處理，將原鐵液ω（S）量從原來(lái)的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也只達(dá)到86%。
以上4種方案的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，楔形試塊的組織和力學(xué)性能均未達(dá)到要求。
3、后采用的改進(jìn)方案
3.1具體改進(jìn)措施
原材料采用生鐵、無(wú)銹或少銹的廢鋼和回爐料；對(duì)原鐵液進(jìn)行爐外加純堿（Na2CO3）脫硫；采用福士科390預(yù)處理劑在包內(nèi)進(jìn)行預(yù)脫氧處理；采用福士科球化劑進(jìn)行球化處理；采用碳化硅和硅鐵聯(lián)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(dāng)原鐵液ω（S）量超過(guò)0.02%時(shí)，采用工業(yè)用純堿進(jìn)行爐前脫硫處理，因脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，要求脫硫溫度控制在1500℃左右，純堿加入量根據(jù)爐前熔清時(shí)的ω（S）量高低控制在1.5 % ~2.5 %。同時(shí)，球化處理包采用普通的堤壩式處理包，首先把福士科NODALLOY7RE牌號(hào)球化劑1.7%加入包底堤壩一側(cè)，扒平壓實(shí)，用0.2%的粉末狀碳化硅和0.3%的小塊狀75SiFe先后覆蓋一層，搗實(shí)后用壓鐵蓋上，在鐵液包的另一側(cè)加入0.3%的福士科390孕育劑。出鐵時(shí)首先沖入總鐵液量的55%~60%，待球化反應(yīng)完畢后，加入1.2%的75SiFe-C孕育劑后沖入剩余鐵液，扒渣澆注。
3.2試驗(yàn)結(jié)果
原鐵液脫硫前后的的成分見(jiàn)表2、表3，25mm單鑄楔形試塊對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能和金相組織見(jiàn)表4，金相組織中球化率的評(píng)定方法采用金相圖像分析系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)。
4、結(jié)果分析
4.1主要元素對(duì)球化率的影響
C、Si： C能促進(jìn)石墨化，減少白口傾向，但ω（C）量高會(huì)使CE過(guò)高而容易產(chǎn)生石墨漂浮，一般控制在3.7%~3.9%。Si能加強(qiáng)石墨化能力，消除滲碳體。Si以孕育劑的方式加入時(shí)，可大大降低鐵液的過(guò)冷能力。為了提高孕育效果，原鐵液的ω（Si）量從原來(lái)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(jié)晶過(guò)程中，Mn增加鑄鐵的過(guò)冷傾向，促進(jìn)形成碳化物(FeMn) 3C。在共析轉(zhuǎn)變過(guò)程中，Mn降低共析轉(zhuǎn)變溫度，穩(wěn)定并細(xì)化珠光體。Mn對(duì)球化率沒(méi)有太大的影響。因受原材料的影響，一般控制ω（Mn）<0.30%。
P：當(dāng)ω（P）<0.05%時(shí)固溶于Fe，難以形成磷共晶，對(duì)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(yīng)時(shí)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(huì)在鐵液凝固之前回硫，再次消耗球化元素，加快球化衰退，進(jìn)一步影響球化率。為了達(dá)到高的球化率，應(yīng)該使原鐵液的ω（S）量降低到0.02%以下。
4.2脫硫處理
當(dāng)爐料熔清后，取樣分析化學(xué)成分，當(dāng)ω（S）量高于0.02%時(shí)要進(jìn)行脫硫處理。
純堿脫硫的原理為：將一定量的純堿置于澆包內(nèi)，利用鐵液流沖入而攪拌，純堿在高溫下分解，反應(yīng)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(dòng)，促進(jìn)脫硫過(guò)程進(jìn)行。純堿渣極易流動(dòng)、很快上浮，脫硫反應(yīng)時(shí)間很短，脫硫后應(yīng)及時(shí)扒渣，否則會(huì)回硫。
4.3預(yù)脫氧處理、球化處理及孕育處理
福士科390預(yù)處理劑在包內(nèi)起到預(yù)脫氧處理的作用，同時(shí)增加石墨形核核心、增加單位面積石墨球數(shù)，還可以提高M(jìn)g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(zhǎng)有效孕育時(shí)間。
選用福士科球化劑牌號(hào)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(jīng)過(guò)了脫硫和預(yù)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(duì)球狀石墨形態(tài)的惡化；起球化作用的元素主要是Mg；Ca和Al可以起到加強(qiáng)孕育的作用。
采用碳化硅和硅鐵聯(lián)合孕育處理，碳化硅的熔點(diǎn)在1600℃左右，并在凝固時(shí)增加石墨結(jié)晶晶核，采用大劑量的硅鐵孕育，可以防止球化衰退。
5、結(jié)論
生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵，要求球化率達(dá)到90%以上時(shí)，可以采用以下措施：
(1)選用優(yōu)質(zhì)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(duì)球狀石墨形態(tài)的惡化影響。
(3)原鐵液的ω（S）量應(yīng)小于0.020%，這樣可以減少球化劑的消耗量，特別是硫化渣二次回硫所消耗的球化元素。
(4)對(duì)鐵液進(jìn)行預(yù)脫氧處理，增加單位面積石墨球數(shù)，提高球化率，大幅度提高抗衰退能力，延長(zhǎng)有效孕育時(shí)間。
(5)降低原鐵液中ω（Si）量，增加球化劑、孕育劑和各種預(yù)處理劑的加入量，強(qiáng)化孕育。
