從生產(chǎn)實(shí)際談C含量與離心球鐵管幾類缺陷的關(guān)系

呂振強(qiáng)

（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司， 安徽　蕪湖　241002）

從生產(chǎn)實(shí)際談C含量與離心球鐵管幾類缺陷的關(guān)系

呂振強(qiáng)

（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司， 安徽蕪湖241002）

在離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)過(guò)程中抽取性能、金相以及內(nèi)外壁澆注質(zhì)量等異常試樣，并調(diào)取各試樣對(duì)應(yīng)光譜直讀成分，與正常試樣進(jìn)行對(duì)比分析，研究了C含量與縮孔縮松、組織白口化以及外觀等缺陷的關(guān)系。結(jié)果表明w（C）在3.7%～3.8%時(shí)其各類缺陷程度較小，中間性能合格率較高。

離心球墨鑄鐵管C含量縮孔縮松石墨形態(tài)組織白口化性能合格率

由于離心球墨鑄鐵管強(qiáng)度高、塑性好、耐壓、抗震能力大、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)且具有運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但在其生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些鑄造缺陷而影響其性能甚至判廢。對(duì)于離心球墨鑄鐵管的生產(chǎn)，在鐵水成分和設(shè)備等方面每個(gè)廠都有不同程度的差異，下面將結(jié)合蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司（后文簡(jiǎn)稱新興鑄管公司）生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)離心球墨鑄鐵管中普遍存在的縮孔縮松、組織白口化、內(nèi)壁澆注差等缺陷的產(chǎn)生、危害及預(yù)防進(jìn)行探究。

1　中間性能合格率

新興鑄管公司在生產(chǎn)檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鑄管中間性能的合格率不夠理想，抽取不合格性能試樣（如圖1所示），加工面可以看見(jiàn)明顯的縮孔縮松缺陷。另對(duì)新興鑄管公司離心球墨鑄鐵管插口金相試樣進(jìn)行日跟蹤后發(fā)現(xiàn)，每班一次插口金相試樣表面有不同程度的縮孔和縮松（如圖2所示）試樣占總數(shù)的比例較高，縮孔和縮松缺陷較為常見(jiàn)。

圖3、圖4為加工面上無(wú)明顯縮孔縮松的性能樣棒、表面無(wú)明顯縮松縮孔缺陷的金相試樣，表面光滑且中間性能優(yōu)良。針對(duì)以上問(wèn)題，試驗(yàn)隨機(jī)調(diào)取一個(gè)班中插口金相樣表面有縮孔縮松缺陷和無(wú)縮孔縮松缺陷所對(duì)應(yīng)的光譜直讀成分?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行了如下分組。

圖1　縮孔縮松出現(xiàn)在性能試樣加工面上

圖2　縮孔縮松出現(xiàn)在插口金相樣表面

圖3　加工面上無(wú)明顯縮孔縮松的性能樣棒

圖4　表面無(wú)明顯縮孔縮松的插口金相試樣

從下頁(yè)表1—表3看，各組成分主要差別在C含量，當(dāng)平均碳當(dāng)量為3.96%和4.45%時(shí)鑄件中均不會(huì)出現(xiàn)明顯的縮孔縮松缺陷。隨著碳當(dāng)量的增加，縮孔體積呈非直線性的增加，當(dāng)碳當(dāng)量達(dá)到4.2%時(shí)，縮孔體積最大，之后隨著碳當(dāng)量的增加縮孔體積逐漸減小[1]。表1—表3的結(jié)果與以上說(shuō)法基本吻合。

2　金相組織

下面將w（C）為3.29%和3.74%（金相樣表面均無(wú)明顯縮松縮孔缺陷）所對(duì)應(yīng)的金相照片進(jìn)行對(duì)比，如下頁(yè)圖5、圖6所示。

對(duì)照?qǐng)D5、6可以看出，w（C）為3.29%對(duì)應(yīng)的金相照片中石墨球少而粗大，w（C）為3.74%對(duì)應(yīng)的金相照片中石墨球多而細(xì)小。由于元素Ti過(guò)多會(huì)導(dǎo)致鐵水黏度增大（Ti易與鐵水中的C反應(yīng)生成TiC，而TiC熔點(diǎn)為3 150℃，熔點(diǎn)高不能熔化而以固體顆粒狀存在增加了鐵水的黏度）而使球墨鑄鐵中石墨球少而粗大，但對(duì)比表1、表2，前者對(duì)應(yīng)的Ti元素平均C含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.038%，后者對(duì)應(yīng)的Ti元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.040%，也就是說(shuō)對(duì)應(yīng)的金相照片中石墨球（w（C）為3.74%）多而細(xì)小的Ti元素含量反而稍高一點(diǎn)。由此說(shuō)明對(duì)石墨球的影響不是Ti元素的作用，而且當(dāng)微量元素Ti的含量不超過(guò)一定的上限值時(shí)，不會(huì)對(duì)球化造成影響。碳含量越高，析出的石墨球越多，球徑尺寸越小，圓整度越高[1]。而圖5、圖6的結(jié)果與此說(shuō)法是一致的。也就是說(shuō)，單從石墨形態(tài)而言，C含量高是有益的，但是C含量過(guò)高容易出現(xiàn)石墨漂浮。

表1　第一組插口金相表面無(wú)明顯縮孔縮松試樣所對(duì)應(yīng)主要成分　%

表2　第二組插口金相表面無(wú)明顯縮孔縮松試樣所對(duì)應(yīng)主要成分　%

表3　第三組插口金相表面無(wú)明顯縮孔縮松試樣所對(duì)應(yīng)主要成分　%

石墨漂浮也是石墨鑄造的一種常見(jiàn)缺陷之一，主要原因是含碳量過(guò)高所致，但在表二中（平均w（C）為3.74%）未見(jiàn)石墨漂浮。有研究資料稱石墨漂浮不僅與C含量過(guò)高有關(guān)，而且與微量元素（特別是Bi元素的含量）、澆注溫度及鑄件厚度等也有關(guān)系。也就是說(shuō)我們可以通過(guò)控制C和Bi的綜合含量來(lái)控制石墨漂浮的出現(xiàn)[2]。

圖5　w（C）=3.29%的試樣金相組織

圖6　w（C）=3.74%的試樣金相組織

控制C含量相對(duì)高可以抑制滲碳體的生成，防止組織白口化而惡化鑄件性能。因此，采用相對(duì)高碳量的鐵水是有益的[3]。

3　內(nèi)外壁澆注質(zhì)量

由于球墨鑄鐵的粥樣凝固過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹收縮現(xiàn)象，特別是在C含量相對(duì)高的情況下，凝固后的膨脹收縮量會(huì)更大，甚至使鑄管內(nèi)表面起皮，造成內(nèi)壁質(zhì)量差而給后續(xù)涂襯水泥砂漿工序帶來(lái)困難（水泥砂漿內(nèi)襯無(wú)法完全覆蓋）。因此，作者跟蹤了w（C）為3.74%鑄管的內(nèi)壁情況，管子內(nèi)壁雖較粗糙但未見(jiàn)凸起及起皮現(xiàn)象，內(nèi)壁粗糙可以提高水泥砂漿的附著力，特別是對(duì)有輕度橢圓而使涂襯難度大的管子來(lái)說(shuō)，內(nèi)壁較粗糙是有益的；另外，C含量相對(duì)高對(duì)鑄管外表面氣孔也有很好的抑制作用。

4　廢鋼加入對(duì)鑄管質(zhì)量的影響

由于高爐鐵水的C相對(duì)較高，通常要通過(guò)加入廢鋼來(lái)調(diào)節(jié)球墨鑄鐵所用鐵水的C含量，但由于廢鋼的純凈度難以測(cè)量和掌握，加入廢鋼常常會(huì)使鐵水純凈度下降，不僅使得所生產(chǎn)鑄管產(chǎn)生更多的缺陷（諸如球化衰退、氣孔等），而且大大地增加了生產(chǎn)成本。因此，保持球鐵液相對(duì)高C含量，減少?gòu)U鋼加入較為經(jīng)濟(jì)。

5　結(jié)論

1）適量調(diào)整和控制C含量，可使鐵液流動(dòng)補(bǔ)縮能力強(qiáng)，縮孔縮松缺陷較少，鑄管中間性能合格率高。

2）為使組織石墨球圓整密集而不至于出現(xiàn)石墨漂浮，提高組織性能，應(yīng)將C含量控制在相對(duì)較合理的范圍。

3）球墨鑄鐵管內(nèi)外壁質(zhì)量受鐵液C含量影響較大。

4）選擇相對(duì)高C量可以減少因加入過(guò)多廢鋼而帶來(lái)的諸多不良影響。

5）綜合考慮，選擇球墨鑄鐵管所用鐵液目標(biāo)w（C）在3.7%～3.8%較好。

[1]吳德海，錢立，胡家驄.灰鑄鐵球墨鑄鐵及其熔煉[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006：122-123.

[2]姜海峰.談球墨鑄鐵缺陷研究[J].散裝水泥，2004（3）：50-51.

[3]郝石堅(jiān)，宋緒丁.球墨鑄鐵[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014：25-26.

（編輯：趙琳琳）

Discussion on Defects between Carbon Contents and Centrifugal Nodular Iron Pipe Based on Production

LV Zhenqiang
（Xinxing Cast Tube Co.，Ltd.，Wuhu Anhui 241002）

The performance，metallographic and internal and external wall casting quality abnormal samples were extracted from the process of centrifugal ductile iron pipe production，and obtained the corresponding sample spectra direct reading ingredients.Compared with the normal sample，this paper studied the carbon content and shrinkage cavity defects such as shrinkage，organization chilling and appearance.The results showthat w（C）was 3.7%～3.8%with the lowlevel of defects and performance qualified rate was higher in the middle.

centrifugal nodular iron pipe，carbon content，shrinkage cavity and porosity，graphite form，white level，conformance ration in properties

TG249.2

A

1672-1152（2016）04-0044-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.15

2016-06-08

呂振強(qiáng)（1987—），男，助理工程師，主要從事離心球墨鑄鐵管的生產(chǎn)研究工作。