铸钢技术

铸钢件的制造技术（一）作者：不明 转贴自：铸造之家 点击数：1016您要打印的文件是：铸钢件的制造技术（一）打印本文四、铸钢的熔炼铸钢的熔炼一般采用平炉，电弧炉和感应炉等。

平炉的特点是容量大、可利用废钢作原料、能准确控制钢的成分并能熔炼优质钢及低合金钢，多用于熔炼质量要求高的、大型铸钢件用的钢液。

三相电弧炉的开炉和停炉操作方便，能保证钢液的成分和质量、对炉料的要求不甚严格、容易升温，故能炼优质钢、高级合金钢和特殊钢等，是生产成型铸钢件的常用设备。

此外，采用工频或中频感应炉，能熔炼各种高级合金钢和碳含量极低的钢。

感应炉的熔炼速度快、合金元素烧损小、能源消耗少、且钢液质量高，即杂质含量少、夹杂少，适于小型铸钢车间采用。

近十多年来，生产清洁钢一直是各国铸钢业界广泛关注的问题，为进行这方面的研究，花费了可观的时间、金钱和人力。

对于铸钢业界，生产清洁钢的含义是：加强脱氧和防止出钢和浇注过程中的二次氧化，从而减少钢中和铸件表面上的氧化物夹杂。

说起来，这是个老问题，搞铸钢的谁都知道，但实际上大多数同仁对此并无切实的认识和了解。

据国外所作的统计分析，铸钢件的直接生产成本中，表面清理费用约占20%，其中，大部分是用于清除和焊修氧化夹杂缺陷的。

美国铸钢研究学会（SFSA）自1985年起进行了大量研究工作，从各类铸钢件（包括碳钢件、低合金钢件和中高合金钢件）中取样500件以上，作研究分析，结果表明：铸钢件表面上的宏观夹杂的来源如下：l83%是由于钢液脱氧不好和二次氧化；l14%来自造型材料；l2%来自炉渣；l1%来自耐火材料。

因此，铸钢件表面上形成宏观氧化物的主要原因是钢的清洁度不够好。

从而，铸造用钢的清洁度，可用每吨铸件表面上需清除的宏观夹杂物的体积来衡量，也可以用每吨铸件修补所用的焊条量来衡量。

当然，钢中微观夹杂物的数量，形态及分布状况也与其清洁度相关，但其影响较小。

在许多铸钢厂现场所作的调查表明：不同炉次之间的铸件，每吨铸件修补所需的焊条量差别很大；同一炉次所浇注的铸件，从最先浇注的到最后浇注的，每吨铸件的焊条用量差别不大。

而且，铸件上宏观夹杂物多的炉次约占20~25%。

这说明：熔炼方面容易失控的变数较多，而浇注过程中的变数较少。

铸钢件中也会含有其他杂质，如硫化物和氮含量等，但是，钢中的氮含量可以通过脱碳沸腾可靠地加以控制，碱性炉炼钢控制含硫量也不成问题，而且钢中硫化物的情况也与脱氧有关。

因此，加强脱氧和防止二次氧化是当前铸钢业界所面对的重大问题之一。

一． 钢的脱氧使钢脱氧方法很多，所用的脱氧剂也不一而足，这里只谈及主要的脱氧作业，即最终脱氧。

1．铝脱氧由于铝的脱氧能力强，对钢中FeO的溶有量影响很大，影响钢中铁-氧-硫三元素的平衡，因而对钢中硫化物的数量、形态及分布状况都有很大的影响。

在炼钢温度下，氧化物和硫化物在钢中都有一定的溶解度，在钢液凝固过程中，因氧化物和硫化物溶解度的变化，会按一定的规律析出非金属夹杂物。

所以，钢中的非金属夹杂物并不都是混杂在钢中的异物。

只用硅-锰脱氧，或加铝量很少，钢中残留铝量极低时，钢中溶解的氧较多。

此时，硫化物的溶解度下降，在钢液凝固初期，就有硫化物或以硫化物为主的硫氧复合化合物析出。

这样形成的硫化夹杂物是较大的、分布不规的近球形夹杂物，即第I类硫化物夹杂。

这类夹杂物对钢的韧性影响很小。

但是，在此种条件下，铸件中的晶粒粗大，而且很难避免气孔、针孔等疵病。

实际上，此种工艺是不可取的。

加铝量较多，钢中残留铝量为0.01-0.03%时，钢中氧的溶有量很低，硫化物在钢中的溶解度增大，不在钢液的凝固初期析出，而在稍后钢液温度进一步下降后，以硫化物与铁的共晶形式析出，分布在晶界上，呈连续网状，即第II类硫化物夹杂。

在此情况下，钢的韧性显著下降。

此种工艺也不可取。

加铝量够多，钢中残留铝量在0.04%以上时，铝会和硫生成Al2S3。

Al2S3又与硫化铁（锰）形成复合硫化物，其在钢中的溶解度很低，在钢的凝固初期析出。

这种情况下，硫化物是尺寸较大、形状不太圆、分布也不规则的夹杂物，即第I II类硫化夹杂物。

这种夹杂物对钢的韧性影响也不大。

钢终脱氧所用的铝量，是考虑其脱氧效果和对硫化物的影响而确定的。

不加铝则钢不能完全脱氧；加铝量太少，则钢既不能有效地脱氧，又不能细化晶粒；加铝量多，但不超过每吨钢0.7kg，则有招致第II类硫化物的危险。

因此，作为最终脱氧剂的铝，用量一般是每吨钢0.8~1.2kg。

从前面谈到的几点，对加铝量下限（每吨钢0.8kg）的确定是不难理解的。

那么，铝既然是很好的脱氧剂，多加些岂不更好？为什么要规定加入量的上限呢？第二次世界大战初期，发现有的铸钢件在调质（淬火加回火）后脆断，断口为石状或冰糖状。

由于其后果是灾难性的，立即成为研究的课题。

起初还以为是氢脆，到1947年才确认此种缺陷的主要原因是氮化铝析出。

AlN可以溶于钢液，在铸钢件凝固的后期，在较低的温度下沿晶界析出呈网状，致使铸件脆断。

由于铝的脱氧效果好，铸钢厂为确保铸件不出气孔，随意多加的事是十分常见的。

同时，电弧炉炼的钢含氮量较高，一般为100ppm左右，如脱碳沸腾作业不佳，还会高于此值。

在钢中残留铝量高、含氮量高的情况下，铸件就易于发生石状断口脆断。

我国的铸钢厂中，这种情况也并不鲜见。

因此，严格控制加铝量的上限，是十分必要的。

在这里顺便还要说一说，发生石状断口脆断并不只限于经调质处理的低合金钢铸件，经正火、回火的马氏体不锈钢铸件也可出现，还有报道说，低碳钢铸件也发生过此种脆断。

此外，虽然AlN析出是造成石状析口脆断的主要原因，但也不是唯一的原因，沿晶界析出的硼化物，碳化物或硫化物也都可以使铸件发生脆断。

脆断总与晶界缺陷有关。

每一家铸钢厂都要在炼钢时加铝，也都会加铝。

但是，如果问加铝的工艺是否妥当？加铝的收得率是否稳定？恐怕会有不少的铸钢厂难以回答。

铝的密度不及钢液的1/2，在炉中加铝，除采用插入方式外，容易裹在钢渣中不易与钢液作用。

如果所用的铝块大小不一，就更难有稳定的效果。

为了严格控制钢中残留铝量，国外有的铸钢厂不用铝而用含Al3 5%左右的铝铁合金。

铝铁合金的密度约为6.15g/m3，比钢渣的密度高，与钢液的密度相近。

虽成本略高，但脱氧效果好而且稳定。

2．复合脱氧剂脱氧到目前为止，铸钢厂所用的复合脱氧剂，都以硅和钙为主要成分。

60多年以前，就有人注意到钙在钢中的脱氧作用。

钙在钢中溶解度很小，但它与氧、硫的亲和力都很强。

在钢的脱氧过程中，钙和铝有互补增益的共同作用，很像硅和锰的共同作用。

氧化钙可以和氧化铝复合成易熔的铝酸钙，甚至在src=UploadFiles/20075895621355.gif炼钢温度下可以是液相，见附图。

740)this.width=740 border=undefi ned>附图CaO-AL2O3相图铸钢件的制造技术（二）作者：不明 转贴自：铸造之家 点击数：890您要打印的文件是：铸钢件的制造技术（二）打印本文合金Ca Si Ba Al Fe 国外常用的硅钙合金28-32 60-65 -- -- -- 硅-钙-钡合金（Calsibar） 14-17 57-62 14-18 -- <5 硅-钙-钡-铝合金（Hypercal）10-13 38-40 9-12 19-21 <7 我国硅-钙-钡-铝合金（YB/T067-1995） ≥12≥9≥6 ≥30 ≥35 ≥40 ≥9 ≥9≥ ≥12 ≥16 ≥12 ≥8--很低。

在此情况下，注意以下几点，并严格工艺控制，就可能有较明显的效果。

首先，要保证钢液脱氧良好，国外铸钢厂出钢前钢渣中的FeO含量要求在0.5%以下。

目前我国多数铸钢厂渣中FeO含量都在1%以上，能达到0.8%的为数不多。

近期内应努力做到渣中FeO不超过0.5%。

这不需要搞技术改造，也无需投资，只要求敬业和认真。

其次是要严格控制碳钢和低合金钢中的硅含量在0.5%~0.6%的水平，以保证钢液有防止二次氧化的脱氧余力。

不少铸钢厂至今还按含硅0.17%~0.37%或0.2%~0.4%的要求生产，这样的标准早已过时，并已废止了。

最终脱氧用的铝，块度应有要求，加入量和加入方法应严格控制。

3．钢包中加钙补充脱氧目前，在钢包中加钙补充脱氧是最有较的克服二次氧化影响的措施之一，但所用的含钙材料和加入方法至关重要。

国外不少铸钢厂试用过在钢包中加CaC2，效果都不好。

也有铸钢厂在出钢时，将硅钙合金投入钢液，由于合金漂浮在表面，收得率很低。

在包中加硅钙合金，则合金浮在钢渣表面。

最有较的方法是喂丝法。

用铁皮包裹的硅钙粉通过钢渣插入钢液中，不到3秒钟硅钙合金就可熔化于钢液中。

钙在钢中的作用，前面已经谈过。

每吨钢的加钙量约为0.3kg。

国外铸钢厂采用喂丝法后，铸件上的宏观夹杂缺陷平均减少4 0%。

4．钢包中用等离子弧精炼在钢包上方装一中间有小孔的石墨电极，出钢后，使电极与钢液间产生电弧，再自电极中心的孔吹入氩气以产生等离子弧，并使之稳定。

同时，自钢包底部的多孔塞吹入氩气搅拌钢液，使之脱氧。

氩气的流率可调。

搅拌速率较高，则有利于均匀温度并脱S；低速搅拌，则使钢液中的夹杂物上浮。

等离子弧的极性也是可变的，负极性用于加热钢液和钢渣；正极性则用于脱氧和脱硫。

因此种装置。

可使钢液中含氧量很低，脱硫效果也好，可得到非常清洁的钢。

与酸性电弧炉配用，可使钢液的品质达到碱性炉钢的水平。

后期，还可用喂丝法加钙，以控制硫化物和夹杂物的形态。

此种方法，小型铸钢厂不宜采用。

5．氩气保护工艺尚待探索钢液被二次氧化，主要是因其暴露于大气中的氧，因而自然会想到用氩气予以保护。

氩的密度高于空气，有可能使其处于钢液和大气之间，形成保护气氛。

由于铸钢厂出钢和浇注的情况复杂，国外不少铸钢厂试用过多种多样的氩气保护方法，如浇注时用氩气保护钢流、在包中用氩气覆盖钢液、直接向钢液表面吹氩等。

但是，迄今为止还未找到经济而有效的屏蔽方法，这方面尚有待进一步探索。