大型ダクタイル鋳鉄の特殊な問題を解決する方法

公開時間： 06 / 28 2021 著者：サイト編集者訪問：13413

大型ダクタイル鋳鉄部品には、大型ディーゼルエンジンブロック、大型ホイールハブ、大型ボールミルエンドカバー、高炉冷却ステーブ、大型圧延機フレーム、大型射出成形機テンプレート、大型蒸気タービンベアリングシート、風力発電設備のホイールハブや原子力発電設備のベースや廃棄スラグタンクなど。これらのコンポーネントには、規格で指定されている機械的特性に加えて、風力発電に必要な低温衝撃強さなど、いくつかの特別な性能要件もあります。鋳物、および核スラグタンクのための多くの追加の特別な受け入れ基準。したがって、これらの鋳物の製造は事前に慎重に検討する必要があります。

1）最初に考慮すべきことは、サウンド、密度、および適格なサイズの鋳造を取得する方法です。

大型の球状黒鉛鋳鉄部品を製造する技術的プロセスは、スケールの選択とフラスコの設計が球状黒鉛鋳鉄部品の特性に応じてわずかに変更されている限り、基本的にねずみ鋳鉄部品のプロセスと同じです。鉄。

2）次に、大型ダクタイル鋳鉄の共通特性について、対応する作業を行う必要があります。

大規模なダクタイル鋳鉄の共通の特徴は、それらが非常に重いことです。それらのほとんどはフェライトマトリックスを必要とし、機械的特性は標準データを満たす必要があり、低温衝撃性能要件が追加されることもあります。

大型ダクタイル鋳鉄の製造における特別な問題

大規模なダクタイル鋳鉄部品の冷却速度が遅いため、共晶凝固期間は数時間にもなります。この期間中に、ダクタイル鋳鉄の主要な構造が形成されます。そのため、大断面ダクタイル鋳鉄や大規模ダクタイル鋳鉄部品に特有の一連の問題が発生します。：ノジュラーインクの数が少ない、ノジュラーインクの直径が大きい、ノジュラーインクの歪み、グラファイトの浮遊、化学組成の偏析、結晶間炭化物、チャンキーグラファイト（チャンキーグラファイト）など。これらの問題は長い間注目されてきました。形成メカニズムは統一されていませんが、特定の問題を解決するための予備的な措置が講じられています。

もうXNUMXつの重要な質問は、低温衝撃靭性の要件をどのように満たして解決するかです。問題の一致は、これらXNUMXつの問題を解決するための方向性と対策がほぼ同じであるということです。

大型ダクタイル鋳鉄の固有の問題を解決する方法

1）凝固を促進するための強化された冷却

断片化されたグラファイトの原因については、一般的に受け入れられているXNUMXつの理論があります。XNUMXつは回転楕円体グラファイトの破砕によって引き起こされます。もうXNUMXつは、特定の合金元素、特にCeとLaの熱流または偏析により、オーステナイトシェルの安定性が低下することです。回転楕円体インクの成長パターンが変化して形成されます。理論または理論に関係なく、共晶段階での凝固時間が長すぎる（つまり、冷却が遅い）ことが、断片化されたグラファイトの形成の直接的かつ客観的な要因であることは確かです。したがって、どのような方法を採用しても、凝固段階の時間を短縮できれば、黒鉛の破片の発生を効果的に防ぐことができる。

また、回転楕円体のインクの歪みには臨界冷却速度（0.8℃/分）があることも文献で指摘されています。グラファイトの歪みは急激なプロセスである場合があるため、冷却を加速し、凝固時間を短縮し、特に共晶段階の凝固時間を短縮することで、共晶凝固段階を2時間未満に短縮する方法を見つけます。これは大きな効果があります。この原則には多くの対策があります。強制冷却。金属タイプの吊り砂; 冷鉄の使用など。

冷鉄の高い熱伝導率、特に強力な蓄熱能力は、適用できる強力な手段であると広く考えられています。グラファイトの熱伝導率は砂を載せた冷鉄よりも高い（それぞれ45W / m•℃と17W / m•℃）が、蓄熱能力は冷鉄よりも低い。強制冷却がある場合は、比較のためにグラファイトを使用します。適切。大型または特大のダクタイル鋳鉄の場合、強制冷却は依然として強力な手段です。一般に、空冷、ミスト冷却、または水冷の装置を使用でき、液体窒素冷却でさえ、鋳物の凝固速度を加速するために使用することができます。データによると、20 tグレードのダクタイル鋳鉄使用済みコンテナ鋳造が固化すると、熱伝達効果は次のようになります。金属タイプの熱吸収が58％、グラファイトと砂型（コア部分）の熱吸収が3.5％、砂型と他のデバイスは部分的に熱を吸収します。熱が3.5％を占め、水冷熱伝導が3.5％を占めました。金型は鋳造物の熱の50％以上を伝導できますが、コア部分はほとんど熱を伝達しないことがわかります。明らかに、強制冷却が必要です。

2）プロセス技術を改善する

（1）原材料の厳選

高品質の大型ダクタイル鋳鉄部品を製造するためには、どのように炉装入量を選択するかは価値があります。原材料の干渉要素はできるだけ低くする必要があります。銑鉄の供給源、スクラップ鋼の種類、および再炭化装置の選択には特別な注意を払う必要があります。

（2）化学組成設計

CEは高すぎてはいけません（4.2％〜4.3％）。w（C）が3.6％〜3.7％の場合、w（Si）は1.8％〜2.0％と低くなければなりません。さらに、w（Mn）<0.3％、w（P）およびw（S）も厳しく制限する必要があります。特別な場合を除いて、合金は一般的に使用されないため、スクラップ鋼を厳選する必要があります。

低いw（Si）を達成する必要があります。そうしないと、断片化したグラファイトが簡単に現れ、低温性能が要件を満たしません。問題は、低いw（Si）または低いw（Si）と発生する病気にあります。日本の100トン使用済燃料容器の組成は、w（C）3.6％、w（Si）2.01％、w（Mn）0.27％、w（P）0.025％、w（S）0.004％、w（ Ni）0.78％、w（Mg）0.065％。

（3）二重製錬を選択する

二重製錬は、キューポラ溶鉄の強力な核形成能力と電気炉の高い熱効率を十分に発揮することができます。溶銑は高温で排出する必要があり、可能な場合はSを除去することができ、電気炉内での時間が長すぎないようにする必要があります。球状化温度は状況に応じて決定され、高すぎたり低すぎたりすることはできません。

著者は、時間がかかりすぎるため、大きなピースの球状化にフラッシング法を使用しないことを提唱しています。少なくともカバー方式、好ましくは特殊方式またはシルクフィード方式を使用してください。シルクは固定された場所で供給され、肥沃なシルクと一緒に供給することもできます。一般的に使用される球状化剤は使用しないでください。重希土類球状化剤と軽希土類球状化剤を混合するのが最善です。球状化剤を使用する場合、w（Mg）6％およびw（RE）1.0％〜1.5％で十分です。銑鉄が比較的純粋な場合、w（RE）0.5％〜1.0％も許容されます。ワイヤ送給法を使用する場合は、w（Mg）量の多い球状化剤を使用できますが、Caが少なく、w（RE）は低くする必要があります。

注湯温度は高すぎないように適切（1300〜1350℃）にする必要があります。そうしないと、液体の収縮が大きくなりすぎます。中速注入には分散インナーランナーを使用し、ダクタイル鋳鉄の自己供給に黒鉛化膨張を最大限に活用するために、可能な限り高剛性の金型を使用することをお勧めします。、ライザーへの負担を軽減し、鋳物の内部のコンパクトさを確保します。

（4）妊娠の問題に注意を払う

接種は最も重要な技術的手段のXNUMXつです。この問題を解決することによってのみ、問題なく低w（Si）含有量を確保し、低温性能を確保することができます。接種の問題は、接種剤と接種治療方法の選択に他なりません。 Ba含有剤（ねずみ鋳鉄および低Caに対してはSr含有剤がより効果的）、グラファイト含有接種剤、または接種剤中のRESiFeの適切な混合物など、接種時間が長い接種剤を選択できます。。

現在、多くの企業が自作の接種剤を持っており、私は彼らがこの原則に従っていると思います。要するに、インキュベーションは「遅らせる必要がありますが、瞬時に」、効果が良いだけでなく、投与量を大幅に減らすことができます。治療中の被覆などの古い方法は効果が非常に低いですが、w（Si）は低下します。ここでの問題は、w（Si）が低く、効果が良好である場合、唯一の解決策は方法を変更することであるということです。事実は、w（Si）の2.0％が達成可能であることを証明しており、成功の兆候は、グラファイトをどんどん小さくする必要があるということです。小さければ、球状化率は高くなります。小さければセメンタイトは生成されません。小さければ、偏析の程度は軽くなります。大型部品の場合、黒鉛球数が200個/ mm2以上、サイズが5〜6であれば、当然、球状化率やフェライト量は問題になりません。一言で言えば、グラファイトと戦い、より小さく、より多くのグラファイトを目指して努力する主な方法は、接種によるものです。 w（Si）が低く、遊離セメンタイトがないため、常温・低温での塑性・耐衝撃性が受けやすい。大きな鋳物の場合、注入カップで大規模な接種プロセスを実行し、ランナーに接種ブロックを配置するのは簡単です。問題は、正しい概念がなければならないということです。

（5）合金および微量元素の利用

特大のダクタイル鋳鉄鋳物での使用を検討できる唯一の合金元素は、その独特の効果のためにNiです。技術的な観点からは、w（Ni）<1％が有益ですが、それが使用されるかどうかは、特定の状況と経済的考慮事項に依存します。

マイクロエレメントは、BiとSbの大きなアイテムで成熟した使用経験があります。 w（Bi）0.008％〜0.010％を加えると、w（RE）/ w（Bi）= 1.4〜1.5の比率になり、ボールの数が増えると考えられます。グラファイトの破片のリスクを減らすことは有益です。 Sbは、厚くてかさばる部品にも使用できます。パーライトの量が増えると考える人もいますが、フェライト系ダクタイル鋳鉄に使用する人もいます。量に問題があるかもしれませんし、50ppmの量でも問題ありません。周智陽教授はかつて、w（Sb）0.005％〜0.007％を使用すると、溶鉄中の過剰なTiとREの悪影響を抑制することができると指摘しました。

BiとSbの添加の役割とメカニズムに関する業界の意見はまだ統一されていませんが、Niの添加についてはコンセンサスが形成されています。

（6）前処理の役割は重要です

球状化の前に球状黒鉛鋳鉄原液を黒鉛前処理剤で前処理すると、鋳物の品質が向上し、安定するというプラスの効果があります[3]。以下の方法：

組成を調整した後[前処理はw（C）を0.2％増加させます]→de-S→電気炉に戻します→0.2/0.25容量を追加したときに前処理剤を1％から4％追加します→電気炉に戻り、その後、温度を1〜470℃に少し上げます→球状化処理→接種処理（ウルトラシードあり）→注入。

（7）クレーター防止剤QKSの使用

発明者は、球状インクの中心に１μｍの異物があり、二重層コアを形成していると考えている。内層はMgS、CaS（1μm）、外層はMgO、SiO、ケイ酸塩です。したがって、本発明者は、接種剤に一定量のＯおよびＳを添加して、接種剤中の金属元素と結合して、より多くの硫化物および酸化物を生成し、それにより、より多くのグラファイトコアを形成し、それにより、Ｃａ、ＣｅおよびＳ、Ｏのフェロシリコン接種剤を生成する。この接種剤は、グラファイト球の数を大幅に増やすことができ、結晶化の後期に沈殿し、後期の黒鉛化膨張は、固化の後期の収縮を効果的に相殺することができます。特に、局所的な熱間接合部の収縮気孔率に対してより効果的です[0.5]。実験で指摘されたのは、4〜5 mmの段付きテストブロックの場合、SrSiFeを使用すると、グラファイトボールが40 / mm300から2 / mm150に減少することです。 Ca-Ce-OS剤を使用した場合、黒鉛球の数は肉厚の影響を受けません。 BaSiFeおよび2SiFeと比較。クロステストブロックのホットジョイントの収縮欠陥は、Ca-Ce-OS剤にはないのに対し、BaとSrを含む接種剤のある断面のホットジョイントに収縮穴があることを示しています。

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