El estado actual y el desarrollo del hierro fundido nodular y el agente esferoidizante

Han pasado 52 años desde la llegada del hierro dúctil y su rápido desarrollo es sorprendente. Incluso en la recesión económica, el hierro dúctil todavía se está desarrollando. Algunas personas llaman al hierro dúctil un ganador en una retirada inapropiada, señalando: Debido a su alta resistencia, alta tenacidad y bajo precio, el hierro fundido todavía ocupa una posición importante en el mercado de materiales. Aunque la producción total de fundición de acero ha disminuido en los últimos años, la producción de hierro dúctil no ha disminuido. La aparición del hierro dúctil Ao-Bei Mejora la posición competitiva del hierro dúctil.

El estado de producción e investigación del hierro dúctil

3.1 Hierro dúctil convencional

En la actualidad, el hierro dúctil convencional, es decir, el hierro dúctil a base de ferrita y perlita, todavía representa la mayor parte de la producción de hierro dúctil. Por lo tanto, se debe prestar atención a mejorar el rendimiento y la calidad del hierro dúctil convencional para mantener la posición competitiva del hierro dúctil. Jugó un papel importante.

3.2 Fortalecer el control de los elementos que afectan la calidad del hierro dúctil

La estructura y propiedades del hierro dúctil dependen de la composición y las condiciones de cristalización del hierro fundido y de la calidad del agente esferoidizante utilizado. Se cree que para asegurar las propiedades mecánicas del hierro dúctil, se deben considerar el espesor de pared específico, la temperatura de vertido, el agente esferoidizante utilizado y el tratamiento esferoidizante de la pieza fundida. La optimización de los parámetros de proceso y enfriamiento y las medidas efectivas de descarga de escoria están estrictamente controladas, y la reducción adecuada del equivalente de carbono, la aleación y el tratamiento térmico son medidas efectivas para mejorar el hierro dúctil.

3.3 Controlar eficazmente la producción de hierro dúctil ferrítico y hierro dúctil esferoidal

Los principales elementos que controlan la matriz de hierro dúctil son la composición del hierro fundido, el tipo de agente esferoidizante e inoculante utilizado, el método de adición y las condiciones de enfriamiento. La composición del hierro dúctil ferrítico recién fundido es ligeramente hipereutéctica. El carbono es un poco más alto, pero no flota el grafito. El contenido de silicio es ligeramente más bajo. El contenido de silicio del inoculante debe ser inferior al 3%. Cuanto menor sea el manganeso, mejor. Mn <0.04%, azufre y fósforo deben ser bajos, de modo que S ≦ 0.02%, P ≦ 0.02%, esto se debe a que el silicio puede mejorar la estructura del hierro dúctil y la plasticidad correspondiente, Si = 3.0 ~ 3.5% puede obtener toda la estructura de ferrita. Algunos estudios han señalado que cuando Si = 2.6 ～ 2.8%, el hierro fundido tiene el mayor alargamiento y tenacidad al impacto, pero la microsegregación del silicio en el hierro aumenta con el aumento del contenido de fósforo, más grave es la segregación y el impacto propiedades mecánicas.

El efecto adverso, especialmente cuando la temperatura está por debajo de cero, es mayor, y cuando el contenido de azufre es bajo, se pueden utilizar agentes esferoidizantes de bajo contenido de magnesio y tierras raras para esferoidizar y reducir la generación de defectos de "puntos negros". y los "puntos negros" son principalmente magnesio, agregado de sulfuro y óxido de cerio, además, se debe usar un agente esferoidizante con bajo contenido de sílice para asegurar múltiples inoculaciones.

Para el hierro dúctil perlítico, el contenido de manganeso del hierro fundido se puede aumentar a 0.8-1.0% durante la producción. Si se utilizan algunas piezas fundidas como cigüeñales resistentes al desgaste, el manganeso se puede aumentar a 1.2-1.35% para producir elementos de perlita fundida. Cobre. Cuando la cantidad de adición es superior al 1.8%, dificulta la esferoidización del grafito, pero promueve la perlización completa de la matriz. Generalmente, el contenido de cobre en el hierro dúctil debe ser inferior al 1.5%. El estaño es un elemento nacarado fuerte y su impacto sobre la dureza es mayor que el del cobre. Y manganeso, pero Sn ≥ 1.0% causará distorsión del grafito, por lo que su contenido debe limitarse a 0.08% o menos.

3.4 El papel de las tierras raras en el hierro dúctil

Las tierras raras pueden promover el efecto de esferoidización de la aleación de magnesio (tasa de esferoidización y redondez de la bola). Se presta atención al efecto de prevenir la distorsión del grafito esferoidal en la pared de hierro nodular grueso. Esto también se incluye en el agente esferoidizante en el país y en el extranjero. Una de las principales razones de las tierras raras. Hay algunos elementos en la fundición que pueden destruir y dificultar la esferoidización del grafito. Estos elementos son los denominados elementos de interferencia de esferoidización.

Los elementos de interferencia se dividen en dos categorías. Uno es el consumo de elementos de interferencia de tipo elemento de esferoidización, que forman MgS, MgO, MgS, MgO y MgS con magnesio y tierras raras. MgSe, RE2O3, RE2S3, RE2Te3, etc., reducen los elementos esferoidizantes y destruyen la formación de grafito esferoidal; el otro tipo son los elementos de interferencia de segregación intergranular, que incluyen estaño, antimonio, arsénico, cobre, titanio, aluminio, etc.durante la cristalización eutéctica.Estos elementos se enriquecen en el límite de grano y promueven la formación de grafito dendrítico deformado por carbono en la etapa posterior de eutéctico. Cuanto mayor sea el peso atómico del elemento de interferencia esferoidizante, más fuerte será el efecto de interferencia. Muchos estudios han encontrado elementos de interferencia en el hierro fundido. Cuando el contenido de estos elementos es menor que el contenido crítico, no se puede formar grafito distorsionado. En hierro fundido con elementos interferentes, la adición de tierras raras puede eliminar su efecto de interferencia.

Un informe de investigación señaló que la suma de los elementos interferentes en el hierro fundido debe ser inferior al 0.10%, es decir, z = Ti + Cr + Sb + V + As + Pb + Zn +… <0.10% Los estudios han señalado que para neutralizar Al, Sb, TI, Pb, Bi, etc.en el hierro fundido, siempre que se añada 0.005 a 0.04% de Ce respectivamente, por ejemplo, para neutralizar Ti, Pb, Sb, Al, etc., siempre que se añada 0.005 a 0.007% respectivamente. , 0.014%, 0.15% y 0.008% Ce. Los elementos que interfieren tienen un efecto destructivo mayor cuando la pared de fundición es densa y la velocidad de enfriamiento es lenta.
Los elementos que interfieren también tienen un efecto sobre la matriz de hierro dúctil.

Te y B promueven fuertemente la formación de boca blanca, Cr, As, Sn, Sb, Pb, Bi estabilizan la perlita y Al y Zr promueven la ferrita. Cabe señalar que en la actualidad se están desarrollando algunos elementos esferoidizantes y agentes esferoidizantes compuestos de elementos interferentes para mejorar el efecto del tratamiento del hierro dúctil de gran sección y la redondez de las bolas de grafito.

3.5 Mejora de la detección de hierro nodular

La inspección del hierro dúctil es una medida importante para asegurar su calidad. En la actualidad se está estudiando el análisis de la línea de desarrollo, es decir, se analiza el producto durante el proceso de producción para determinar su calidad. Muchas unidades han utilizado ondas ultrasónicas para realizar la calidad de las piezas fundidas en condiciones de producción en masa. análisis.
Al medir la estructura del hierro fundido mediante ondas ultrasónicas, la velocidad del sonido del grafito en escamas es de 4500 m / s, el hierro fundido de grafito vermicular es de 5400 m / sy el hierro fundido dúctil es de 5600 m / s. Además, el cambio de la tasa de atenuación de alta frecuencia en el hierro fundido también puede juzgar el tipo de hierro fundido, hierro dúctil. La frecuencia central es de 5 MHz y el hierro fundido en escamas es de solo 1.5 MHz. En la actualidad, todavía existen unidades que utilizan ondas ultrasónicas para determinar el nivel de esferoidización, y es posible determinar el nivel de esferoidización calificado y productos no calificados (entre el nivel 3 y el nivel 4), pero aún no es posible realizar un análisis más detallado medición de nivel, este método se está mejorando.

3.6 Estado actual de nodulizer

El agente nodularizante es actualmente uno de los principales medios para obtener hierro nodular. Cuando la planta N ° 1 de tierras raras de Zhibao Steel completó conjuntamente el proyecto de investigación nacional "serialización de tres agentes de tierras raras", el equipo de investigación de nuestra escuela llevó a cabo más de 100 plantas de producción de agentes nodularizantes en el mundo. Se ha investigado la principal producción nacional de aleaciones y se han realizado muestras de productos de más de 50 plantas de producción de aleaciones en más de una docena de países como el Reino Unido, los Estados Unidos, Francia, Alemania, Japón, la Unión Soviética y la India. obtenidos, así como muestras de productos de los principales fabricantes nacionales de nodulizadores. Proporciona una base para comparar el rendimiento del agente esferoidizante en el país y en el extranjero y mejorar la producción de agente esferoidizante en el futuro. 2.1 Los tipos de agentes esferoidizantes se dividen en los siguientes tipos según el modo de producción

• Los tipos de agentes esferoidizantes incluyen aleaciones de magnesio-silicio, aleaciones de magnesio-silicio de tierras raras, aleaciones a base de calcio (utilizadas principalmente en Japón), aleaciones de la serie níquel-magnesio, aleaciones de magnesio puro, aleaciones de tierras raras. Entre las aleaciones anteriores, la más utilizada en el mundo es la aleación de ferrosilicio de magnesio de tierras raras, pero la relación RE / Mg de las aleaciones chinas es amplia (0.5 ~ 2.2), mientras que la relación RE / Mg de las aleaciones extranjeras es pequeña (0.1 ~ 0.3). En las aleaciones chinas, el contenido de tierras raras es mayor o igual al contenido de magnesio y el contenido de tierras raras es menor que el contenido de magnesio. Sin embargo, el contenido de tierras raras en las aleaciones de nodulizer en países extranjeros (a excepción de algunas aleaciones en Rusia y Rusia) es casi menor que el contenido de magnesio. Por lo tanto, la serie de tres agentes de tierras raras El equipo de investigación sugirió que, además de retener FeSlMg8E18 (esta aleación es un excelente agente vermicularizante), RE / Mg ≦ 1 en todos los demás agentes esferoidizantes. Esta recomendación fue adoptada en las siguientes normas nacionales revisadas. El agente esferoidizante de calcio y magnesio proviene principalmente de Japón Producción y aplicación, como la aleación de calcio NC5, NCl0, NCl5, NC20, NC25 producida por Shin-Etsu (SHIN-ETSU), el contenido de magnesio varía de 4 a 28%, pero el contenido de calcio varía ligeramente y el rango de variación es del 20 al 31%; Este tipo de aleación tiene una pequeña tendencia a la boca blanca, pero requiere una alta temperatura de procesamiento y una gran cantidad de escoria después del procesamiento. Las aleaciones de níquel-magnesio se utilizan en América y Europa. Las aleaciones de níquel-magnesio producidas por la United States International Nickel Company son hasta 82-85%, de las cuales Mg y Ca son 13-16 y 20 respectivamente, y la aleación más baja de níquel-magnesio es 57-61% (Mg4 .0 ~ 4.5%, Ca <2.5, Fe32 ~ 36). En la aleación de níquel-magnesio producida por German Metal Chemical Company, Ni47 ~ 51%, Mgl5 ~ 17%, C1.0% Si28 ~ 32%, RE1.0% más que Fe. Las ventajas de estas aleaciones son que la especificidad es grande, la reflexión es estable y el níquel puede aumentar. La aleación se caracteriza por su alto precio, y esta aleación básicamente no se utiliza en China. Básicamente, las aleaciones de níquel-silicio ya no se utilizan en China. Las aleaciones de magnesio puro deben tratarse con una presión especial y una bolsa de magnesio. La tasa de absorción de magnesio es alta, pero las medidas de seguridad en la manipulación deben ser extremadamente estrictas y la proporción de aplicaciones en producción es pequeña. La tierra rara es el agente esferoidizante utilizado en la invención del hierro dúctil, y su descubrimiento ha promovido el proceso de aplicación industrial del hierro dúctil. Sin embargo, el precio es alto y la boca blanca tiende a ser grande. El exceso excesivo hará que el grafito se metamorfosee. Ahora no se usa solo como agente esferoidizante, sino solo como elemento esferoidizante auxiliar.
• El agente esferoidizante de briquetas se moldea directamente con polvo de magnesio y polvo de hierro y el contenido de silicio diseñado. Este agente esferoidizante contiene muy bajo contenido de silicio y generalmente se denomina agente esferoidizante de fabricación de briquetas con bajo contenido de silicio. La incubación posterior proporciona un gran espacio para la producción de hierro dúctil fundido, pero esta aleación es fácil de flotar y el efecto del tratamiento varía mucho. Es mejor mezclarlo con un agente esferoidizante en bloque durante el tratamiento.
• El agente esferoidizante de tipo alambre con núcleo recubre el polvo de magnesio y el polvo de hierro en la placa de acero delgada o placa de acero, y los envía al hierro fundido para lograr el propósito de la esferoidización. Este tipo de agente esferoidizante es más caro y la inversión en equipo es grande, pero la aleación tiene una alta tasa de absorción durante el procesamiento, por lo que el costo total de procesamiento del hierro dúctil apenas aumenta.
• El agente esferoidizante en polvo es una patente rusa. Cuando se usa, el polvo de magnesio y el inhibidor se mezclan y se colocan en la bolsa, y el hierro fundido fluye a través de la superficie de la aleación, capa por capa, y la aleación se refleja para lograr la esferoidización. Efecto, este proceso especial se llama MC. 2.2 Aplicación de agente esferoidizante. En la actualidad, las aleaciones pirometalúrgicas se utilizan principalmente en la producción de hierro dúctil en el país y en el extranjero, agente esferoidizante de briquetas, agente esferoidizante de alambre tubular, bola pulverizada El agente esferoidizante utilizado en la fundición pirometalúrgica representa más del 90% de la producción.

En la actualidad, a este tipo de aleación se le añaden Ba, Ca, Cu, Ni, etc. para lograr el propósito de controlar la matriz y el contenido de óxido de magnesio en la aleación. Hay indicadores limitados.

La cúpula del equipo de fusión representa el 30%, el horno de inducción representa el 63% y la temperatura de esferoidización de 1482 ~ 1538 ° C representa el 75%; El 50% de las fábricas adoptan el proceso de predisulfuración antes del tratamiento de esferoidización, y el 90% de las fábricas S Menos del 0.025%. En el método de tratamiento de esferoidización, el método de lavado representa el 36% de las grandes fábricas estadounidenses, mientras que la fábrica pequeña (menos de 200 ton / semana) el método de lavado representa solo el 22%. El método de prensado, el método de tapón poroso, el método de tratamiento interno de tipo, el método de cubierta de artesa, el método de presión y magnesio representan la mayoría de las proporciones. El agente esferoidizante utilizado contiene más del% de magnesio que representa el 8.2%, Mg4 ~ 6% representa el 63.3 y contiene menos del 4% de magnesio. Representa el 16.4%, el magnesio puro representa el 5% y otras aleaciones de magnesio representan el 8.2%.

La producción de esferoidizante en mi país ha cambiado mucho desde hace 90 años hasta ahora. Se ha revisado el estándar nacional de aleación de magnesio de tierras raras y se ha ajustado en gran medida el RE en la aleación. Excepto por la retención de Mg8RE18, el Mg / Re en otras aleaciones es mayor que 1. La cantidad de tierras raras en la aleación utilizada en la fábrica ha disminuido, la aplicación de la aleación Mg8RE5─7 ha aumentado considerablemente y el horno eléctrico ha disminuido. también aumentó mucho, pero el contenido de azufre en el hierro fundido crudo no ha cambiado mucho y el proceso de predisulfuración no se ha promovido de manera efectiva. Por lo tanto, mi país El Mg y BE en el agente esferoidizante se encuentran todavía en un nivel relativamente alto, y el nuevo proceso de esferoidización no se ha promovido mucho en mi país. Por ejemplo, el método de taponado Tundish, que ocupa una gran proporción en los Estados Unidos, apenas se ha aplicado en mi país. Es un problema a resolver en las plantas de producción de hierro dúctil de mi país.

3.7 Problemas en el uso de agentes esferoidizantes e indicadores de control de elementos de calidad

Los elementos que afectan la calidad del agente esferoidizante son: composición, tamaño de partícula, forma, densidad, contenido de MgO, etc. Aquí se muestra solo el análisis del agente esferoidizante producido por la fundición pirometalúrgica, y se citan muchos problemas reflejados en el uso de las fábricas:

• (1) La composición del agente esferoidizante es inexacta.
• (2) El tamaño de partícula de la aleación en polvo del agente esferoidizante no cumple con los requisitos.
• (3) La densidad del agente esferoidizante fluctúa mucho, y algunos agentes esferoidizantes flotan rápidamente y la respuesta es demasiado intensa, lo que no está garantizado.
• (4) El contenido de MgO es demasiado alto, el tratamiento esferoidizante es deficiente y la cantidad de agente esferoidizante añadido es demasiado grande.
• (5) Disminución rápida después de la esferoidización.
• (6) Después de la esferoidización, la boca blanca tiende a ser grande.

Para solucionar los problemas anteriores, debemos partir de dos aspectos:

• Primero, el fabricante de aleaciones ofrece productos de calidad calificada. es necesario mejorar el análisis de óxido de magnesio;
• en segundo lugar, controlar estrictamente las materias primas, controlar los elementos que promueven la pulverización de aleaciones y los elementos de interferencia, fortalecer la gestión;
• en tercer lugar, implementar estrictamente procesos de fundición precisos y controlar los principales indicadores que afectan la calidad de los nodulizantes;
• en cuarto lugar, es proporcionar la granularidad requerida por los usuarios. Por otro lado, los trabajadores de producción están capacitados y capacitados para que comprendan las características de la aleación y el método preciso de uso.

Los problemas en la producción están directamente relacionados con la calidad de los trabajadores de producción. Algunos trabajadores simplemente enseñan qué hacer y no pueden establecer analogías. Esto no es factible. Se necesita la cooperación de los fabricantes y usuarios de aleaciones para popularizar y mejorar la comprensión del hierro dúctil y el nivel de la tecnología de producción, de modo que la producción de hierro dúctil en mi país pueda mantener un buen impulso de desarrollo.

3.8 Aplicación de la computadora en la producción de hierro dúctil

Debido a sus características de solidificación en forma de pasta, el hierro fundido producido por el hierro dúctil a menudo produce defectos como cavidad de contracción y porosidad debido a una mala alimentación. Para predecir estos defectos antes de la producción de piezas fundidas, el proceso de fundición se llevó a cabo en el país y en el extranjero ya en la era india. Analogía numérica. La analogía numérica en el proceso de fundición es utilizar la tecnología de analogía numérica para simular el proceso de formación de fundición real en un entorno virtual de computadora, incluido el proceso de llenado del líquido metálico, el proceso de enfriamiento y solidificación, el proceso de formación de tensiones, el juicio de la influencia de los elementos principales en el proceso de conformado, y la predicción La organización, el desempeño y los posibles defectos proporcionan una base para optimizar el proceso para reducir el desperdicio. En 1962, Forsund en Dinamarca fue el primero en utilizar una computadora electrónica para simular el proceso de solidificación de las piezas fundidas.

Desde entonces, Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania, Japón y Francia han realizado sucesivamente investigaciones en esta área. Desde finales de la década de 1970 en China, la Universidad de Tecnología de Dalian y el Instituto de Investigación de Fundición de Shenyang tomaron la iniciativa en la realización de investigaciones sobre esta tecnología en China, y publicaron informes de investigación en 1980 (Guo Keren, etc., Analogía digital del proceso de solidificación de grandes Castings, Dalian Institute of Technology Journal, 1980 (2) 1-16; Shenyang Foundry Research Institute, Computer Analogy of Casting Solidification Thermal Field, Foundry.Desde entonces, se ha invertido mucha mano de obra en universidades y colegios chinos para llevar a cabo esto. investigación. Durante el sexto plan quinquenal y el séptimo plan quinquenal, hay proyectos de investigación clave para la aplicación de computadoras en la fundición en la parte central de los proyectos de investigación clave nacionales. Tecnología de fundición CAD "organizó una investigación conjunta sobre producción, educación e investigación, que promovieron en gran medida el desarrollo de esta tecnología en China. En la actualidad, la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Ciencias y Tecnología de Huazhong gy puede proporcionar productos químicos comerciales FT-Star y Huazhu CAE-Inte CAST 4.0 respectivamente. El software se ha aplicado en Sanming Heavy Machinery Co., Ltd. y otras unidades, y ha obtenido buenos resultados. La analogía numérica por computadora consta de tres partes: preprocesamiento, cálculo intermedio y posprocesamiento, incluido el establecimiento de modelos geométricos, división de cuadrículas y condiciones de solución (condiciones iniciales).

Y condiciones de contorno) determinación, cálculo numérico, procesamiento de resultados de cálculo y visualización gráfica. Los métodos básicos de analogía numérica utilizados son principalmente el método de diferencias finitas, el método de elementos finitos y el método de elementos de contorno. En la actualidad, más campos de aplicación en fundición son:

• 1) Analogía numérica del proceso de solidificación, principalmente para el análisis de transferencia de calor del proceso de fundición. Incluyendo la selección del método de cálculo numérico, el tratamiento térmico latente, la predicción y discriminación de la contracción de la cavidad de contracción y el tratamiento de los problemas de transferencia de calor en la interfaz de piezas fundidas y moldes.
• 2) La analogía numérica del campo de flujo implica la transferencia de momento, energía y masa, que es más difícil. Las técnicas de solución numérica utilizadas son el método MAC, el método SAMC, el método SOLA-AOF y el método SOLA-MAC.
• 3) Analogía del estrés de casting. Esta investigación se llevó a cabo de forma tardía, centrándose principalmente en el análisis de estrés en el estado elastoplástico.

En la actualidad, existen el modelo de Heyn, el modelo elastoplástico, el modelo de Perzyna, el modelo de variable interna unificada, etc. 4) La analogía organizacional está todavía en su infancia. Dividido en analogía de visión macro, visión media y visión micro. Puede calcular el número de nucleación, analizar el tipo de cristal primario, la tasa de crecimiento de la dendrita, la transformación de la estructura de analogía y predecir las propiedades mecánicas. En la actualidad, existen modelos deterministas, como Monte, Cellular, Automaton y otros métodos estadísticos, y modelos de campo de fase. Las computadoras y sus aplicaciones están desarrollando rápidamente campos técnicos. Como uno de los campos industriales importantes, la fundición debería incrementar la inversión.

La investigación y el desarrollo de la aplicación de computadoras en el campo de la investigación y producción de fundición ha cambiado completamente el estado de "ojos abiertos, ojos cerrados vertiendo" en el pasado, y la aplicación de computadoras definitivamente promoverá la aplicación y el desarrollo del hierro dúctil. . Han pasado 52 años desde la llegada del hierro dúctil y su rápido desarrollo es sorprendente. Incluso en la recesión económica, el hierro dúctil todavía se está desarrollando.

Algunas personas llaman al hierro dúctil un ganador en una retirada inapropiada, señalando: Debido a su alta resistencia, alta tenacidad y bajo precio, el hierro fundido todavía ocupa una posición importante en el mercado de materiales. Aunque la producción total de fundición de acero ha disminuido en los últimos años, la producción de hierro dúctil no ha disminuido. La aparición del hierro dúctil Ao-Bei Mejora la posición competitiva del hierro dúctil.

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