砂型离心铸造稀土灰铸铁管

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1992.01.023 第14卷第1期 北京科技大学学报 Vol.14 No.1 1992年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1992 砂型离心铸造稀土灰铸铁管 熊仲明·宋维锡·王明强·金静淑·朱文秀 摘要：用稀土硅铁处理的砂型离心灰铸铁管、管体抗拉强度可提高25,9%（冲入法）和 42.4%(暗吹法)，其平均管体抗拉强度达到214N/mm2(冲人法)、242N/mm2(喷吹法)， 都超过了国际(IS013-78)标准所规定的砂型离心，铁管的指标(180N/mm2),达到了 金属型离心灰每铁管的抗拉强度要求(200N/mm2),该铸铁答管壁厚度比国际标准规定的 薄2,2mm(14.1%)。 关键词：稀土，灰钱铁，离心铸铁管，砂型 The Sand Mold Centrifugal-Casting Gray Cast Iron Pipes Xiong Zhongmin'Song Weixi”形ang Minjiang' Jin Jingshu.Zhu Wenxiu. ABSTRACT:The body tensile strengh of the centrifugal-casting gray cast iron pipes treated with RE can be improved to 25.9%(pouring of ladle)or 42.4% (spraying process),while their average values are 214N/mm2,and 242N/mm2 respectively.Both surpass the (I5O13-78)specification (180N/mm2)and reach the requirement of metal mold centrifugal-casting gray cast iron pipes.The cast iron pipe thickness is 2,2mm(14.1%)thinner than the international standard. KEY WORDS:rare earth,gray cast iron,centrifugal-casting pipe,sand mold 1991-06-01收到初稿，1991-10-10牧到修改稿 ·北京科技大学(University of Science and Technology Bcijing) ··较山铜铁公司(Anshan Steel and Iron Corporation) 34

第 卷第 期 勺 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 了 。 遭 。 砂型离心铸造稀土灰铸铁管 熊仲明 ’ 宋维锡 ‘ 王 明强 ‘ 金 静淑 ’ ‘ 朱文秀” ，︸ 摘 要 用稀土硅铁处理的砂型离心灰铸铁管 、 管体抗拉强 度 可 提高 州 冲人法 和 。 喷吹法 ， 其平均管体抗泣强度达到 冲人法 、 喷吹法 ， 都超过了 国际 标准所规定 的砂型离心铸铁管的指标 垃 勺 ， 达到了 金属型离心 灰铸铁管的抗拉 强度要 求 。 该铸铁管管壁厚度比 国际标准规定 的 薄 。 。 。 关键词 稀土 ， 灰铸铁 ， 离心铸铁管 ， 砂型 一 ” 夕 杏 牙 了 二 “ 平 八 夕 ” 夕 ’ 牙 赵 二 一 。 写 。 ， “ ， 。 一 “ 往 一 。 ， ， 一 ， ，勺 一 一 收到初稿 ， 。 。 一 一 收到修改稿 北京科技大学 鞍 山钢铁公 司 笼 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．01．023

砂型离心铸造法生产的灰铸铁管与半连续灰铸铁管相比，其组织致密、强度高、铸造缺 陷少，与金属型离心铸造法相比，设备投资少、生产成本低。 用稀土硅铁处理的砂型离心铸管管体抗拉强度有较大的提高。 用减薄管的管体强度，计算管子在使用时的承载能力。结果表明：减薄稀土管比未减薄 的普通管的承载能力大，更安全可靠。 减薄管壁厚度14.1%以后，每年以生产4×104t铸铁管计算，可节约金属5640t,节约 184万元，经济效益是较大的。 1试验方法 1.1摸拟实验 用自制的悬臂离心机，浇注成尺寸为p100mm×13mm的砂型离心铸管，管壁厚度模拟 公称直径为500mm的砂型离心灰铸铁管的厚度，砂层厚度为80mm,所用型砂为糖浆砂。上 石墨粉涂料，经烘千后使用。铸型转速1300~1500r/min。 从管体上切取管环抗弯强度试样、拉伸试样和金相试样，管体强度试验按GB3421-83 和ISO13-78标准进行。从拉伸试验后的试样上切取金相试样，布氏硬度在试样壁厚中部检验， 化学分析试样从管体上钻取。 铁水在10kg的酸性感应电炉中熔炼。冲入法所用合金粒度为3~5mm,用快速热电偶测 温，处理温度为1500±20℃，浇注温度为1280~1300℃。 1.2生产实验 在鞍钢俦管厂用滚筒式离心铸造机，铸成公称直径为500mm的砂型离心铸管。砂层厚度 为50mm,型砂为普通粘土砂，内壁淋上石墨涂料，砂型烘千深度为7-15mm。铸型转速为 490r/min。 炉前分别用包底冲入法和喷吹法加人FeSiRE合金，以对铁水进行孕育处理。一次处理 铁水量为950kg。冲入法加入合金粒度为3~25mm,喷吹法为0.5mm以下，稀土硅铁粉用氮 气载入。合金加入量为(0.15~0.30)%。 用快速电热偶测温，处理温度为1330~1380℃，浇注温度为1210~1320℃。 管体抗弯强度、拉伸强度、布氏硬度、金相分析、化学分析等试验均按照GB3421-82和 IS013-78标谁进行。 2试验结果和讨论 2.1 FeSiRE加入量和残留量的关系 加入量和残留量的关系如图1所示。在本实验条件下，它们呈线性关系。因此，可直接 用加入量来研究稀土对铸铁性能和组织的影响，比之用残留量方便得多。 35

砂型离心铸造法 生 产的灰铸铁管与半连续灰铸铁管相 比 ， 其组织 致密 、 强 度高 、 铸造缺 陷少 与金属 型 离心铸造法 相 比 ， 设备投资少 、 生 产成本低 。 用 稀土硅铁处理的砂型离心铸管管体抗拉强度有较大 的提高 。 用 减薄管的管体强度 ， 计算管子在 使用 时的承载能力 。 结果表 明 减薄稀土管比未减薄 的普通管的承载能力大 ， 更安 全可靠 。 减薄管壁厚度 以后 ， 每年以生产 又 铸铁管计算 ， 可 节约金 属 如 ， 节约 万元 ， 经济效益是较大 的 。 试 验 方 法 模拟实脸 用 自制的悬臂离心机 ， 浇 注成尺寸 为拟 的 砂 型离心铸管 ， 管壁厚度模拟 公称直径为 的砂型 离心灰铸铁管的厚度 ， 砂层厚度 为 ， 所用型砂 为糖浆砂 。 上 石墨粉涂料 ， 经烘干后使用 。 铸型转速 。 一 。 从管体上切取管环抗 弯强度试样 、 拉伸试样和金 相试样 ， 管体强度 试 验 按 一 和 一 标准进行 。 从拉伸试验后的试 样上切取金 相试样 ， 布 氏硬度在试样壁厚 中部检验 ， 化学分 析试样从管体上钻取 。 铁 水在 的酸性感应电炉 中熔炼 。 冲人法所用合金粒度为 一 ， 用 快速热电偶测 温 ， 处理温 度为 士 ， 浇注温度为 一 ℃ 。 。 生 产实验 在 鞍钢铸管厂 用滚筒式离心 铸造机 ， 铸成公称直径为 的砂型离心铸管 。 砂层厚度 为 ， 型砂 为普通粘土 砂 ， 内壁淋上石墨涂料 ， 砂型烘千深度为 一 。 铸 型转 速 为 加 。 炉前分别用包底冲人法和喷吹法加人 合金 ， 以对铁水进行孕育处理 。 一次处理 铁水量为 掩 。 冲 入法 加人合 金 粒度 为 一 ， 喷 吹 法 为。 以下 ， 稀 土 硅 铁粉 用氮 气载 入 。 合 金加人量为 。 用快速电热 偶测温 ， 处 理温度为 一 ℃ ， 浇注温度为 一 ℃ 。 管体抗 弯强度 、 拉伸 强度 、 布 氏硬度 、 金 相 分析 、 化 学分析等试 验均按 照 一 和 一 标准进 行 。 试验结果和讨论 加入最和残 留蛋 的关 系 加人 量和 残 留量的关系如图 所示 。 在 本实验 条件下 ， 它们呈 线性关系 。 因此 ， 可 直接 用加人量来研 究稀土对铸铁性能和组织 的影响 ， 比之用残 留量方便得 多 。 万

C.C9 50n1 0.08 0.07 0.06 0 0.05 300 D.04 0.03 200 0.02 D.01 100 0.10.20.30.4 0.100.200.30U.400.500.60 FeSiRE,% Amount of feSiRE adding,% 图1加入量与我留量的关系 图2 FeSiRE加入量对管体强度的影响 Fig.1 The relatien of the amount of FeSi- 1.4S=0.04% RE added with the remanent amount 2.5S=0.08% 1.CE(4.1~4.3)%2.CB(4.7~4.9)% 3.6S=0.12% 3。CB(4.4~4.6)% Fig.2 The effect of the amount 线性回归方程1RB:=2.000×10-3+0.1343RE of FeSiRE added on the tenacity 2REr=9.8540×10-3+0,1273RB of the pipe 3REx=1.2143×103+0.1779RB 相关系数1R=0.9764,2R=0.0746,3R=0,9914 2.2 FeSiRE加入量对管体强度和硬度的影响 模拟试验中FeSiRE加入量为(0.1-0.4)%，碳当量为(4.0-4.4)%。FeSiRE加入量及含 硫量与管体抗拉强度（σ）及抗弯强度(p)的关 500 系见图2。 从图2可见，随着FeSiRE加入量的增 4C0 加，管体抗拉强度和管环抗弯强度都有增加的 趋势。其中当硫含量为0.08%时，管体强度最 30 高，而FeSiRE加人量则以(0.2~0.3)%较为 6 合适。 200 生产试验的稀土管管体强度与FeSiRE加 入量的关系见图3。 1001 0.1 0.20.30.4 0. 从图3可见，随着FeSiRE加入量的增加， feSiRE, 管体抗拉强度和管环抗弯强度值都是先增加 图3 FeSiRE加入量对管体强度的影响 而后下降。当FeSiRE加入量为(0.2~0.3)% Fig.3 The effect of the amount 时，管体抗拉强度和管环抗弯强度值都是较 of FeSiRE added on the tenacity of pipe 36

口 午气注于 。 习 比 。 匀 甲任已 · 。 ， ， 汀一 ， 卜 … ’ 。 。 … …弓 … 正 ， 八 厂 〔 。 ， 认 图 加入量与残 留量 的关系 。 五 名 。 。 凌 。 。 理 峨 ， 。 肠 线性回 归方程 一 。 。 一 二 。 一 相关系数 二 。 ， ， ， 二 图 加入量对管体强度 的影 响 。 。 。 。 。 。 五 加入 对 管体强 度和硬 度的影晌 模拟试验中 加人量为 一 肠 ， 硫 量与管体抗 拉 强 度 『， 及抗弯强 度 的 关 系 见 图 。 从图 可 见 ， 随 着 峪 加 人 量 的 增 加 ， 管体抗拉强度和管环抗 弯强度都有增加的 趋势 。 其中当硫含量为 时 ， 管体强 度最 高 ， 而 加人量则 以 一 写 较 为 合适 。 生产试验的稀土管管体强 度与 加 人量 的关系见图 。 从图 可 见 ， 随 着 加人量 的增加 ， 管体抗拉强度和管环抗弯强度值都 是 先 增 加 而后下降 。 当 加人量为 。 写 时 ， 管体抗拉强度和管环抗弯强度值 都 是 较 仔 碳 当量 为 一 。 。 加人量及 含 吓一几一 己 〕 土 〔〕 。 多一立 一 已， 日 斗 ， 爪 广 。 卜 ︺︺八 护 · 令月月， 之锣 图 加人量对管体强度 的影响 及 本

高的，说明这一加入量范围较合适。 用冲人法，FeSiRE加人量为(0.2-0.3)%时，管体抗拉强度比普通灰铸铁管提高25.9% (44N/mm2),管体抗弯强度提高7.3%((26N/mm2);用喷吹法，加入量为(0.15~0.3)% 时，管体抗拉强度提高42.4%(72N/mm2),管环抗弯强度提高5.9%(21N/mm2)。与冲入 法相比，喷吹法的FeSiRE加入量低于冲入法，但它的管体抗拉强度提高的幅度却大大高于 冲入法（高63%），原因是用喷吹法加人FeSiRE时，载体的氨气能使合金与铁水较快地充 分溶合，使稀土脱硫、脱氧作用增强。喷吹法处理后，铁水平均含硫量为0.077%，而冲入 法则为0.087%。稀土回收率，喷吹法平均为31.2%，而冲入法只有29.0%，可见喷吹法比 冲人法优越。但喷吹法需要一套装置，而冲入法却不用装置，是较简单的一种方法。 了稀土对砂型离心灰铸铁管金相组织的影响 金相分析表明，FeSiRE合金的加人量对砂型离心灰铸铁管金相组织的影响，主要表现 在下列几方面： (1)稀土对共晶团的影响图4是未加和加人FeSiRE0.3%的两种砂型离心灰铸铁管的 共品团组织照片。不难看出，FeSiRE的加入不但可以使共晶团的数显著增加，而且可以使 管壁内外层共品团数的差异明显缩小。 图4砂型离心灰铸铁管中的共品团斯氏溶剂浸蚀 a未加FeSiRE合金 b加FeSiRE合金0,30% Fig.4 The eutectic cells of sand mould centrifugal-casting gray cast iron pipes 图5是所测得的共晶团数与FeSiRE加入量之间的关系曲线，当FeSiRE的加入量增加， 共晶团数先是增加，而后又降低。碳当量不同，出现高共晶团数的FeSiRE加入量不同，碳 当量高，FeSiRE加入量也高。 (2)稀土对显微组织的影响未加FeSiRE的砂型离心灰铸铁管，其组织的不均匀性较 大。宏观组织的不均匀性已如图4a所示，显微组织的不均匀性可用图6A来说明。从图中可 见，内层的石墨较粗大，呈A型或C型分布；中层的石墨较细，呈B型分布，外层石墨不但更 细小，而且其不均匀性更显著。经浸蚀后，发现共品团的石墨及其基体也很不均匀。较细小 37

高的 ， 说 明这 一加人量范围较合 适 。 用冲人法 ， 加人量为 。 一 时 ， 管体抗拉强 度比普通灰铸铁管提高 ， 管体抗 弯强度提高 写 用喷 吹 法 ， 加人 量 为 一 写 时 ， 管体抗拉强度提高 加 ， 管环 抗 弯强度 提 高 加 。 与冲人 法 相比 ， 喷吹法 的 加人量低 于冲人法 ， 但它的管体抗 拉强 度提 高 的幅度却大大高 于 冲人法 高 ， 原 因是 用喷吹 法 加人 时 ， 载体 的氮气能使合金 与铁 水 较快地充 分溶合 ， 使稀土脱硫 、 脱氧作用增强 。 喷 吹 法处理后 ， 铁 水平均含硫 量 为。 ， 而冲人 法 则为 。 稀土 回收率 ， 喷吹 法平 均 为 ， 而冲人法 只有 ， 可 见 喷 吹法 比 冲人法优越 。 但喷吹法需要一套装置 ， 而 冲入 法 却不用装置 ， 是较 简单的一种 方法 。 稀土对砂型离心 灰铸铁管金相组织的影响 金 相分析表 明 ， 很 合 金 的加入量对 砂 型离心灰铸铁管金 相组织 的影响 ， 主 要表现 在 下 列几方 面 稀土 对 共晶 团的影响 图 是未加和加人 的两种 砂型离心灰铸铁管的 共晶 团组织 照片 。 不难 看 出 ， 的加入 不但可 以使共晶 团的数显著增加 ， 而 且 可 以使 管壁 内外层共晶 团数的差 异 明显缩小 。 馨 未加 图 砂型 合 离 金 心 灰铸 铁管 中的共 晶团 加 斯氏溶 浸 合 蚀 金 鬃 ， ， 一 图 是所测 得 的共晶 团数与 加人 量之 间的关系曲线 ， 当 的加人 量增加 ， 共晶 团数先是增 加 ， 而后 又降低 。 碳 当量不 同 ， 出现高共晶团数的 加 入量不 同 ， 碳 当量高 ， 加人 量也高 。 稀土对显微组织 的影响 未加 的砂型 离心灰铸铁管 ， 其组织的 不均 匀性较 大 。 宏观组织 的不均 匀性 已如图 所示 ， 显微组织的 不均 匀性可 用图 来说明 。 从 图 中可 见 ， 内层的石墨较粗大 ， 呈 型 或 型 分布 中层 的石墨 较细 ， 呈 型分布 ， 外层石墨 不但更 细小 ， 而且 其不均 匀性 更显著 。 经 浸蚀后 ， 发 现共晶团的石墨及其基体也很 不均 匀 。 较细小

的石墨间其基体多为铁素体，较粗大的石墨间 350 基体则易为珠光体，而且越靠近外表层珠光体 300 的数量越多。 加人FeSiRE后，上述组织的不均匀性可是 250 得到明显的改善。例如图6B是加入0.3%的 200 FeSiRE的砂型离心灰铸铁管的外、中、内三 150 层的显微组织。就石墨来说，无论其形状、大 小和分布都趋于均匀化了。石墨较短小，且端邑 100 0.10.0.1)0.400,50 部有所钝化，基本均匀为A型分布。经浸蚀 FoSiEE, 后，发现其基体组织也得到明显的均匀化，如 图5共品团随FeSiRE,加人最的变化曲线 图7所示，基本上全变为珠光体组织。 1.CB=3.5%2,CE=(3.7-3.8)% 稀土对灰铸铁管显微组织的上述作用，除 Fig.5 The change of the eutectic cell numbers vs the amount 与FeSiRE的加入量有关系外，还与铸铁中的 of FeSiRE added 外层 中层 内层 图6砂型离心灰铸铁管的显微组织未腐似 A米加FeSiRE CB=4.2% S=0.08% B加FeSiRE0.3%CE=4,2% S=0.08% Fig.6 The micro-structures of sand centrifugal-casting gray cast iron pipes 38

入 ， 丫 一 一 ’ ，一 飞 知兄 门乙乙月少勺，夕 ， 伟口 日 之一 弓门 〔 八 口 ， 卜自 厂。 王只 ‘ 男 的石 墨 间其基体多为铁素体 山钊沂口叫曰二闪。习。山巨习的自旬班 ， 较粗大的石墨 间 基 体则 易为珠 光体 ， 而且越靠近 外表 层珠光体 的数量越多 。 加人 后 ， 上述 组织的 不均 匀性可 得 到 明显 的改善 。 例 如图 是 加人 。 的 的砂型 离心灰铸铁管的外 、 中 、 内 三 层 的显微 组织 。 就石墨来说 ， 无论其形状 、 大 小和 分布都 趋于均匀化了 。 石墨较短小 ， 且端 部 有 所 钝 化 ， 基本均匀为 型 分布 。 经浸 蚀 后 ， 发 现其基体组织 也得到 明显 的均匀化 ， 如 图 所 示 ， 基本上全变为珠光体组织 。 稀土对灰铸铁管显微组织 的上述作 用 ， 除 与 的加人量有关 系外 ， 还与铸铁 中的 图 共晶团随 加 人量 的变化曲线 。 二 。 。 二 一 厂 外层 中层 内层 图 砂 型 离心 灰铸铁管的显 微组 织 未腐蚀 未 加 二 加 一 一