第３４卷第５期　２０１４年１　０月　黑龙江冶金　

Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．５　

Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１４　

球墨铸铁生产技术的新进展　曾艺成　，李克锐　，张忠仇　（１．机械科学研究总院，北京１０００４４；２．郑州机械研究所）　

摘要：我国球墨铸铁生产技术近年来取得较大进展，包括高纯生铁在内的原辅材料商　品化供应有了保障；球化、孕育处理工艺有较大改进；国内外出现了各种目前标准中没有　的性能优异的新一代新牌号球铁，如硅强化高强度铁素体球铁、高强度高冲击韧性低温　铁素体球铁、高强度高塑性珠光体球铁以及高镍奥氏体球铁；球铁件生产专业化程度、质　量稳定性和一致性正在不断提高。我国球铁行业已具备生产高端球铁件基本条件，正处　于由大变强关键时期。同时指出了存在问题和今后发展方向。　关键词：球墨铸铁；生产技术；新进展；发展方向　曾艺成　

Ｎｅｗ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　Ｚｅｎｇ　Ｙｉｃｈｅｎｇ１，Ｌｉ　Ｋｅｒｕｉ　，Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｏｎｇｃｈｏｕ　

（１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４４　Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ｈａｓ　ｍａｄｅ　ｇｒｅａｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ．　Ｔｈａｔ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈａｔ　ｈｉｇｈ　ｐｕｒｉｔｙ　ｐｉｇ　ｉｒｏｎ，ｒａｗ　ａｎｄ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｕｐｐｌｙ　ｉｓ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ，ｍｏｄｕｌａｒｉｚａ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａｎ　ｎｅｗ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　ｔｈａｔ　ｈａｓ　ｎｏ　ｕ－　ｎｉｆｏｒｍ　ｓｔａｎｄａｒｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ，ｆｅｒｒｉｔｅ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｔ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ　ｄｕｃ－　ｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　Ｎｉ　ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ　ｄｕｃｔｉｌｅ　Ｉｒｏｎ，ａｎｄ　ｓｐｅｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｏｆ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　ｃａｓｔｉｎｇｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｎｏｗ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｓ　ｉｎ　ａ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｐｅｒｉｏｄ　ｆｒｏｍ　ａ　ｂｉｇ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ｔｏ　ａ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｗｉｔｈ　ａ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉ【ｇｈ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．　ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｎｅｗ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　

ｌ　概况　２０１３年我国铸件产量４４５０万吨，铸铁件产量　为３１６０万吨（其中，灰铁２０５５万吨，球铁１１６０万　吨，可锻铸铁６０万吨），占铸件总产量的　７３．５％…。铸铁，特别是球墨铸铁已发展成为一　种不可替代的金属材料并广泛应用于许多重要的　工程构件。近年来，我国球墨铸铁发展很快，球墨　铸铁的产量和所占铸件的比例逐年增加，从１９９８　年到２００８年十年中年产量增长近５倍，占铸件总　产量之比例也从１４％增加到２４％左右；２００８年后　增速放缓，但至２０１３年，五年中年产量仍然增长　４１．５％，占铸件总产量之比例提高到２６．Ｏ％，见　表１。　球墨铸铁广泛应用于我国国民经济各个领　域，如汽车、发动机、工程机械、农机、铸管和管件、　机床、建筑、冶金、矿山、能源、军工等等部门。近　年来，球墨铸铁在大型重型结构件（如重型机床床　

收稿日期：２０１４—０９—１０　作者简介：曾艺成（１９３４一），男，毕业于清华大学机械系。北京机械科学研究总院教授级高级工程师，国家有突出贡献中　青年专家。曾任机械科学研究院副室主任，机械工业生产力促进中心副总工程师。全国铸造学会铸造及熔炼专业委员会　主任委员，稀土学会铸造合金专业委员会委员。　

３　黑龙江冶金　第３４卷　身、风电轮毂底座、大型注塑机模板等）、燃气轮机　机体、叶片、轨道交通件、液压件、精铸件等方面的　应用有了较大发展。　表１　我国历年球墨铸铁的产量　。　球墨铸铁的性能和质量水平有很大提高，质　量的稳定性逐年增长。原辅材料供应和质量有了　很大改善；质量控制和检测水平稳步提升；计算机　ＣＡＤ、ＣＡＭ和ＣＡＥ和炉前热分析等技术手段日益　受到重视，应用逐步增加；部分骨干企业的规模、　装备和技术水平已接近和达到世界一流水平，并　在国际竞争中取得明显优势；部分产品的性能达　到了国际先进水平，例如：低温铁素体球铁件转向　架轴箱零件一４０￣Ｃ　Ｖ型缺口试样冲击韧性达到　１５Ｊ　；高铁机车转向架轴箱零件、风电轮毂和数　控机床横梁等关键零部件已批量生产和应用　Ｉ４　；　我国球铁行业已经具备生产高端球铁件的基本条　件，正处于由大变强的关键时期。　在肯定成绩的同时，也必须看到我国球铁仍　存在一些问题，如铸件综合质量及其稳定性差、生　产规模专业化程度不够高、应用范围还不够广、球　铁占铸件产量比例还不够高等，需要我们今后逐　步解决。　

２球铁生产技术进展　球墨铸铁生产技术发展主要表现在重视原辅　材料特别是生铁质量，发展和完善各种处理技术，　材质创新和生产过程质量控制等方面。　２．１　优质铸造生铁和高纯生铁的充分供应　２．１．１　填补了国内高纯生铁生产空白，并制定行　业标准　在球铁生产中越来越多企业采用高纯生铁作　原料，以提高球铁质量，国内一些生铁生产企业采　用氧化法和精料法生产出高纯生铁，填补了空白，　并制订了企业、铸造行业、机械工业高纯生铁标　准、离心铸管球铁用生铁标准　２００７年，承德市保通铸铁型材制造有限公司　制订了Ｑ／ＣＢＴ（超纯生铁》企业标准，２０１０年，河　北龙凤山铸业有限公司制订了Ｑ／ＨＬＦＳ　０ｌ一２０１０　《铸造用高纯生铁》、济南庚辰钢铁有限公司制订　了Ｑ／０１００ＪＧＣ（铸造用高纯生铁》，２０１２年，山西　建邦集团有限公司也发布了Ｑ／ＪＢ００５—２０１２《铸　造用高纯生铁》标准。它们可达到的化学成分见　表２。　

表２我国部分高纯生铁的化学成分　／％　

中国铸造协会于２０１１年１月正式发布了　ＺＸＢ／Ｔ　０００１—２０１　１《铸造用高纯生铁》行业协会标　准，高纯生铁按Ｔｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ含量分为特级、１级和　２级三种。特级生铁成分要求≤０．０２％Ｔｉ、　４　≤０．０５％Ｍｎ、≤０．０２％Ｐ、≤０．０１５％Ｓ，并要求微　量元素低于表３中１１个微量元素最大允许值，１１　个微量元素含量＋Ｔｉ之和＜０．１％。　第５期　曾艺成，等：球墨铸铁生产技术的新进展　全国铸标委２０１３年也组织制订了ＪＢ／Ｔ　ＸＸＸＸＸ一２０１３（（铸造用高纯生铁》机械行业标准　并报批（见表４、表５）；由铸协铸管及铸件分会提　出，冶金工业标准研究院归口的《离心球铁管用生　铁》行业标准也于２０１３年通过审查上报。　表４铸造用高纯生铁的牌号和化学成分　／％　牌号　Ｃｌ　Ｃ２　Ｃ　≥３．３　Ｓｉ　≤０．４０　＞０．４０—０．７０　Ｔｉ　≤Ｏ．０１０　≤Ｏ．０２０　特级　１级　＞０．０１０～０．０２０　≤０．０３０　２级　＞０．０２０～０．０３０　≤Ｏ．０３５　化　Ｍｎ　≤０・０１５　≤Ｏ－０５　拳　特级　１级　＞０．０１５～０．０５　≤０．１０　成　２级　＞０．０５～０．１５　≤Ｏ．２０　分Ｐ　≤Ｏ．０２０　≤Ｏ．０２０　

特级　１级　＞０．０２０～０．０３０　≤０．０３０　２级　＞０．０３０～０．０３５　≤０．０３５　Ｓ　≤Ｏ．Ｏｌ５　≤０．０１５　特级　１级　＞０．０１５～０．０２０　≤Ｏ．０２０　２级　＞０．０２０～０．０２５　≤０．０２５　注：ｃ１是高纯生铁的牌号，Ｃ是“纯”字汉语拼音的首位字母，　１是指一级高纯生铁。　

２．１．２　高纯生铁的应用大大提高了球铁的力学　性能水平和生产质量的稳定性　常州华德机械有限公司自２０１０年底采用高　纯生铁生产ＱＴ４００—１８ＡＬ（一４０℃）高铁转向架轴　箱以来，已连续生产近３０００炉轴箱等铸件，质量　非常稳定。北京菲美特机械有限公司仅仅采用高　纯生铁代替球铁用生铁，其它所有条件、工艺不　变，原生产ＱＴ　７００—２牌号的性能提高到ＱＴ　８００　

—５。　２．２球化剂、孕育剂、脱硫剂、预处理剂等铸造辅　助材料的供应和质量有很大改善　镁是主要的球化元素，球化剂中添加适量的　稀土，可以增加石墨球数、减少白口倾向、抑制干　扰元素的作用；如含量过高，则石墨球不圆整、易　出碳化物。随着我国高纯生铁和优质生铁生产和　供应增加，铁液中的干扰元素减少，铁液熔炼温度　提高质量改善，球化剂中稀土含量也应当相应降　低，对原铁液硫量＜０．０２％而言，０．５—１．０％的含　量就够了，这一点对要求疲劳强度高及强韧性高　的球铁来说尤其重要。刚修订的ＧＢ／Ｔ　２８７０２—　２０１２《球墨铸铁用球化剂》国家标准增加了　Ｍｇ４ＲＥ、Ｍｇ５ＲＥ等牌号球化剂，ＲＥ降低至＞０～　１．５％　

表５微量元素含量　／％　

注：１１个微量元素的含量总和，特级≤０．０５％，１～２级＞Ｏ．０５％～０．１％。　在孕育剂方面，除了常用的７５Ｆｅ—Ｓｉ外，针对　不同基体组织的铸态球铁，研制开发了含Ｂａ、ｃａ、　Ａｌ或Ｓｂ、Ｂｉ元素的多种孕育剂。　２．３球铁材质方面取得较大进展　２．３．１硅强化高强度铁素体球墨铸铁　硅是Ｆｅ—ｃ合金中能够封闭＾ｙ区的元素，能　降低碳在　—Ｆｅ（奥氏体）中的溶解度，使共析点　的含碳量降低，所以硅是促进石墨化元素，能使共　晶温度升高，共晶含碳量降低。在球墨铸铁中，硅　能促进形成铁素体并固溶强化铁素体。　以往的研究表明：硅含量低于５％时，随着硅　含量增加，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和硬度　增高，伸长率下降　；当硅含量超过５％时，硬度　继续增加，但抗拉强度急剧下降，韧性下降，冲击　韧度甚至降至普通灰铸铁的水平‘ｌ　，给人的感觉　是过量的Ｓｉ使球墨铸铁变脆。在１９４９年Ｍｉｌｌｉｓ申　请的美国第一个球墨铸铁专利中就有这样的表　述：“增加Ｓｉ的含量（＞２．５％）明显降低力学性　能，特别是韧性、拉伸强度和（或）延展性……”　Ｊ。　（１）硅强化铁素体球墨铸铁的创新　通过近年来的研究，在一定条件下增硅强化　铁素体球墨铸铁不仅可以提高球墨铸铁的抗拉强　５