如何發(fā)現(xiàn)球墨鑄鐵故障的原因及解決方案
1原因分析
1.1成分分析
在一定的冷卻速度和孕育條件下，碳當(dāng)量增加可以提高球墨鑄鐵的石墨球數(shù)，改善石墨形態(tài)，使碳以碳化物形態(tài)存在的數(shù)量減少，以石墨形態(tài)存在的數(shù)量增加，可使球化處理后的鐵液過(guò)冷傾向減小。在鐵碳二元相圖中，共晶成分的含碳量為4.26%，通常將DN800~DN1000mm鑄管碳當(dāng)量控制在4.2%~4.3%范圍，可提高鐵液的流動(dòng)性，使球墨鑄鐵管組織致密。碳當(dāng)量過(guò)高，石墨飄浮傾向增加，使石墨蛻化，且碳高可造成石墨球占的有效體積分?jǐn)?shù)增加，降低球墨鑄鐵的綜合性能，球墨鑄鐵管的力學(xué)性能變差。
1.2金相分析
1.2.1石墨球化分析
將試樣放大100倍后，從外壁向內(nèi)壁依次觀察，石墨分布見圖2.圖2a內(nèi)壁石墨基本為片狀，蠕蟲狀，球化率大于6級(jí)，石墨大小為8級(jí)。2b中心部位石墨大部分呈球狀，余為團(tuán)狀和極少量團(tuán)絮狀，球化率2級(jí)，石墨大小為8級(jí)。2c外壁石墨球較小，球化率3級(jí)，即石墨大部分呈團(tuán)狀和球狀，余為團(tuán)絮狀，石墨大小為大于8級(jí)，石墨直徑1.5mm.
1.2.2金相組織分析
鑄管內(nèi)壁鐵素體含量較多，左下角顯示有未來(lái)得及完全球化的石墨聚集；圖3b端面中心1較內(nèi)壁相比，鐵素體含量減少，增加有珠光體與滲碳體的混合物即萊氏體存在；圖3c中心2由內(nèi)向外滲碳體明顯增多；圖3d靠近端面外壁珠光體含量為18%，鐵素體減少，初生滲碳體，珠光體及萊氏體增多。
試樣的球化率達(dá)到了3級(jí)的國(guó)標(biāo)要求，靠近內(nèi)壁的球化率為6級(jí)，為管子內(nèi)壁夾渣，雜質(zhì)元素多造成；外壁球化效果較中心和內(nèi)壁好；外壁組織中萊氏體化嚴(yán)重。
管壁的力學(xué)性能差異較大，內(nèi)壁共晶滲碳體，珠光體的分解和轉(zhuǎn)變，使石墨球長(zhǎng)大，組織體積膨脹，導(dǎo)致鑄管徑向尺寸變大，石墨化程度越高，石墨球越容易長(zhǎng)大，從而體積膨脹越大，而滲碳體，珠光體的分解是需要一定的溫度和時(shí)間要求的，分析結(jié)果表現(xiàn)為外壁珠光體與滲碳體轉(zhuǎn)變不徹底，因而，因相變程度不同，體積變化不同，導(dǎo)致管子內(nèi)外壁產(chǎn)生方向相反的內(nèi)應(yīng)力。不同組織的管子在高壓外力作用下，外壁硬而脆的萊氏體強(qiáng)度和韌性都較低，產(chǎn)生斷裂，在整個(gè)鑄管內(nèi)壁受壓強(qiáng)相同的情況下，局部的管壁斷裂會(huì)使此處管壁變薄，應(yīng)力集中，最后形成打爆管，這就是夾層管水壓試驗(yàn)易打爆的主要原因。
2預(yù)防措施
2.1控制合適的碳當(dāng)量加大廢鋼加入量，使廢鋼加入比例達(dá)到7%~10%，硅的控制力求精確，使碳當(dāng)量保持在4.2%~4.3%。
2.2加強(qiáng)退火工藝控制
大小管混退時(shí)按大管參數(shù)控制，進(jìn)涼管時(shí)在熱管的基礎(chǔ)上再多隔兩個(gè)鏈爪。
2.3加強(qiáng)取樣頻次，提高監(jiān)控水平為更好地控制退火質(zhì)量，及時(shí)，準(zhǔn)確，快速地反應(yīng)退火效果，在退火爐后增設(shè)金相快速取樣設(shè)備，取樣頻次由原來(lái)的100支取一個(gè)樣，增加至25支取一個(gè)樣，使金相檢驗(yàn)結(jié)果直接服務(wù)于退火爐，有利于退火參數(shù)的控制與調(diào)整。
3效果
采取措施后，由夾層原因造成的水壓試驗(yàn)打爆管基本杜絕。
（1）將DN800~DN1000球墨鑄鐵管鐵液中鋼加入量控制在7%~10%，碳當(dāng)量控制在4.2%~4.3%范圍，可提高鐵液的流動(dòng)性，使球墨鑄鐵管組織致密，改善球墨鑄鐵管的力學(xué)性能。
（2）大于DN400mm以上規(guī)格的鑄管退火爐控制，加熱2段，保溫1段，保溫2段溫度應(yīng)在960&以上，進(jìn)管間距隨管徑變大逐漸變大，使管子的整個(gè)斷面珠光體與滲碳體轉(zhuǎn)變徹底。
（3）水壓合格率由原來(lái)的96%提高到了98%，內(nèi)在質(zhì)量更加穩(wěn)定，伸長(zhǎng)率也穩(wěn)定在12%~16%；與以前由于夾層原因的水壓爆管占廢管總量的3%相比，僅此一項(xiàng)，年可為公司減少經(jīng)濟(jì)損失近30萬(wàn)元。
1.1成分分析
在一定的冷卻速度和孕育條件下，碳當(dāng)量增加可以提高球墨鑄鐵的石墨球數(shù)，改善石墨形態(tài)，使碳以碳化物形態(tài)存在的數(shù)量減少，以石墨形態(tài)存在的數(shù)量增加，可使球化處理后的鐵液過(guò)冷傾向減小。在鐵碳二元相圖中，共晶成分的含碳量為4.26%，通常將DN800~DN1000mm鑄管碳當(dāng)量控制在4.2%~4.3%范圍，可提高鐵液的流動(dòng)性，使球墨鑄鐵管組織致密。碳當(dāng)量過(guò)高，石墨飄浮傾向增加，使石墨蛻化，且碳高可造成石墨球占的有效體積分?jǐn)?shù)增加，降低球墨鑄鐵的綜合性能，球墨鑄鐵管的力學(xué)性能變差。
1.2金相分析
1.2.1石墨球化分析
將試樣放大100倍后，從外壁向內(nèi)壁依次觀察，石墨分布見圖2.圖2a內(nèi)壁石墨基本為片狀，蠕蟲狀，球化率大于6級(jí)，石墨大小為8級(jí)。2b中心部位石墨大部分呈球狀，余為團(tuán)狀和極少量團(tuán)絮狀，球化率2級(jí)，石墨大小為8級(jí)。2c外壁石墨球較小，球化率3級(jí)，即石墨大部分呈團(tuán)狀和球狀，余為團(tuán)絮狀，石墨大小為大于8級(jí)，石墨直徑1.5mm.
1.2.2金相組織分析
鑄管內(nèi)壁鐵素體含量較多，左下角顯示有未來(lái)得及完全球化的石墨聚集；圖3b端面中心1較內(nèi)壁相比，鐵素體含量減少，增加有珠光體與滲碳體的混合物即萊氏體存在；圖3c中心2由內(nèi)向外滲碳體明顯增多；圖3d靠近端面外壁珠光體含量為18%，鐵素體減少，初生滲碳體，珠光體及萊氏體增多。
試樣的球化率達(dá)到了3級(jí)的國(guó)標(biāo)要求，靠近內(nèi)壁的球化率為6級(jí)，為管子內(nèi)壁夾渣，雜質(zhì)元素多造成；外壁球化效果較中心和內(nèi)壁好；外壁組織中萊氏體化嚴(yán)重。
管壁的力學(xué)性能差異較大，內(nèi)壁共晶滲碳體，珠光體的分解和轉(zhuǎn)變，使石墨球長(zhǎng)大，組織體積膨脹，導(dǎo)致鑄管徑向尺寸變大，石墨化程度越高，石墨球越容易長(zhǎng)大，從而體積膨脹越大，而滲碳體，珠光體的分解是需要一定的溫度和時(shí)間要求的，分析結(jié)果表現(xiàn)為外壁珠光體與滲碳體轉(zhuǎn)變不徹底，因而，因相變程度不同，體積變化不同，導(dǎo)致管子內(nèi)外壁產(chǎn)生方向相反的內(nèi)應(yīng)力。不同組織的管子在高壓外力作用下，外壁硬而脆的萊氏體強(qiáng)度和韌性都較低，產(chǎn)生斷裂，在整個(gè)鑄管內(nèi)壁受壓強(qiáng)相同的情況下，局部的管壁斷裂會(huì)使此處管壁變薄，應(yīng)力集中，最后形成打爆管，這就是夾層管水壓試驗(yàn)易打爆的主要原因。
2預(yù)防措施
2.1控制合適的碳當(dāng)量加大廢鋼加入量，使廢鋼加入比例達(dá)到7%~10%，硅的控制力求精確，使碳當(dāng)量保持在4.2%~4.3%。
2.2加強(qiáng)退火工藝控制
大小管混退時(shí)按大管參數(shù)控制，進(jìn)涼管時(shí)在熱管的基礎(chǔ)上再多隔兩個(gè)鏈爪。
2.3加強(qiáng)取樣頻次，提高監(jiān)控水平為更好地控制退火質(zhì)量，及時(shí)，準(zhǔn)確，快速地反應(yīng)退火效果，在退火爐后增設(shè)金相快速取樣設(shè)備，取樣頻次由原來(lái)的100支取一個(gè)樣，增加至25支取一個(gè)樣，使金相檢驗(yàn)結(jié)果直接服務(wù)于退火爐，有利于退火參數(shù)的控制與調(diào)整。
3效果
采取措施后，由夾層原因造成的水壓試驗(yàn)打爆管基本杜絕。
（1）將DN800~DN1000球墨鑄鐵管鐵液中鋼加入量控制在7%~10%，碳當(dāng)量控制在4.2%~4.3%范圍，可提高鐵液的流動(dòng)性，使球墨鑄鐵管組織致密，改善球墨鑄鐵管的力學(xué)性能。
（2）大于DN400mm以上規(guī)格的鑄管退火爐控制，加熱2段，保溫1段，保溫2段溫度應(yīng)在960&以上，進(jìn)管間距隨管徑變大逐漸變大，使管子的整個(gè)斷面珠光體與滲碳體轉(zhuǎn)變徹底。
（3）水壓合格率由原來(lái)的96%提高到了98%，內(nèi)在質(zhì)量更加穩(wěn)定，伸長(zhǎng)率也穩(wěn)定在12%~16%；與以前由于夾層原因的水壓爆管占廢管總量的3%相比，僅此一項(xiàng)，年可為公司減少經(jīng)濟(jì)損失近30萬(wàn)元。
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