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近年铸铁冶金技术的发展动向 清华大学 曾大本 2014年10月 ? 铸铁作为一种传统的金属材料在工程材料中占有重要 地位，其产量在铸造合金中达70% 以上，广泛用于国 民经济各部门。2012年，世界铸件产量创新高，达 10083.5万吨（其中：灰铁4599.6万吨，占45.6% ；球 铁2516.7%，占25.0% ） ? 多年来有关铸铁的研究和生产技术一直受到世界各国 相关企业界和学术界的极大关注，以应对激烈的市场 竞争以及协调社会需求和约束，在新材料开发和熔体 处理等方面取得了很大进展。 主要内容： 一、冶金学问题 二、材料研究开发 三、铁液处理技术 四、铸铁件的评价技术 一、冶金学问题 1.锰和硫对铸铁性能的影响 2.高锰灰铸铁中的Mn/S 比 1.锰和硫对铸铁性能的影响 ? 这是美国铸造学会（AFS)2012～2014研究课 题，主旨是：根据热力学的原理，分析、研究 灰铸铁中硫和锰的关系，确立鉄液共晶凝固时 所含活性硫量。 ? 课题目标：①认识锰、硫含量与不同截面厚度 的铸铁件强度之间的关系；②进一步认识锰、 硫含量与石墨组织的关系；③研究如何通过平 衡锰、硫含量以提高厚截面铸铁件的强度。生 产高牌号灰铸铁件时，尽可能不用或少用其他 合金元素；④力求对硫在铸铁生核和共晶凝固 过程中的多种作用有更好的认识。 对硫、锰的在灰铸铁中作用的共识 ? 单独的硫或锰都是阻碍铸铁石墨化的元素，但 硫和锰化合的产物却是铸铁石墨化不可缺失的 条件，由MnS和FeS等多种硫化物组成的复合硫 化物（Mn 、X)S ，却是石墨析出所依托的异质 核心中的主要部分。 ? 在灰铸铁中，硫和锰的亲和力远大于与铁的亲 和力，一般锰含量与硫含量的比为1.71 （两者 原子量比）时，即认为其处于锰硫平衡状态， 可抑制硫负面作用，再超量的锰就起稳定珠光 体、提高灰铸铁强度的作用。 问题的提出 ? 关于锰、硫在铸铁中的作用，早期英国铸铁研 究会（BCIRA)、美国铸造学会(AFS)等都进行 过许多调查和研究，曾提出灰铸铁中超量锰以 0.2～0.3%为宜，但并没有推荐生产企业直接 采用这一数据，因为在不同条件下验证的结果 往往差别很大。各铸造厂的熔炼方式、铸铁中 硫含量、各种残留合金元素等含量都不一致， 所以各厂超量锰的最佳值不尽相同。各厂都应 根据具体条件通过试验，以确定其最合适的锰 量。 ? 在灰铸铁中硫化物的情况很复杂： ①Mn和S的亲和力比Fe和S的亲和力大，但是MnS 和FeS可以互溶，所以在复合硫化物（Mn、Fe)S 中，锰和硫的量都是可变的； ②硫化物和氧化物也可互溶，生成的硫氧复合化合 物可用Fe Mn S O 来表示，其中x、y 、v和w 的 X y v w 值因铸铁的具体条件而改变。 2. 高锰灰铸铁的Mn/S比 ? 日本岩手大学的堀江浩等针对近年来供应 铸造业的废钢Mn量过高的问题，研究了 Mn含量2%、不同碳当量的铸铁，Mn/S 比 对铸铁性能的影响。（以往不少研究报告 表明，灰铸铁中Mn ＞0.7%,就会影响鉄液 凝固过程中石墨的生核，使共晶团数量减 少，石墨粗大，甚至可能析出过冷石墨， 致使铸铁强度降低，故一般灰铸铁锰量都 ＜1.0%）。 ? 研究结果表明：①不同碳当量的灰铸铁 ,Mn/S 比为5 （硫量为0.4% ）时，抗拉强度 很低，随着 Mn/S 比的提高，抗拉强度明显 增加，当 Mn/S 比达20 （硫量为0.1% ）后， 抗拉强度基本上趋于一致，即高锰灰铸铁 中硫量不宜＞0.1%，但也不宜太低；锰量 2%的灰铸铁，在适当控制Mn/S 比条件下， 其抗拉强度可比相同碳当量的常规灰铸铁 高100MPa左右； ? ②Mn/S 比对铸铁的硬度和试片白口深度的影响