我国铸铁生产技术现状与发展趋势.docx

我国铸铁生产技术现状与发展趋势摘要介绍了我国铸铁业发展现状，我国铸铁业在企业数量和铸件产量方面都处于主导地位，材质结构持续改善，质量稳步提升，技术含量和附加值逐步提升。分析了我国铸铁业特别是“卜三五”以来取得的重要进展，铸铁材质强度、塑性和韧性持续提高.，铸铁生产技术和检测控制取得长足进步，铸铁件在高铁、核电、机器人等战略新兴产业领域的应用范围逐渐扩大。最后，展望了铸铁生产技术发展趋势，铸铁行业在未来有着光明的前景。1我国铸铁产业现状我国现有铸铁企业1.4万家左右，铸铁件产量占铸件总产量的70%以上，无论企业数量还是铸件产量都处于主导地位，2015-2020年我国铸件及铸铁件产量如图1所示。图12015-2020年我国铸件及铸铁件产量近年来，我国铸铁件的材质结构进一步改善，铸铁件质量稳步提升，产量高位运行，2011-2020年我国铸铁件材质结构变化情况如表1所示。球墨铸铁件在铸件中所占比例由2011年的25.3%增至2020年的29.5%,球墨铸铁与灰铸铁的比值由2011年的0.53上升到2020年的0.70.,表12011-2020年我国铸铁件材质结构变化情况年份铸件产最/Tjt灰快件球爆特铁件球墨铸帙/灰铸铁产试行1占也%产GtZ万t占比仅20114150198047.7105025.305320124250201047.31090256054201344502055461116026105620144620208045.01240268060201545602020443126027.606220164720203543.1132028.006520174840211543.7137528406520184935206541.8141528.7069201948752040419139528606820205195217541.9153029.50.702020年年底，我国部分经济指标已经恢复到疫情前的水平，机械工业也得到快速恢复。受卜.游主机行业的带动，2020年我国铸件总产量达到5195万3同比增长6.6%,其中，灰铸铁产量2175万3同比增长6.6%,占比41.9%：球墨铸铁产量1530万t,同比增长9.7%,铸铁业发展质量稳步提升。1.1 铸铁企业规模逐年扩大，产业集中度逐年提高铸铁企业规模逐年犷大，产业集中度逐年提高，铸铁件单厂产量接近3OOOt/年，高于平均水平，出现了以产品或材料专业化生产且生产规模超过40万t/年的铸铁专业生产厂。据不完全统计，年产10万t以上的铸铁厂有40多家（不包括铸管厂），年产5万t以上的W1.OO多家，排名前4500家规模企业铸件产量占总产量70%以上。1.2 绿色造型制芯技术与装备应用增加3D打印、砂型切削等绿色造型制芯技术与装备的应用逐渐增加（图2）,显著缩短了新产品开发周期，满足了客户个性化和定制化需求。中国机械总院、洛阳一拖、广西玉柴、宁夏共享等精密造型中心为周边提供服务，并不断扩大范围，如烟台冰轮3D打印智能成形工厂从砂芯制作至铸件成形实现了全自动运行。C）中W机板RIKjUft戒旧机（b字系块字砂P3D11印装冬图2绿色造型制芯装备1.3“专精特新”铸铁企业不断涌现随着国际交流的广泛深入，我国铸铁件生产技术基本与世界同步,部分骨干企业的规模、装备和生产技术水平已达到国际水平，涌现了一批数字化引领和绿色化示范铸造企业（图3）,并在国际竞争中取得明显优势。:a广西五朱弟芯<b>烟台冰轮3D打印图3"专精特新"铸铁企业生产现场1.4 铸铁件技术含量和附加值逐步提升随着制造技术的不断提升和突破，铸铁件在航空航天、核电、高铁等重要领域的应用不断增加，高端铸铁件附加值凸显。近年来，上海铸造展览会涌现出一批优质金奖铸件(图4),是我国高端铸件的代表和缩影。()3万千瓦开放式抵压内M(b)微力变邂干图4上海铸造展览会优质金奖铸件1.5 铸铁标准与国际接轨近年来，我国积极地参与铸铁国际标准的制定，新制定的铸铁国际标准ISO945-4：2019铸铁金相组织第4部分：球墨铸铁球化率评定方法由我国负责起草并颁布。2015年发布的GB/T32247-2015低温铁素体球墨铸铁件标准首次规定了QT350-22牌号50°(:和QT400-18A1.牌号-40、-5O°C、-60时的V型缺口试样最小冲击功，高于国际标准，对生产有事要指导意义。2019年对我国2009年发布的球墨铸铁件进行了修订，发布了GB/T1348-2019球墨铸铁件，增加了术语和定义，修改了球墨铸铁的低温冲击性能指标，增加了QT450-18.QT500-14和QT600-10三个高强度高塑性铁素体球墨铸铁牌号，增加了并排浇注试块等。同时，根据国内外铸铁技术的发展,加快了标准的修订工作，如修改采用ISOI85：2020对GB/T94392010灰铸铁件的修订,规定了QT700-10>QT800-6.QT900-5.QT1.OOO-S等高强度高塑性球墨铸铁牌号的团体标准高强度高塑性球墨铸铁件编制，提高多个牌号伸长率和增加QTD1600-1牌号的国家标准等温淬火球墨铸铁件修订等工作也在进行之中，我国铸铁标准发展逐步与国际接轨。2传铁材质强度、塑性和韧性持续提高除产业集中度提升，铸铁业最大的进步体现在铸铁材料的强度和塑韧性持续提高。高碳当量、高强度、高刚度、低应力灰铸铁取得较大进展，并在机床、汽车行业中获得应用；端墨铸铁实现稳定批量生产；低温高韧性铁索体球铁，轨道交通用QT400-18A1.(-60)低温高韧性铁素体球铁生产技术取得突破；硅固溶强化铁素体球铁，近几年在风电中得到应用，牌号QT600-10由试验期进入应用期：高强度高潮性珠光体球铁，在铁模覆砂工艺条件下，球铁材质提升到QT1.OOO-So近些年在铸铁材质的应用与研究方面开展了下列工作。2.1 高强度、高刚度、低应力灰铸铁取得较大进展，在机床、汽车行业中获得应用随着汽车轻量化要求的不断提高，薄壁高强度灰铸铁的应用迅速推进，国内发动机的一些缸体已采用HT300,甚至HT350铸铁制作。通过优化熔炼工艺，成分设计及合金化工艺等措施，解决了缸体材质高强度与高速切削的问题：“高废钢配比+增碳”工艺的合成铸铁在灰铸铁中的应用也日益增多，有效降低有害微量元素、减小收缩和白口倾向。郑州机械研究所等单位开发了高碳当量、高强度、高弹性模量、低应力铸铁件成套技术，应用于高档数控机床用床身铸件，提高了床身的精度及精度保持性。广西玉柴机器股份有限公司在相同生产条件和工艺下向灰铸铁中加入不同量的改性SiCp,发现改性SiCp弥散在晶粒中或晶界处，阻碍了位错的滑移与黎移，同时使灰铸铁的晶粒明显细化，使等强温度下的高温拉伸性能显著提升。清华大学选取了另外一个角度，通过主裂纹密度和裂纹深度两个指标找到了抗拉强度和热导率的最佳组合，发现灰铸铁的热疲劳行为与石墨片周围的氧化基体密切相关，提高热导率并降低裂纹扩展通道是有效提高灰铸铁耐热疲劳性能的方法。2.2 蜻昼铸铁实现稳定批量生产通过采用炉前铁液智能分析、精确加入处理等技术，蠕铁铸件蠕化率稳定控制在80%以上，综合缺陷率和废品率显著降低，牌号提高到了RUT500MPa,应用范围扩大到了高铁制动盘、汽车制动鼓和增压器涡轮等。要求高蠕化率的发动机缸体、缸盖，多采用二步法稳定生产，除引进了国外OCC和SinterCast精确蠕化处理控制技术和设备外，国内研发也开始得到应用。广西玉柴借鉴硅固溶强化铁素体对球铁的强化原理，开发了硅固溶强化铁素体蠕墨铸铁,其力学性能满足国标RuT400-RuT500的要求。2.3 低温高韧性铁索体球星等铁风电、高铁等领域对低温高韧性球铁的力学性能要求越来越高，某些风电装备的球铁件要求-40。C时三个V型缺口试样冲击功平均值要212J:高铁京哈线、哈大线和出口俄罗斯等高寒地带的高铁车关键球铁零部件已要求QT400-18A1.在-50、-60时的冲击功12Jo轨道交通用QT400-18A1.(-60)低温高韧性铁素体球铁生产技术取得突破，通过精细控制，可把塑性一脆性转变温度由-74.3°C降低到-81.3oCo专业厂常州华德80%以上铸件为低温铁素体球铁，此外，锦州捷通、戚空堰工艺所、山东新忠耀、郑州机械研究所等也批量生产低温铁素体球铁。2.4 硅固溶强化铁索体球铁为了降低加工成本，取消热处理和少加合金元素以降低铸件成本,发展了硅强化铁素体球铁。近年来研制的具备高强度和高韧性的QT600-10和QT500-14等硅固溶强化铁素体球铁在风电中得到应用，成功地由试验期进入应用期，宁波日月、江苏吉鑫每年生产1万多吨QT500-14和QT600-10材质铸件，不断满足风电主机朝着大功率的研发方向发展对铸件轻量化的进一步需求。2.5 高强度高塑性珠光体球铸铁随着发动机爆发压力的增加】，普通材质的球墨铸铁曲轴已无法满足增压发动机对曲轴疲劳弯矩的要求，高强度高理性珠光体球铁凭借其强度高、塑性好的优点，经过轴颈滚压强化后，曲轴的结构疲劳强度大幅度提高。2020年，广西玉柴在铁模莅砂工艺条件下成功开发的QT100o-5（图5）,将普通珠光体基体球黑铸铁的力学性能稳定提升到“四位数"强度门槛，其制备工艺完全基于铸造车间生产条件，不添加贵重金属组分，仅通过工艺创新和攻关，解决了材料超高强度和高伸长率的矛盾.，是铸铁材质的一次飞跃。，石影毋I稿枝就，<b>1.体擅削KG图5QT1000-5金相组织2.6 等温淬火球铁（ADI）我国AD1.（包括CAD1.）年产量约20万3工程结构件和抗磨、耐磨件（包括CAD1.磨球和奥贝磨球等）大约各占一半，其中工程结构件包括汽车悬挂件、支架、控制臂、转向节、铁路机械、农机和工程机械零件以及齿轮、曲轴等。随着原辅材料、球铁质量的提高，等温淬火球铁（ADI）由一般代用转为根据ADI性能特点改变设计，轻量化效果显著，应用范围不断犷大，向矿山、农机、工程机械耐磨零件扩展。近年来，国内开展了AD1.低温性能、双相AD1.等温热处理、ADI精细组织及铸态组织对等温热处理性能影响等试驶研究工作，井建立了热处理专业厂（如沏北十堰奥贝科技有限公司、迁西奥帝爱、苏州艾普、长春艾普等），热处理工艺得到进一步发展。2.7 耐高温高像奥氏体球铁扩大应用柴油机功率不断提高，增压器的应用越来越多，气体的排放温度越来越高：当排放温度超过850,增压器壳体、排气歧管等需要用抗冲击性、抗蠕变性能强，耐蚀性、高温抗氧化性能好的高银奥氏体球铁来制造。各国的奥氏体铸铁件标准差异很大，西峡县内燃机进排气管有限责任公司从实际生产出发，提出了其化学成分标准，将D5S的C定为230%,S含量规定为0.03%,P含量规定为605%,由于奥氏体球墨铸铁的残留Mg量偏高，尚未规定标准。依据相应的标准来组织指导生产，高银奥氏体球铁排气歧管已成为西峡县内燃机进排气管有限责任公司的主导产品。2.8 双金属复合材料扩大应用双金属复合材料在重型载重汽车制动鼓、制动盘上扩大应用，显著提高了制动鼓的寿命和安全性。传统的制动盘是灰铸铁材质，整体砂型铸造，驻马店恒久双金属爱合材料制动盘（图6）采用钢-铁复合结构具有安全性好（彻底杜绝脖颈处开裂）和总体重量轻（比传统盘轻20%25%）的优点，减少混砂、造型、制芯、落砂四大工序，更加高效节能、清洁环保。驻马店恒久镶铸法双金属复合材料为20