球化级别

球墨铸铁提高球化率的工艺实用方案国内普通球墨铸铁铸件的球化级别要求达到4级以上，(即球化率70%，)一般铸造厂达到的球化率为85%左右。

近年来，随着球墨铸铁生产的发展，尤其是在风电铸件生产和铸件质量要求较高的行业，要求球化级别达到2级，即球化率达到90%以上。

笔者公司通过对QT400-15原采用的球化、孕育处理工艺以及球化剂、孕育剂进行分析、改进，使球墨铸铁的球化率达到了90%以上。

1、原生产工艺原生产工艺：熔炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉;QT400-15原铁液成分为ω(C)=3.75%~3.95%、、ω(Si)=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω(P)≤0.07%、ω(S)≤0.035%;球化处理所用球化剂为1.3%~l.5%的RE3Mg8SiFe合金;孕育处理所用孕育剂为0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。

球化处理采用两次出铁冲入法：先出铁55%~60%，进行球化处理，然后加入孕育剂，再补加其余铁液。

由于球化、孕育采用传统的方式，用25 mm厚的单铸楔形试块检测得到的球化率一般在80%左右，即球化级别3级。

2、提高球化率的试验方案为提高球化率，对原来的球化和孕育处理工艺进行了改进，主要措施是：增大球化剂和孕育剂加入量、净化铁液、脱硫处理等。

球化率仍然采用25 mm的单铸楔形试块进行检测，具体方案如下：(1)分析原工艺球化率偏低的原因，曾认为是球化剂用量较少，故将球化剂加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%，但球化率并未达到要求。

(2)另一种猜测是认为球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起，因而试验加大孕育剂量，由0.7%~0.9%增加到1.1%，球化率亦未达到要求。

(3)继续分析认为铁液夹杂较多、球化干扰元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而对铁液进行高温净化，高温净化温度一般控制在1 500±10℃，但其球化率仍未突破90%。

(4) ω(S)量高严重消耗球化剂量并加速球化衰退，因此增加脱硫处理，将原铁液ω(S)量从原来的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也只达到86%。

低合金钢管道珠光体球化及安全状况等级评定摘要：本文对珠光体球化相关知识进行介绍，并结合实践结果对在用工业管道安全状况等级评定提出合理化建议。

关键词：珠光体球化安全等级评定低合金耐热钢作为火力发电厂的常用材料，在热力设备中得到广泛的应用。

在长期运行中由于高温及应力作用，会造成管道组织的不断老化和宏观性能的逐渐劣化。

本文主要谈谈珠光体球化及其在在用工业管道定期检验中的安全状况等级评定。

1 金属珠光体球化1.1 珠光体球化的概念珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，具有良好的机械性能能。

珠光体球化是指珠光体中的碳化物相在使用中逐渐变为球状，即片状珠光体中的碳化铁由于趋向稳定而由片状自行转变成球状，又由于大球状比小球状表面能低，小球状碳化铁聚集成大的球状碳化铁。

发生球化的程度一般可分为未球化、轻度球化、中度球化、完全球化和严重球化。

1.2 影响珠光体球化的主要因素片状碳化铁能否球化，取决于铁、碳的扩散能力，即在足够高的温度下长时间运行后，就会使钢中碳和铁原子有足够的动力学条件发生聚集球化，所以温度、时间及化学成分是影响球化的主要因素。

1.3 珠光体球化的危害球化后钢材的室温强度、高温强度、持久强度和硬度都会有不同程度的降低。

特别是当碳化铁扩散分布到铁素体晶界上时，即达到完全球化程度后，还会致使冲击韧性急剧下降。

如果球化后还伴有裂纹、蠕变、石墨化等缺陷时其危害性更大。

2 安全状况等级评定2.1 国家相关法规及规定国家质检总局《在用工业管道定期检验规程》明确规定：工业管道的安全状况，用安全状况等级来表示，安全状况等级划分为1级、2级、3级、4级。

第四十五条管道组成件的材料发生轻度球化，可评为2级，当发生中度球化或更严重球化时则评为3级或4级。

2.2 实践过程2.2.1 经上网查阅四川省自贡鸿鹤化工股份有限公司对珠光体球化的发展进行了跟踪检验。

对初次评判为“中度球化”的管道连续四年进行4次定期检验，经同一检验单位在同一部位进行金相复查和硬度检测，均未发现“完全球化”和硬度下降的现象；对初次评判为“轻度球化”的管道也按要求进行了金相复查，其中一处球化程度由“轻度”转变成了“中度”，晶粒度和硬度没有明显变化。

铸铁牌号及表示方法：（根据GB5612-85）各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。

当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。

同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。

铸铁名称，代号及牌号表示方法铸铁名称...............代号牌号.....................实例灰铸铁......................HT.........................HT100蠕墨铸铁..................RuT........................RuT400球墨铸铁..................QT.........................QT400-17黑心可锻铸铁...........KHT........................KHT300-06白心可锻铸铁...........KBT........................KBT350-04珠光体可锻铸铁.......KZT........................KZT450-06耐磨铸铁..................MT.........................MT Cu1PTi-150抗磨白口铸铁...........KmBT....................KmBTMn5Mo2Cu抗磨球墨铸铁...........KmQT....................KmQTMn6冷硬铸铁..................LT...........................LTCrMoR耐蚀铸铁..................ST..........................STSi15R耐蚀球墨铸铁...........SQT.......................SQTAl15Si5耐热铸铁..................RT..........................RTCr2耐热球墨铸铁..........RQT........................RQTA16奥氏体铸铁..............AT.........................----...牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。

球化分级(摘自GB/T9441-1988) 发布时间：2007-3-1 13:34:34 浏览次数：4球化分级说明球化率/%1级石墨呈球状,少量团状,允许极少量团絮状》952级石墨大部分呈球状,余为团状和极少量团絮状90-<953级石墨大部分呈团状和球状,余为团絮状,允许有极少量蠕虫状80-<904级石墨大部分呈团絮状和团状,余为球状和少量蠕虫状70-<805级石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团状、团絮状60-<706级石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状资讯来源：国家标准化管理委员会发布人：国际铸业咨询单铸试块的力学性能(摘自GB/T1348-1988) 发布时间：2007-3-1 12:17:46 浏览次数：5单铸试块的力学性能(摘自GB/T1348-1988)牌号抗拉强度σ/Mpa屈服强度σ/Mpa断后伸长率σ/Mpa供参考最小值硬度HBS 主要金相组织QT400-18 400 250 18 130-180 铁素体QT400-15 400 250 15 130-180 铁素体QT450-10 450 310 10 160-210 铁素体QT500-7 500 320 7 170-230 珠光体+铁素体QT600-3 600 370 3 190-270 珠光体+铁素体QT700-2 700 420 2 225-305 珠光体QT800-2 800 480 2 245-335 珠光体或回火组织QT900-2 900 600 2 280-360 贝氏体或回火马氏体资讯来源：国家标准化管理委员会发布人：国际铸业咨询网3强化熔化及球化孕育工艺，引进和推广包外孕育工艺。

3.1冲天炉在熔炼之前，必须要根据铸件要求进行配料计算，而配料计算的基础是必须先知道铸件所需的化学成份以及原材料（生铁、回炉铁、废钢、铁合金等）的化学成份，同时要根据以往的熔炼经验得出各元素的烧损率。

一般是碳、硫增加，硅锰烧损。

火电厂用20号钢珠光体球化评级标准前言本标准是根据原电力工业部1995年电力行业标准计划项目(技综［1995］44号文)的安排制订的。

制订本标准的目的，是为了保证火力发电厂金属技术监督范围内的各种碳钢部件的运行安全。

碳素钢系列在电力工业中有着广泛的应用，而该系列中的20号钢，更是电站锅炉许多重要部件的主要用材。

按GB 3087标准供货的20号钢无缝钢管用于制造低、中压锅炉管件，按GB 5310标准供货的20G无缝钢管用于制造高压和更高蒸汽参数的锅炉管件。

一般来说，20号钢主要用于壁温不超过450℃的锅炉受热面管、蒸汽管道和集箱。

国外锅炉管件材料中，与按GB 5310标准供货的20G钢管相类似的主要有德国的St45.8/Ⅲ和日本的STB42钢管。

美国用SA 106B作锅炉联箱和管道，用SA 210A-1作水冷壁、过热器及再热器管。

20号钢在高温长期使用过程中，其组织中的珠光体会发生球化现象，即珠光体中的渗碳体(碳化物)形态由最初的层片状逐渐转变成球状，材料的力学性能也随之下降。

球化现象的产生是因为层片状渗碳体的表面能较高，它总是要向能量低的球状渗碳体形状转变。

在常温下，由于原子的扩散速度非常缓慢，即使使用很长时间，也不易觉察到这种转变过程。

随着温度的提高，原子扩散速度加快，球化过程就变得明显，性能渐趋劣化。

因此，长期以来20号钢组织中的珠光体球化程度常被广泛地用作使用可靠性的评定判据之一。

本标准的附录A、附录B都是标准的附录。

本标准的附录C、附录D、附录E、附录F、附录G都是提示的附录。

本标准由中国电力企业联合会标准化部提出。

本标准由国家电力公司电站金属材料标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：华东电力试验研究院。

本标准主要起草人：励德成、徐俊、卜永康、沈金坤、刘琦。

本标准由国家电力公司电站金属材料标准化技术委员会负责解释。

1 范围本标准规定了火电厂用20号钢珠光体球化的评级方法。

本标准适用于按GB 3087、GB 5310标准供货的20号钢火电厂管道、管件在高温下长期使用后的珠光体球化等级评定，也适用于用20号钢钢板、条钢、型钢制造的构件在高温下长期使用后的珠光体球化等级评定。

根据GB9441-88，判定加入微量合金元素Mo后的球化级别：
（1）按石墨的面积率划分石墨形态，面积大于或等于0.81为球状石墨；面积率为0.80-0.61为团状始末；面积率为0.60-0.41为团絮状石墨；面积率为0.40-0.10为蠕虫状石墨；面积率小于0.10为片状石墨。

（2）根据石墨的形态及其分布和球化率，参考其对机械性能影响的趋势和工艺特点，将球化分为六级（见表）。

表球化分级
根据GB9441-88石墨大小的球化分级如表。

表石墨大小分级mm
球化级别说明
1级石墨呈球状，少量团状，允许极少量团絮状，球化率不低于95%
2级石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率90%到小于95%
3级石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，允许有极少量蠕虫状，球化率80%小于90% 4级石墨大部分呈团絮状和团状，余为球状和少量蠕虫状，球化率70%到小于80%
5级石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状、球化率60%到小于70%
6级石墨呈聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状
级别石墨直径（100×）
3级＞25～50
4级＞12～25
5级＞6～12
6级＞3～6
7级＞1.5～3
8级≤1.5。

石墨的球化率及球化级别图131001 100×图131002 100×图131003 100×图131004 100×图131003 100×图131004 100×图号：131001～131006 浸蚀剂：未浸蚀材料名称：球墨铸铁处理情况：铸态组织说明：图131001：图中石墨呈球状，少数团状，球化率为≥95%，球化级别为1级。

图131002：图中石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率为90%～＜95%，球化级别为2级。

图131003：图中石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，球化率为80%～＜90%，球化级别为3级。

图131004：图中石墨大部分呈团絮状和团状，少量蠕虫状，球化率为70%～＜80%，球化级别为4级。

图131005：图中石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状，球化率为60%～＜70%，球化级别为5级。

图131006：图中石墨呈聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状，球化级别为6级。

球化率及球化级别按照GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为6级。

首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5个视场，以其中3个最差视场的多数对照级别图谱评定。

提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。

球化处理方法：采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。

采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达50%以上，且可解决烟尘问题。

孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用75硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。

倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。

5级球化和6级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主， 5级球化是蠕虫状石墨呈分散分布；6级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。

两者主要区别如下：(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集；蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。

石墨的球化率及球化级别图131001 100×图131002 100×图131003 100×图131004 100×图131003 100×图131004 100×图号：131001～131006 浸蚀剂：未浸蚀材料名称：球墨铸铁处理情况：铸态组织说明：图131001：图中石墨呈球状，少数团状，球化率为≥95%，球化级别为1级。

图131002：图中石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率为90%～＜95%，球化级别为2级。

图131003：图中石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，球化率为80%～＜90%，球化级别为3级。

图131004：图中石墨大部分呈团絮状和团状，少量蠕虫状，球化率为70%～＜80%，球化级别为4级。

图131005：图中石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状，球化率为60%～＜70%，球化级别为5级。

图131006：图中石墨呈聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状，球化级别为6级。

球化率及球化级别按照GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为6级。

首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5个视场，以其中3个最差视场的多数对照级别图谱评定。

提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。

球化处理方法：采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。

采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达50%以上，且可解决烟尘问题。

孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用75硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。

倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。

5级球化和6级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主， 5级球化是蠕虫状石墨呈分散分布；6级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。

两者主要区别如下：(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集；蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。