CN101403068A - 奥氏体球铁及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
奥氏体球铁及其生产方法，涉及冶金制造技术领域，特别是奥氏体球铁的熔炼技术。包括熔化、精炼、浇注，形成的奥氏体球铁的各成份的质量份分别为：C 2.80～3.00％、Si 2.00～3.00％、Mn 0.50～1.50％、Ni 18.00～22.00％、Cr 1.00～2.50％。本发明工艺合理、易于生产应用，形成的产品力学性能：σb＞370MPa、δ＞7％、σ0.2＞210MPa，抗蠕变性能：当t＝520℃时，当应力达150MPa蠕变速度每1000小时不大于0.10％，高温强度：当t＝700℃时，σb不小于150MPa。产品可用以替代耐热钢，具有耐热、耐腐性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金制造技术领域，特别是奥氏体球铁的熔炼技术。
背景技术
我国耐热及不锈钢铸件每年产量约二十万吨，绝大部分为耐热铸钢和不锈钢件，其中耐热铸铁件22000吨/年，主要是铬、硅、铝硅、高铝铸铁件，其中仅高硅铸铁件就有6000吨/年，它们与奥氏体球铁相比，抗氧化、抗生长性相似，但在抗热性冲击性、高温性能方面，均远不及奥氏体球铁件。
由于奥氏体球铁具有良好的耐高温、抗氧化耐腐蚀性及高温和超低温力学等性能，在国外得到较广泛应用。美、德、日、英、法、前苏联等国用其制作工业用炉、石油、冶金、动力机械、化工......等设备上的铸件，并将其作为常用材料制定了相应的国家标准。我国因在合金材质的选用上尚未规范化，上述很多零部件目前是用耐热钢或不锈钢代替，成本既高且寿命尚不及奥氏体球铁，形成较大的浪费。上世纪八十年代前我国几乎未开展奥氏体球铁的研究，近年来随着与国外贸易技术合作增多，从欧美等国引进的设备或与之合作加工出口的设备上某些配件要求为奥氏体球铁件，为了替代进口，实现配件国产化，有必要深入开发奥氏体球铁件生产。
奥氏体球铁的组织为：奥氏体基体+碳化物(FeCr)3C和石墨。石墨为球状。由于镍能无限溶于铁中，只要有足够的加入量，就可在室温下获得单一的奥氏体组织，通常奥氏体球铁的含Ni量13～32％，并且还含有如Mn，Cr......等合金元素。
发明内容
本发明目的在于发明一种成本低、寿命长的奥氏体球铁。
本发明的奥氏体球铁的各成份的质量份分别为：C2.80～3.00％、Si2.00～3.00％、Mn0.50～1.50％、Ni18.00～22.00％、Cr1.00～2.50％。
本发明另一目的在于发明具有上述特点的奥氏体球铁的生产方法。
本发明方法包括熔化、精炼、浇注，其特点是：熔化时，炉料熔化致95％时，加入烘烤至800℃以上的低碳铬铁，熔清后调整炉内C、Si和Mn含量分别为2.80～3.00％、2.00～3.00％、0.50～1.50％；精炼时，在炉料溶清后，插入FeMn，FeSi，随即另入扩散脱氧剂，然后采用莹石调整炉渣的粘度，调整铁水中Ni和Cr含量分别为18.00～22.00％、1.00～2.50％，铁水温度达到1580～1600℃后出铁水，出铁水前向铁液中插入铝；在预热过的球铁包中放入占铁水重量的1.7％的球化剂和0.6％的孕育剂，并将孕育剂覆盖在球化剂的上面，然后后用与熔化的铁水具有相同材质的金加工铁屑覆盖在孕育剂上面，冲紧后浇注铁水；铁水球化后，在包中搅拌，去渣，再次添加孕育剂，经二次孕育后，在铁水上面撒稻草灰保温；浇注为满流浇注，点浇冒口，浇注后4小时±10分钟，打开盖箱，去除冒口根部型砂，用乙炔火焰热切割冒口，冒口去除后开箱清理，铸件进烘房保温，保温温度为500℃，保温3小时后随炉冷却。
本发明熔化采用具有碱性炉衬的中频感应炉。
投入熔化前的原料经除锈、除砂处理。
投入熔化前的原料块度对角线小于100mm，且经预热后投入熔化。
造渣材料中石灰为新焙烧的石灰，使用前经800℃4小时烘烤保温使用；造渣材料中萤石为粗粉状，在200℃烘烤保温使用。
石灰和萤石的重量比为2∶1。
扩散脱氧剂由Ca-Si粉和Al粉组成，经200～300℃烘烤后保温使用。
装料时，在坩埚底部先装少量碳素废钢和加入1％熔料量的造渣材料。
本发明工艺合理、易于生产应用，形成的产品力学性能：σb＞370Mpa、δ＞7％、σ0.2＞210MPa，抗蠕变性能：当t＝520℃时，当应力达150Mpa蠕变速度每1000小时不大于0.10％，高温强度：当t＝700℃时，σb不小于150MPa。产品可用以替代耐热钢，具有耐热、耐腐性，每吨成本可节约6000～10000元。
具体实施方式
一、熔炼工艺
使用GGW-0.75中频感应炉熔炼
1、炉衬制备：
制备碱性炉衬。原材料，可采用二级电熔镁砂。粘结剂，采用一级工业硼酸，模数为2.2～2.4的水玻璃。
炉衬的打结、烘烤，洗炉，洗炉按基本操作规程进行。
2、金属原材料
各种金属原材料必须除锈、除砂，去除杂质，使用前要经滚筒加工处理，时间不少于100分钟。
各种金属原材料须解体成对角线小于100mm，经烘烤后使用。
3、选渣材料
石灰，要求用新焙烧的石灰，不能夹生夹杂，使用前经800℃4小时烘烤，在红热状态使用。
萤石，要求透明，翠绿色，粗粉状，在200℃烘烤保温使用。
选渣材料中石灰和萤石的重量比为2∶1。
4、扩散脱氧剂
Ca-Si粉和Al粉，经200～300℃烘烤后保温使用。
5、配料和装料
碳：炉料平均含碳量按规格成分的中下限2.85％配入。
磷和硫：炉料平均含磷量应不超过0.035％，平均含硫量应不超过0.03％。
镍：使用电介镍，按18.9％配随炉装入。
硅：按0.8％配入，使用FeSi75。
锰：按1.0％配入，使用FeMn80。
装料：装料前扒净炉内残渣、残铁、装料工作应根据坩埚中的温度区域分布来进行。坩埚底部装很少一部分碳素废钢，接着装电介镍板，在其上面再装余下的碳素废钢。上部炉料不要超过感应圈的高度。为了早期成渣覆盖铁液，在装料时在坩埚底部加入1％熔料量的选渣材料。
6、熔化
炉料熔化到95％时，加入烘烤至800℃的低碳铬铁，熔清后取样分析化学成分，分析C，Si和Mn，并调整使C，Si和Mn含量达到要求。
7、精炼
炉料溶清，插入FeMn，FeSi，然后随即扩散脱氧，采用萤石调整炉渣的粘度，使炉渣具有良好的流动性，调整铁水的化学成分中Ni和Cr含量达到要求。铁水测温，温度达到1580～1600℃(插入式热电偶)符合出铁水要求，出铁水前向铁液中插铝0.8Kg，进行脱氧。
8、铁水包的准备
在预热至800℃的球铁包中放入占铁水重量的1.7％的球化剂和0.6％的孕育剂，而且孕育剂覆盖在球化剂的上面，尔后用与熔化的铁水具有相同材质的金加工铁屑覆盖在孕育剂上面，冲紧。
9、出铁水
铁水球化后，在包中搅拌，去渣，添加余下的0.3％的孕育剂，进行二次孕育，铁水上面撒稻草灰保温。
10、浇注
满流浇注，点浇冒口。
浇注后4小时，掀掉盖箱，去除冒口根部型砂，用乙炔火焰热切割冒口，冒口去除后开箱清理，铸件进烘房保温。温度为500℃，保温3小时后随炉冷却。
二、产品检验和检测物理力学性能、抗蠕变性能和高温强度：
1、力学性能：σb≥389MPa δ≥8％σ0.2≥215MPa
2、抗蠕变性能：在t＝520℃时，当应力达150Mpa蠕变速度每1000小时0.09％。
3、高温强度：当t＝700℃时，σb＝158MPa。
Claims (9)
1、奥氏体球铁，其特征在于其各成份的质量份分别为：C 2.80～3.00％、Si 2.00～3.00％、Mn 0.50～1.50％、Ni 18.00～22.00％、Cr 1.00～2.50％。
2、一种如权利要求1所述的奥氏体球铁的生产方法，包括熔化、精炼、浇注，其特征在于熔化时，炉料熔化约95％时，加入烘烤至800℃以上的低碳铬铁，熔清后调整炉内C、Si和Mn含量分别为2.80～3.00％、2.00～3.00％、0.50～1.50％；精炼时，在炉料溶清后，插入FeMn，FeSi，随即另入扩散脱氧，然后采用莹石调整炉渣的粘度，调整铁水中Ni和Cr含量分别为18.00～22.00％、1.00～2.50％，铁水温度达到1580～1600℃后出铁水，出铁水前向铁液中插入铝；在预热过的球铁包中放入占铁水重量的1.7％的球化剂和0.6％的孕育剂，并将孕育剂覆盖在球化剂的上面，然后用与熔化的铁水具有相同材质的金加工铁屑覆盖在孕育剂上面，冲紧后出铁水；铁水球化后，在包中搅拌，去渣，再次添加孕育剂，经二次孕育后，在铁水上面撒稻草灰保温；浇注为满流浇注，点浇冒口，浇注后4小时±10分钟，打开盖箱，去除冒口根部型砂，用乙炔火焰热切割冒口，冒口去除后开箱清理，铸件进烘房保温，保温温度为500℃，保温3小时后随炉冷却。
3、根据权利要求2所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于熔化采用具有碱性炉衬的中频感应炉。
4、根据权利要求2所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于投入熔化前的原料经除锈、除砂处理。
5、根据权利要求2或4所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于投入熔化前的原料块度对角线小于100mm，且经预热后投入熔化。
6、根据权利要求2所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于造渣材料中石灰为新焙烧的石灰，使用前经800℃4小时烘烤保温使用；造渣材料中萤石为粗粉状，在200℃烘烤保温使用。
7、根据权利要求6所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于石灰和萤石的重量比为2∶1。
8、根据权利要求24所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于扩散脱氧剂由Ca-Si粉和Al粉组成，经200～300℃烘烤后保温使用。
9、根据权利要求24所述的奥氏体球铁的生产方法，其特征在于装料时，在坩埚底部先装少量碳素废钢和加入1％熔料量的造渣材料。
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