CN101525719B

CN101525719B - 金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂

Info

Publication number: CN101525719B
Application number: CN2009100741991A
Authority: CN
Inventors: 王忠民; 张忠诚; 毛磊
Original assignee: Hebei University of Science and Technology
Current assignee: Hebei University of Science and Technology
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: CN101525719A

Abstract

本发明公开了一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂，所述孕育剂的成分及其质量百分比为：稀土3～5％，铋3～5％，钡2～4％，铝6～10％，硅15～20％，镁2～4％，余量为铁；其制备方法为：选取、称量原材料，将原材料混合均匀，并用压制工具压制成型。利用本发明的孕育剂对电炉熔炼的铁液进行孕育处理，能够在较高碳当量的情况下，采用金属型生产薄壁玛钢件时，铸态得到晶粒非常细小的白口组织，高温石墨化退火温度降低，两阶段石墨化时间明显缩短，铸件的力学性能良好。

Description

金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂

技术领域

本发明涉及一种孕育剂，特别是一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂。

背景技术

玛钢，也叫可锻铸铁，除具有较高的强度、伸长率外，最突出的特点是冲击韧度和耐腐蚀性好，适于制造形状复杂、承受冲击的薄壁件及在潮湿空气、炉气和水等介质中工作的零件，如管接头、阀门等。

玛钢的生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经高温和/或低温两阶段长时间石墨化退火，获得可锻铸铁件。为了铸态得到全白口组织以及有效缩短石墨化退火时间，国内外开发了多种孕育剂，广泛采用的有铝-铋、硼-铋、硼-铝-铋、硅-铋、硅-锑、硅-硫、稀土硅铁合金-铋等孕育剂，均取得了一些效果。根据金属结晶和原子扩散理论，玛钢铸态晶粒越细小，碳原子迁移聚集越容易，石墨化时间越短，综合力学性能越好。而细化铸态晶粒的方法很多，主要有增大过冷度、孕育处理和振动搅拌等。采用金属型是增大过冷度最有效的办法之一，并且，增大过冷度，也有利于在铸态下得到白口组织，或者在保证得到白口组织的情况下，可以选择更能有效缩短两阶段石墨化退火时间的化学成分。

在电炉熔化铁液的条件下，对于薄壁的玛钢件采用金属型铸造是可行的，开发与之配套的专用孕育剂，使铸态白口组织的晶粒更加细小，定能更有效降低退火温度，缩短两阶段石墨化时间，节能降耗，降低生产成本，增强企业的市场竞争力。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种在用电炉熔化铁液的条件下，降低石墨化温度、缩短石墨化时间的金属型生产薄壁玛钢件用的孕育剂。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是，一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂，其成分及其质量百分比为：

稀土(RE)3～5％，铋(Bi)3～5％，钡(Ba)2～4％，铝(Al)6～10％，硅(Si)15～20％，镁(Mg)2～4％，余量为铁(Fe)。

其制备方法为：选取、称量原材料；将原材料混合均匀，再用压制工具压制成型。

所述原材料及其质量百分比为：

稀土硅铁合金粉(RE30％，Si40％，余量为Fe，质量百分比，下同)10～17％，金属铋粉3～5％，硅钡合金粉(Ba25％，Si50％，余量为Fe)8～16％，铝粉6～10％，硅铁粉(Si75％，余量为Fe)0～16％，镁粉2～4％，余量为纯铁粉。

所述压制工具为压块机。

所述压制成型是指压制成Φ10×10mm圆柱体颗粒。

本发明的配方中的各化学元素所起的作用机理为：

稀土元素：1)稀土元素是强碳化物形成元素，具有很强的促进铸态白口作用，有效防止玛钢铸态出现灰口或麻口缺陷；2)稀土元素还具有独特的脱氧、脱硫、净化铁液和细化一次晶粒、强化金属基体、改善非金属夹杂物的形状、大小和分布情况等作用，这又对提高铸件的力学性能非常有利；3)在固态石墨化过程中，稀土还能促进渗碳体分解。

铋元素：在铁液结晶过程中强烈促进铸态组织白口化，能有效防止铸态出现灰口或麻口组织，而对两阶段石墨化过程阻碍作用很小。

硅钡合金：钡和硅合金能明显细化奥氏体枝晶，增加退火时的石墨核心。高硅加铋还出现了一种神奇的效果，即在白口组织中出现了FeC型特殊碳化物，而FeC比Fe3C更不稳定，能在较低温度下分解。

铝元素：虽然在一次结晶中具有强烈促进石墨化作用，但通过与铋等强碳化物形成元素的合理搭配可以得到有效抑制。铝在玛钢生产中作为孕育元素的主要贡献在于：1)铝与氧的亲和力非常强烈，所生成的高度弥散的游离氧化铝质点，可以作为退火过程中的石墨核心；2)铝还能显著细化铸态晶粒；3)在石墨化退火过程中，采用低温保温工艺还能明显增加石墨结晶核心，这均有利于加快玛钢两阶段退火的石墨化进程。

镁元素：绝大部分或全部溶入渗碳体中，在石墨化退火过程中强烈促进石墨聚集成团球状，这对缩短石墨化退火时间也十分有利。

采用上述技术方案的有益效果在于：利用本发明的孕育剂对电炉熔炼的铁液进行孕育处理，能够在较高碳当量的情况下，采用金属型生产薄壁玛钢件时，铸态得到非常细小的白口组织，使高温石墨化退火温度降低，两阶段石墨化时间明显缩短，铸件的力学性能良好。本发明的孕育剂采用包底冲入法，即可达到满意的孕育效果，使用方便。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，实施例中的百分比均为质量百分比：

实施例1

所用原材料的质量百分比为：稀土硅铁合金粉(RE 30％，Si 40％，余量为Fe)13.33％，金属铋粉4％，硅钡合金粉(Ba 25％，Si 50％，余量为Fe)12％，铝粉8％，硅铁粉(Si 75％，余量为Fe)7.5％，镁粉3％，余量为纯铁粉。首先将这些原材料混制均匀，然后在压块机上压制成Φ10×10的圆柱颗粒。由此得到了本实施例的孕育剂，各元素的质量百分比约为：稀土(RE)4％，铋(Bi)4％，钡(Ba)3％，铝(Al)8％，硅(Si)17％，镁(Mg)3％，余量为铁(Fe)。

实施例2

本实施例与实施例1的不同在于：生产孕育剂的原材料的质量百分比为，稀土硅铁合金粉(RE 30％，Si 40％，余量为Fe)10％，金属铋粉5％，硅钡合金粉(Ba 25％，Si 50％，余量为Fe)8％，铝粉10％，硅铁粉(Si 75％，余量为Fe)9.5％，镁粉4％，余量为纯铁粉。孕育剂的各元素质量百分比约为：稀土(RE)3％，铋(Bi)5％，钡(Ba)2％，铝(Al)10％，硅(Si)15％，镁(Mg)4％，余量为铁(Fe)。

实施例3

本实施例与实施例1的不同在于：生产孕育剂的原材料的重量百分比为，稀土硅铁合金粉(RE 30％，Si 40％，余量为Fe)16.7％，金属铋粉3％，硅钡合金粉(Ba 25％，Si 50％，余量为Fe)16％，铝粉6％，硅铁粉(Si 75％，余量为Fe)7％，镁粉2％，余量为纯铁粉。孕育剂的各元素质量百分比约为：稀土(RE)5％，铋(Bi)3％，钡(Ba)4％，铝(Al)6％，硅(Si)20％，镁(Mg)2％，余量为铁(Fe)。

实施例4

对比分别加入实施例1、2、3中制备的孕育剂和未加入孕育剂的情况下，在电炉熔炼铁液、金属型铸造的条件下，生产钢管脚手架玛钢扣件的结果。

金属型采用蠕墨铸铁材质，按钢管脚手架玛钢扣件的工艺要求制作，使用时内壁刷涂料。

用250公斤中频感应电炉熔炼铁液，铁液出炉温度为1550℃，采用包底冲入法的孕育处理工艺。分别加入实施例1、2和3中的孕育剂，加入量为0.1％。原铁液的化学成分及质量百分含量为：碳(C)2.6～3.0％，硅(Si)1.6～2.0％，锰(Mn)≤0.3％，硫(S)≤0.2％，磷(P)≤0.06％。

在箱式电阻热处理炉中进行石墨化退火，铸件经装箱密封后随炉加热至430℃时保温2小时，继续升温至820℃保温4小时后，降至720℃保温6小时，之后随炉降至650℃出炉空冷，即可得到铁素体和团絮状石墨的玛钢扣件。

将未加入孕育剂和加入孕育剂的石墨化退火温度、时间作一比较，如表1所示。

表1金属型铸造石墨化退火温度和时间

加入孕育剂情况	高温石墨化退火温度	高温保温时间	低温保温时间
加入孕育剂情况	高温石墨化退火温度	高温保温时间	低温保温时间	未加	960～980℃	5小时	8小时
加入实施例1	820℃	4小时	6小时	未加	960～980℃	5小时	8小时
加入实施例1	820℃	4小时	6小时	加入实施例2	825℃	4小时	6小时
加入实施例3	815℃	4小时	6小时	加入实施例2	825℃	4小时	6小时

表1数据表明：加入本发明的孕育剂后，在铸态得到晶粒细小的白口组织的同时，高温石墨化退火温度降低了115～165℃，两阶段石墨化时间缩短了3小时。

上述试样经力学性能检测，结果表明：采用实施例1、2和3中孕育剂在上述石墨化退火条件下，生产的金属型铸件达到KTH370-12的要求，超过GB15831-2006(钢管脚手架扣件)标准规定的KTH330-08要求。

Claims

1.一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂，其特征在于，所述孕育剂的成分及其质量百分比为：稀土3～5％，铋3～5％，钡2～4％，铝6～10％，硅15～20％，镁2～4％，余量为铁。