CN101775532B - 一种无稀土铁素体球铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁素体球铁,本发明还公开了一种采用冲入法制备铁素体球铁的工艺。按照本发明提供的技术方案,所述铁素体球铁包含如下重量百分含量的各组份:C含量为3.6%~3.9%,Si含量为1.7%~3.0%,Mn含量为0.1%~0.4%,Mg含量为0.035%~0.045%,稀土<0.001%,杂质元素为P和S,控制杂质中P含量≤0.040%,控制杂质中S含量≤0.012%,其余为铁。本发明的铁素体球铁延伸率和低温冲击值达到并超过了标准要求值,而且保证抗拉强度和屈服强度也达到了要求,制备方法简单易行。
Description
技术领域
本发明公开了一种应用无稀土球化剂制备铁素体球铁的工艺。
背景技术
高效、环保、安全、可再生的风能事业是我国未来能源发展的重要方向之一。大型风电用轮毂、底座等均为铁素体球铁铸件,由于这些铸件冷却速度非常缓慢,凝固时间长,石墨球容易发生畸变,使球铁件的韧性、塑性大大降低。作为判断材质合格的依据,现在不仅性能要达到要求,对石墨形态和基体组织也有了更高的要求。这就促使我们通过熔炼工艺研究来在改善石墨形态的同时,达到性能。
(1)球化剂的选用应根据熔炼设备的不同,即出铁温度及铁液的纯净度(如含硫量、氧化程度等)而定。我国最常用的是稀土镁硅铁球化剂(稀土:0.5-20%,Mg:5-12%,Si:35-45%,其余为铁),采用这种球化剂处理时,由于合金中含硅量较高,可显著降低球化处理时反应的剧烈程度。当炉料中干扰元素含量较高时,选用稀土含量较高的稀土硅铁镁合金。如炉料的纯净度高,则可用不含稀土的纯镁或稀土<0.05%的硅铁镁合金做球化剂。稀土有抵消中和反球化干扰元素的作用,并间接地起球化作用,但在厚大铸件中,稀土残余量高时,容易造成碎块状石墨增多,心部石墨发生变异,这就使得铸件的韧性、塑性大大降低。对于韧性(延伸率≥12%、平均低温冲击功≥10J)要求高的风电类铸件是不适用的。风电铸件采用铁素体基体的球铁材质,球墨铸铁的基体一般以铁素体为主,允许少量珠光体,铁素体基体的球铁一般要求基体中珠光体的含量小于10%,大型风力发电采用铁素体球铁要求珠光体含量不超过7%。
(2)结合国情,由于我国铁质差、含硫量高(冲天炉熔炼)和出铁温度低,所以加入稀土。我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作,发现稀土元素对常用的球墨铸铁成分(C3.6~3.8wt%,Si2.0~2.5wt%)来说,很难获得同镁球墨铸铁那样完整均匀的球状石墨;而且,当稀土量过高时,还会出现各种变态形的石墨,白口倾向也增大。
(3)以前制作无稀土球铁的主要方法为压力加镁球化处理法,对解决芯部碎块状石墨问题比较有效,延伸率提高较多。但由于残余镁量较高,夹杂物较多,也影响了部分性能的提高。另一方面,因对压力加镁包的安全可靠性要求高,球化以后的孕育处理比较困难等因素而难以推广应用。
公司采用冲天炉和电炉双联熔炼,利用冲天炉的正常烧损,原铁水中杂质元素含量下降,经脱硫处理后,S含量比较低(S<0.012%),因而我们采用稀土<0.05%的无稀土球化剂进行冲入法处理。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足,提供一种延伸率和冲击值达到并超过了标准要求值、而且保证抗拉强度和屈服强度也达到了要求的铁素体球铁。
本发明的另一目的是提供一种上述铁素体球铁的球化处理工艺。
按照本发明提供的技术方案,所述铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份:C含量为3.6%~3.9%,Si含量为1.7%~3.0%,Mn含量为0.1%~0.4%,Mg含量为0.035%~0.045%,稀土<0.001%;控制P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余为铁。
制备权利要求1所述铁素体球铁的工艺包含如下步骤:
将已经在冲天炉中熔化并经炉外脱硫处理后的铁水,再经过转包加入电炉升温增碳处理,使铁水温度升至1450~1480℃出炉进入浇包,在浇包内采用稀土<0.05%的无稀土球化剂冲入法进行球化、孕育处理;
在球化、孕育处理时:先将无稀土球化剂放入浇包内,球化剂的加入量为铁水重量的1.1%~1.3%;再加入占铁水重量0.2~0.3%的75硅铁作为覆盖剂;将铁水冲入浇包内,球化反应温度为1400~1430℃,球化时间为60~100秒;在球化结束时,再将孕育剂加入浇包内,孕育剂的加入量为铁水重量的0.4%~0.6%;所述孕育剂中Si的重量百分含量为73.0%~78.0%,其余为铁;
在所述球化剂中:Mg的重量百分含量为6.0%~9.0%,稀土<0.05%,Si的重量百分含量为40.0%~46.0%,其余为铁;
最终使大断面铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份:C含量为3.6%~3.9%,Si含量为1.7%~3.0%,Mn含量为0.1%~0.4%,Mg含量为0.035%~0.045%,稀土<0.001%,P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余为铁。
本发明的铁素体球铁延伸率和低温冲击值达到并超过了标准要求值,而且保证抗拉强度和屈服强度也达到了要求,制备方法简单易行。
附图说明
图1是实施例1的大断面铁素体球铁的金相照片。
图2是实施例2的大断面铁素体球铁的金相照片。
图3是实施例3的大断面铁素体球铁的金相照片。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
10吨熔融的铁水在冲天炉外经脱硫处理后经中转包加入电炉升温,将铁水温度升至1450℃出电炉,在浇包内进行球化、孕育处理;
球化、孕育处理:将升温后的铁水共计5吨倒入浇包内进行球化、孕育处理,球化反应温度为1400℃,根据倒入的铁水重量确定球化剂的加入量,球化剂的重量为铁水的重量的1.1%,球化剂的加入量合55kg,采用球化剂中Mg的重量百分含量为6.0%,计3.3kg,Si的重量百分含量为40.0%,计22kg,其余为铁。并根据倒入的铁水重量称取铁水重量0.3%的75SiFe作为覆盖,计15kg,将球化剂以冲入法加入到铁水中,球化时间为60秒;根据倒入的铁水重量称取孕育剂的重量,孕育剂的加入量为铁水重量的0.4%,合20kg,控制孕育剂中Si的重量百分含量为73.0%,合14.6kg,其余为铁,孕育剂在球铁反应后期分散加入铁水包中。
经检测,该铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份:C含量为3.61%,Si含量为1.73%,Mn含量为0.19%,Mg含量为0.035%,稀土<0.001%,P含量0.037%,S含量0.010%,其余为铁。
由图1金相照片可以看出:无稀土球化剂加入量为1.1%,基本不存在变异石墨,石墨球也比较圆整。
其性能见表1。
表1
实施例2
10吨熔融的铁水在冲天炉外经脱硫处理后经中转包加入电炉升温,将铁水温度升至1470℃出电炉,在浇包内进行球化、孕育处理;
球化、孕育处理:将升温后的铁水共计5吨倒入浇包内进行球化、孕育处理,球化反应温度为1420℃,根据倒入的铁水重量确定球化剂的加入量,球化剂的重量为铁水的重量的1.2%,球化剂的加入量合60kg,采用球化剂中Mg的重量百分含量为6.0%,计3.6kg,Si的重量百分含量为40.0%,计24kg,其余为铁。并根据倒入的铁水重量称取铁水重量0.3%的75SiFe作为覆盖,计15kg,将球化剂以冲入法加入到铁水中,球化时间为80秒;根据倒入的铁水重量称取孕育剂的重量,孕育剂的加入量为铁水重量的0.5%,合25kg,控制孕育剂中Si的重量百分含量为75.0%,合18.75kg,其余为铁,孕育剂在球铁反应后期分散加入铁水包中。
经检测,该铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份:C含量为3.72%,Si含量为2.44%,Mn含量为0.31%,Mg含量为0.045%,稀土<0.001%,P含量0.037%,S含量0.010%,其余为铁。
由图1金相照片可以看出:无稀土球化剂加入量为1.2%,基本不存在变异石墨,石墨球也比较圆整。
其性能见表1。
表2
实施例3
10吨熔融的铁水在冲天炉外经脱硫处理后经中转包加入电炉升温,将铁水温度升至1480℃出炉,在浇包内进行球化、孕育处理;
球化、孕育处理:将升温增碳处理后的铁水5吨倒入浇包内进行球化、孕育处理,球化反应温度为1430℃,根据倒入的铁水重量确定球化剂的加入量,球化剂的重量为铁水的重量的1.3%,计65kg,控制Mg的重量百分含量为9.0%,计5.85kg,Si的重量百分含量为46.0%,计29.9kg,其余为铁。并根据倒入的铁水重量称取铁水重量0.2%的75SiFe作为覆盖,计10kg,将球化剂以冲入法加入到铁水中,球化时间为100秒;根据倒入的铁水重量称取孕育剂的重量,孕育剂的加入量为铁水重量的0.6%,共计30kg,控制孕育剂中Si的重量百分含量为78.0%,计23.4kg,其余为铁,孕育剂在球铁反应后期分散加入铁水包中。
经检测,该大断面铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份:C含量为3.89%,Si含量为2.95%,Mn含量为0.37%,Mg含量为0.045%,稀土<0.001%,P含量0.036%,S含量≤0.009%,其余为铁。
由图2金相照片可以看出:无稀土球化剂加入量为1.3%,基本不存在变异石墨,石墨球也很圆整。
其性能见表2。
表3
通过表1和表2可以看出:无稀土球化剂加入量为1.1-1.3%时,不仅延伸率和冲击值达到并超过了标准要求值,而且抗拉强度和屈服强度也达到了要求。
Claims (2)
1.一种铁素体球铁,其特征在于,所述铁素体球铁的重量百分含量的各组份为:C含量为3.6%~3.9%,Si含量为1.7%~3.0%,Mn含量为0.1%~0.4%,Mg含量为0.035%~0.045%,稀土<0.001%;控制P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余为铁。
2.制备权利要求1所述铁素体球铁的工艺,其特征是所述工艺包含如下步骤:
将已经在冲天炉中熔化并经炉外脱硫处理后的铁水,再经过转包加入电炉升温增碳处理,使铁水温度升至1450~1480℃出炉进入浇包,在浇包内采用稀土<0.05%的无稀土球化剂冲入法进行球化、孕育处理;
在球化、孕育处理时:先将无稀土球化剂放入浇包内,球化剂的加入量为铁水重量的1.1%~1.3%;再加入占铁水重量0.2~0.3%的75硅铁作为覆盖剂;将铁水冲入浇包内,球化反应温度为1400~1430℃,球化时间为60~100秒;在球化结束时,再将孕育剂加入浇包内,孕育剂的加入量为铁水重量的0.4%~0.6%;所述孕育剂中Si的重量百分含量为73.0%~78.0%,其余为铁;
在所述球化剂中:Mg的重量百分含量为6.0%~9.0%,稀土<0.05%,Si的重量百分含量为40.0%~46.0%,其余为铁;
最终使大断面铁素体球铁中重量百分含量的各组份为:C含量为3.6%~3.9%,Si含量为1.7%~3.0%,Mn含量为0.1%~0.4%,Mg含量为0.035%~0.045%,稀土<0.001%,P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余为铁。
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