CN102102136B - 铸态高韧性铁素体球墨铸铁生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其成分为:C:3.75~3.85质量%、Si:1.8~2.2质量%、Mn:0.08~0.3质量%、P:<0.03质量%、S:<0.015质量%、RE:0.015~0.035质量%、Mg:0.04~0.06质量%,余量为铁及不可避免的微量杂质;其具有高韧性,铁素体量和球化率均很高,并且其低温性能好,特别适合于制作风电铸件。本发明还公开了一种上述铸铁的生产方法,其步骤是先对对生铁、废钢和石墨增碳剂进行熔炼,然后加入球化剂、预处理剂、孕育剂进行炉前处理;其生产成本低、生产周期短。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸铁材料及其生产方法,特别是一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁及其生产方法。
背景技术
传统的球墨铸铁高韧性材料是在原铁液低硅、低锰的条件下,终硅量较高的前提下,经过炉前大量孕育处理获得。但其试棒性能并不稳定,往往需要经过石墨化退火处理。该材料用于制作风电铸件,风电铸件材料有低温性能要求,硅量偏高严重影响其性能。风电铸件属厚壁件,材料大部分采用EN1563标准的EN-GJS-400-18LI-LT和EN-GJS-350-22U-LT,要求组织中铁素体量>90%、球化率>90%,除了要求常规性能指标外,还有低温(-20℃或-40℃)性能要求。而目前,厚壁球铁件因冷却速度缓慢,铸造时易产生系列问题,如球化、孕育衰退、组织粗大、石墨球数减少,形成碎块状石墨。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其具有高韧性,铁素体量和球化率均很高,并且其低温性能好,特别适合于制作风电铸件。
本发明的另一目的是提供一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁生产方法,其生产成本低、生产周期短,用其生产的球墨铸铁材料质量稳定,能达到风电铸件材料标准要求。
本发明的技术方案是:一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其包括如下工艺步骤:
一、熔炼
A、取炉料,炉料的成分为:生铁、废钢和石墨增碳剂;
B、向中频感应电炉中加入生铁启炉熔炼,生铁熔清后加入废钢及石墨增碳剂,炉内铁液温度为1420±10℃;然后停电、扒渣、取炉前试样,检测C、Si、Mn、P、S含量,根据检测结果,调整炉内铁液中Si和Mn的含量,使炉内铁液中Si和Mn的含量分别不低于0.4质量%和0.1质量%;
C、将炉内铁液温度再升至1420±10℃,停电、保温静置,铁液出炉前进行扒渣,然后将炉内铁液温度升至1480±10℃,铁液准备出炉进入球化包;
二、炉前处理
A、在球化包的一侧加入球化剂,球化剂的加入量为相当于要出炉的铁液的质量的1.25~1.35%,在球化剂上面覆盖相当于要出炉的铁液的质量的0.25~0.35%的孕育剂325,再加入相当于要出炉的铁液的质量的0.05~0.15%的石墨增碳剂,用铁板将加入的合金覆盖;
B、在球化包的另一侧加入相当于要出炉的铁液的质量的0.25~0.35%的预处理剂,再将炉内的铁液快速对着球化包内放置预处理剂的一侧冲入;
C、在将要出炉的全部铁液的多半已经冲入了球化包后,在剩余的小半铁液出炉时,随着铁液进入球化包陆续加入相当于要出炉的铁液的质量的0.55~0.65%的孕育剂325,进行孕育;
D、用扒渣耙对球化包内的铁液进行搅拌,促进孕育剂的溶解,随后添加除渣剂进行扒渣;浇注前,再次添加除渣剂进行扒渣;扒渣后浇注,浇注倒铁液时,随铁液流再加入0.15~0.25%的孕育剂400,进行孕育;制得铸态高韧性铁素体球墨铸铁;
废钢:为碳素钢,其成分为:C:≤0.3质量%、Mn:≤0.3质量%、P:<0.03质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质;
球化剂的成分及特性为:Si:40~50质量%、Mg:6.9~7.0质量%、Ca:1.5~2.5质量%、RE:1.0~1.5质量%、AL: <1.0质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度:5~25mm>80质量%;
预处理剂的成分及特性为:Si:60~67质量%、AL:0.8~1.7质量% Ca:0.4~1.7质量% Ba:7.0~11.0质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度为:2~6mm>90质量%;
孕育剂325的成分及特性为:Si:72~78质量%、AL:0.5~1.5质量%、Ca:1.0~2.0质量%、Ba:2.0~3.0质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度为:3~8mm;
孕育剂400的成分及特性为:Si:68~75质量%、AL:<1.5质量%、Ca:<2质量%、Ba:0.5~2.5质量%、RE:<1.2质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度为:0.2~0.7mm;
除渣剂包含有如下成分:SiO2:74.0~74.4质量%、AL2O3:12.7~13.1质量%、Fe2O3:0.8~1.2质量%、CaO:0.7~0.9质量%、MgO:0.08~0.12质量%、K2O:4.3~4.7质量%、Na2O:3.0~3.4质量%。
本发明的进一步的技术方案是:所述的第一步A项的炉料的成分配比为:生铁67.5~71.5质量%、废钢27.75~31.75质量%、石墨增碳剂0.73~0.75质量%。
本发明的再进一步的技术方案是:所述的第一步A项的炉料的成分配比为:生铁69.26质量%、废钢30质量%、石墨增碳剂0.74质量%。
本发明的还进一步的技术方案是:第二步A项球化剂、孕育剂325、石墨增碳剂的加入量分别相当于要出炉的铁液的质量的1.3%、 0.3%、0.1%;第二步B项预处理剂的加入量相当于要出炉的铁液的质量的0.3%;第二步C项孕育剂325的加入量相当于要出炉的铁液的质量的0.6%;第二步D项孕育剂400的加入量相当于要出炉的铁液的质量的0.2%。
本发明的进一步的技术方案是:所述的除渣剂包含有如下成分:SiO2:74.2质量%、AL2O3:12.9质量%、Fe2O3:1.0质量%、CaO:0.8质量%、MgO:0.1质量%、K2O:4.5质量%、Na2O:3.2质量%。
本发明的另一技术方案是:一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其成分为:C:3.75~3.85质量%、 Si:1.8~2.2质量%、Mn:0.08~0.3质量%、P:<0.03质量%、S:<0.015质量%、RE:0.015~0.035质量%、Mg:0.04~0.06质量%, 余量为铁及不可避免的微量杂质。
本发明的进一步的另一技术方案是:一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其成分为:C:3.75质量%、 Si:1.8质量%、Mn:0.08质量%、P:<0.03质量%、S:<0.015质量%、RE:0.015质量%、Mg:0.04质量%, 余量为铁及不可避免的微量杂质。
本发明的再进一步的另一技术方案是:一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其成分为:C: 3.85质量%、 Si: 2.2质量%、Mn: 0.3质量%、P:<0.03质量%、S:<0.015质量%、RE: 0.035质量%、Mg: 0.06质量%, 余量为铁及不可避免的微量杂质。
本发明的再进一步的另一技术方案是:一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其成分为:C: 3.8质量%、 Si: 2.0质量%、Mn: 0.2质量%、P:<0.03质量%、S:<0.015质量%、RE: 0.02质量%、Mg: 0.05质量%, 余量为铁及不可避免的微量杂质。
本发明的再进一步的另一技术方案是:其物理特性为:抗拉强度>=375N/mm2 ;屈服强度>=240N/mm2 ;延伸率22~27%;-20℃时的V型缺口冲击功为14.6~17.6J;-40℃时的V型缺口冲击功为12.5~16.1J;球化率为92~95%;石墨大小为6级或7级;组织:F+5%P或F+<5%P。
本发明用到的主要符号及名称解析如下:
C:碳;Si:硅;Mn:锰;P:磷;S:硫;AL:铝;Ba: 钡;Fe:铁;
RE:全称Rare Earth,指稀土元素(Rare Earth Element);稀土元素就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素。
本发明与现有技术相比具有如下特点:
1、本发明的得到的铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其具有高韧性,铁素体量和球化率均很高,并且其低温性能好,特别适合于制作风电铸件。
2、本发明的铸态高韧性铁素体球墨铸铁生产方法,其生产成本低、生产周期短,用其生产的球墨铸铁材料质量稳定,能达到风电铸件材料标准要求。
为了更清楚地说明本发明,列举以下实施例,但其对发明的范围无任何限制。
具体实施方式
一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁,其成分为:C:3.75~3.85质量%、 Si:1.8~2.2质量%、Mn:0.08~0.3质量%、P:<0.03质量%、S:<0.015质量%、RE:0.015~0.035质量%、Mg:0.04~0.06质量%, 余量为铁及不可避免的微量杂质。
一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其包括如下工艺步骤:
一、熔炼
A、取炉料,炉料的成分配比为:生铁67.5~71.5质量%、废钢27.75~31.75质量%、石墨增碳剂0.73~0.75%,最好的配比是生铁69.26质量%、废钢30质量%、石墨增碳剂0.74质量%;
B、向中频感应电炉中加入生铁启炉熔炼,生铁熔清后加入废钢及石墨增碳剂,炉内铁液温度为1420±10℃;然后停电、扒渣、取炉前试样,检测C、Si、Mn、P、S含量,根据检测结果,调整炉内铁液中Si和Mn的含量,使炉内铁液中Si和Mn的含量分别不低于0.4质量%(1.8%-0.65%-0.48%-0.16%-0.21%≈0.4%)和0.1质量%(即如果炉内铁液中Si低于0.4质量%或Mn的含量低于0.08质量%,则在炉内铁液中补充Si或Mn,使炉内铁液中Si和Mn的含量分别不低于0.4质量%和0.08质量%);
C、将炉内铁液温度再升至1420±10℃,停电、保温静置,铁液出炉前进行扒渣,然后将炉内铁液温度升至1480±10℃,铁液准备出炉进入球化包;
二、炉前处理
A、在球化包的一侧加入球化剂,球化剂的加入量为要出炉的铁液的质量的1.25~1.35%(最好为1.3%),在球化剂上面覆盖要出炉的铁液的质量的0.25~0.35%(最好为0.3%)的孕育剂325,再加入要出炉的铁液的质量的0.05~0.15%(最好为0.1%)的石墨增碳剂,用铁板将加入的合金(即球化剂、孕育剂325、石墨增碳剂)覆盖严实;
B、在球化包的另一侧加入0.25~0.35%(最好为0.3%)的预处理剂,将炉内的铁液快速对着球化包内放置预处理剂的一侧冲入;
C、在将要出炉的铁液全部质量的约3/4时(即多半)已经冲入了球化包时,在补加剩余的约1/4时(即小半)铁液时,随着铁液进入球化包陆续加入要出炉的铁液的质量的0.55~0.65%(最好为0.6%)的孕育剂325,进行孕育;
D、用扒渣耙对球化包内的铁液进行搅拌,促进孕育剂的溶解,随后添加除渣剂SLaX3M进行扒渣;浇注前,再次用SLaX3M扒渣;扒渣后浇注,浇注倒铁液时,随铁液流再加入0.15~0.25%(最好为0.2%)的孕育剂400,进行孕育;制得铸态高韧性铁素体球墨铸铁。
本发明中用到的主要原料的解析及其成分如下:
废钢:为碳素钢,其成分为:C:≤0.3质量%、Mn:≤0.3质量%、P:<0.03质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质;
生铁:生铁是含碳量大于2%的铁碳合金,工业生铁含碳量一般在2.5~4%,并含C、Si、Mn、S、P等元素,是用铁矿石经高炉冶炼的产品;
石墨增碳剂:是指碳素产品通过高温或者其他方式使其的分子结构改变,有规则的排列,这种分子排列方式,碳的分子间距更宽,更利于在铁液或者钢液中分解形核;
球化剂、预处理剂、孕育剂325、孕育剂400分别采用福士科铸造材料(中国)有限公司生产的NODALLOY6Re、INOCULIN390、INOCULIN325、INOCULIN400;其成分及特性为:
球化剂(NODALLOY6Re):Si:40~50质量%、Mg:6.9~7.0质量%、Ca:1.5~2.5质量%、RE:1.0~1.5质量%、AL: <1.0质量%,其粒度:5~25mm>80质量%;
预处理剂(INOCULIN390):Si:60~67质量%、AL:0.8~1.7质量% Ca:0.4~1.7质量% Ba:7.0~11.0质量%,其粒度为:2~6mm>90质量%;
孕育剂325(INOCULIN325):Si:72~78质量%、AL:0.5~1.5质量%、Ca:1.0~2.0质量%、Ba:2.0~3.0质量%,其粒度为:3~8mm;
孕育剂400(INOCULIN400):Si:68~75质量%、AL:<1.5质量%、Ca:<2质量%、Ba:0.5~2.5质量%、RE:<1.2质量%,其粒度为:0.2~0.7mm;
除渣剂(SLaX3M):SiO2:74.0~74.4质量%、AL2O3:12.7~13.1质量%、Fe2O3:0.8~1.2质量%、CaO:0.7~0.9质量%、MgO:0.08~0.12质量%、K2O:4.3~4.7质量%、Na2O:3.0~3.4质量%;除渣剂(SLaX3M)的成分最好为:SiO2:74.2质量%、AL2O3:12.9质量%、Fe2O3:1.0质量%、CaO:0.8质量%、MgO:0.1质量%、K2O:4.5质量%、Na2O:3.2质量%。
用上述方法,取用不同比例的原料,做了8个实施例,各实施例所用原料如下表1所示,各实施例得到的铸态高韧性铁素体球墨铸铁的检测数据如表2所示(采用EN1563标准的EN-GJS-400-18LI-LT和EN-GJS-350-22U-LT)。
表1
表2
Claims (5)
1.一种铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其特征是:其包括如下工艺步骤:
一、熔炼
A、取炉料,炉料的成分为:生铁、废钢和石墨增碳剂;
B、向中频感应电炉中加入生铁启炉熔炼,生铁熔清后加入废钢及石墨增碳剂,炉内铁液温度为1420±10℃;然后停电、扒渣、取炉前试样,检测C、Si、Mn、P、S含量,根据检测结果,调整炉内铁液中Si和Mn的含量,使炉内铁液中Si和Mn的含量分别不低于0.4质量%和0.1质量%;
C、将炉内铁液温度再升至1420±10℃,停电、保温静置,铁液出炉前进行扒渣,然后将炉内铁液温度升至1480±10℃,铁液准备出炉进入球化包;
二、炉前处理
A、在球化包的一侧加入球化剂,球化剂的加入量为相当于要出炉的铁液的质量的1.25~1.35%,在球化剂上面覆盖相当于要出炉的铁液的质量的0.25~0.35%的孕育剂325,再加入相当于要出炉的铁液的质量的0.05~0.15%的石墨增碳剂,用铁板将加入的合金覆盖;
B、在球化包的另一侧加入相当于要出炉的铁液的质量的0.25~0.35%的预处理剂,再将炉内的铁液快速对着球化包内放置预处理剂的一侧冲入;
C、在将要出炉的全部铁液的多半已经冲入了球化包后,在剩余的小半铁液出炉时,随着铁液进入球化包陆续加入相当于要出炉的铁液的质量的0.55~0.65%的孕育剂325,进行孕育;
D、用扒渣耙对球化包内的铁液进行搅拌,促进孕育剂的溶解,随后添加除渣剂进行扒渣;浇注前,再次添加除渣剂进行扒渣;扒渣后浇注,浇注倒铁液时,随铁液流再加入0.15~0.25%的孕育剂400,进行孕育;制得铸态高韧性铁素体球墨铸铁;
废钢:为碳素钢,其成分为:C:≤0.3质量%、Mn:≤0.3质量%、P:<0.03质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质;
球化剂的成分及特性为:Si:40~50质量%、Mg:6.9~7.0质量%、Ca:1.5~2.5质量%、RE:1.0~1.5质量%、Al: <1.0质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度:5~25mm>80质量%;
预处理剂的成分及特性为:Si:60~67质量%、Al:0.8~1.7质量% Ca:0.4~1.7质量% Ba:7.0~11.0质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度为:2~6mm>90质量%;
孕育剂325的成分及特性为:Si:72~78质量%、Al:0.5~1.5质量%、Ca:1.0~2.0质量%、Ba:2.0~3.0质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度为:3~8mm;
孕育剂400的成分及特性为:Si:68~75质量%、Al:<1.5质量%、Ca:<2质量%、Ba:0.5~2.5质量%、RE:<1.2质量%、余量为铁及不可避免的微量杂质,其粒度为:0.2~0.7mm;
除渣剂包含有如下成分:SiO2:74.0~74.4质量%、Al2O3:12.7~13.1质量%、Fe2O3:0.8~1.2质量%、CaO:0.7~0.9质量%、MgO:0.08~0.12质量%、K2O:4.3~4.7质量%、Na2O:3.0~3.4质量%。
2.根据权利要求1所述的铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其特征是:所述的第一步A项的炉料的成分配比为:生铁67.5~71.5质量%、废钢27.75~31.75质量%、石墨增碳剂0.73~0.75质量%。
3.根据权利要求2所述的铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其特征是:所述的第一步A项的炉料的成分配比为:生铁69.26质量%、废钢30质量%、石墨增碳剂0.74质量%。
4.根据权利要求1或2或3所述的铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其特征是:第二步A项球化剂、孕育剂325、石墨增碳剂的加入量分别相当于要出炉的铁液的质量的1.3%、 0.3%、0.1%;第二步B项预处理剂的加入量相当于要出炉的铁液的质量的0.3%;第二步C项孕育剂325的加入量相当于要出炉的铁液的质量的0.6%;第二步D项孕育剂400的加入量相当于要出炉的铁液的质量的0.2%。
5.根据权利要求1或2或3所述的铸态高韧性铁素体球墨铸铁的生产方法,其特征是:所述的除渣剂包含有如下成分:SiO2:74.2质量%、Al2O3:12.9质量%、Fe2O3:1.0质量%、CaO:0.8质量%、MgO:0.1质量%、K2O:4.5质量%、Na2O:3.2质量%。
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