CN102534090B - -60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法 - Google Patents

-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法 Download PDF

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Abstract

-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法，涉及一种低温球墨铸铁的制备方法。本发明解决了球墨铸铁QT400-18在高寒环境下冲击功较低的技术问题。本方法如下：一、将球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料及适量镍板熔化得到铁液；二、球化、孕育处理；三、脱硫剂；四、浇铸得到试样；五、将试样经过两次保温后出炉，即得。本发明-60℃低温冲击球墨铸铁的石墨球圆整，每平方毫米大于200个，球化级别为1-2级。屈服强度为275MPa～285MPa，抗拉强度为400MPa～415MPa，延伸率为20～23％，在-60℃本发明制备的-60℃低温冲击球墨铸铁的冲击值为11J/cm2～12J/cm2。

Description

-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种低温球墨铸铁的制备方法。
背景技术
球墨铸铁简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料。球墨铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。工业用铸铁一般含碳量为2％～4％。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1％～3％的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。
目前球墨铸铁QT400-18低温性能在国内一般要求温度达到-40℃时的冲击功为最小值12J/cm2，在高寒环境下(-60℃)对球墨铸铁的低温冲击国内还没有明确要求，但根据国外某些国家对高寒环境下(-60℃)球墨铸铁的低温冲击要求一般大于10J/cm2。如何对冶炼工艺控制、化学成分控制及其他合金元素的加入的调整、以及合适的热处理方法满足-60℃下球墨铸铁的低温冲击大于10J/cm2是研究此材料的重点内容。
发明内容
本发明解决了现有球墨铸铁QT400-18在高寒环境下冲击功较低的技术问题，提供了一种-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法。
本发明-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法步骤如下：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1510℃～1530℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.3％～0.5％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1370℃～1400℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.10mm～0.15mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在920℃～940℃保温3小时，随炉冷却到720℃～740℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
本发明-60℃低温冲击球墨铸铁的石墨球圆整，每平方毫米大于200个，球化级别为1-2级。屈服强度为275MPa～285MPa，抗拉强度为400MPa～415MPa，延伸率为20～23％，在-60℃本发明制备的-60℃低温冲击球墨铸铁的冲击值为11J/cm2～12J/cm2。
本发明中的球化孕育过程能增加石墨形核能力，细化晶粒，增加石墨球数量，增加铁素体含量。本发明中的脱氧、脱硫处理使原铁液中的硫含量降至0.02％以下(因为过高的硫影响球化效果，降低低温环境下的冲击值)。对球化后的铁液进行1～2min的静置，有利于活泼金属如Mg、Ba、Al、Fe的氧化物及硫化物上浮，从而净化铁液。
本发明制备的-60℃低温冲击球墨铸铁的碳含量为3.5％～3.7％，因为较高的含碳量可以增加金属的流动性，一定石墨化膨胀减少收缩缺陷。
本发明制备的-60℃低温冲击球墨铸铁的硅含量为1.9％～2.2％，硅是一种强化铁素体的基体的元素，由于硅能固溶于Fe中阻碍了铁原子和碳原子之间的化合，同时促进石墨析出，从而有利于获得铁素体组织，而对于-60℃低温冲击球墨铸铁，基体要为全铁素体组织，所以需要一定含量的硅，但是当Si含量高时，会提高低温转变温度。
本发明制备的锰含量小于0.20％，锰可以稳定奥氏体区，促进碳化物的形成，在共析转变过程，降低共析转变的温度，起稳定和细化珠光体的作用。溶入奥氏体中的锰有强烈偏析的倾向，引起网状碳化物、黑色网状组织、白区的形成，这些在晶界上形成的物质严重降低低温韧性。碳化物、偏析是影响球铁低温转变温度的主要因素，锰每增加0.1％，脆性转变温度大约提高10℃～12℃。
球铁中，由于其他成分的影响，磷的溶解度很小，当含磷量大于0.05％时，磷将以磷共晶形态析出。由于成分、冷却速度、偏析等原因，球铁中很容易形成磷共晶。由于磷共晶熔点较低，在凝固时富集于共晶团边界处最后凝固，沿晶界析出。严重时形成网状或断续网状，较严重降低球铁的韧性和塑性，降低低温冲击性能，所以磷要尽可能低，二本发明的磷的含量低于0.04％。
为了补偿铸件低Si、Mn下的强度，本发明-60℃低温冲击球墨铸铁的镍含量为0.3％～0.5％，通过高、低退火可以得到完整的铁素体组织(铁素体组织＞98％)。并且它不影响延伸率，但提高铸件强度，且在共晶团内分布均匀，不会因偏析而使共晶团边界脆化，即可以提高低温冲击值。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法步骤如下：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1510℃～1530℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.3％～0.5％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1370℃～1400℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.10mm～0.15mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在920℃～940℃保温3小时，随炉冷却到720℃～740℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％。
本实施方式制备的本发明-60℃低温冲击球墨铸铁的石墨球圆整，每平方毫米大于200个，球化级别为1-2级。
本实施方式中球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料，其主要成分所占的质量百分比如下表：
表1
Figure BDA0000135940240000031
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中所述的孕育剂由无锡永新特种合金有限公司生产。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％是。其它与具体实施方式一或二之一相同。
本实施方式中所述的硅钡孕育剂由无锡永新特种合金有限公司生产。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。其它与具体实施方式一至四之一相同。
本实施方式采用下述实验验证本发明的效果：
实验一：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1510℃～1530℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.3％～0.5％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1370℃～1400℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.10mm～0.15mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在920℃～940℃保温3小时，随炉冷却到720℃～740℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
实验一：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1510℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.3％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1370℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.10mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在920℃保温3小时，随炉冷却到720℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
实验二：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1520℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.4％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1380℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.11mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在930℃保温3小时，随炉冷却到730℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
实验三：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1530℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.5％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1390℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.12mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在940℃保温3小时，随炉冷却到740℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
实验四：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1515℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.35％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1375℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.13mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在925℃保温3小时，随炉冷却到725℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
实验五：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1525℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.45％的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1385℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.14mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在935℃保温3小时，随炉冷却到735℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3％；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8％；步骤二中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.1％；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5％；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1％。
表2
  实验序号   C   S   Mn   P   Si   Ni
  1   3.55   0.013   0.17   0.032   1.98   0.38
  2   3.52   0.012   0.18   0.034   2.16   0.37
  3   3.56   0.013   0.16   0.034   2.08   0.38
  4   3.55   0.013   0.17   0.033   2.10   0.36
  5   3.60   0.014   0.17   0.034   2.09   0.39
本实施方式五个实验所制备的-60℃低温冲击球墨铸铁的机械性能检测结果如下表：
表3
Figure BDA0000135940240000081

Claims (1)

1.-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法，其特征在于-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法步骤如下：
一、按照质量份数将70份球墨生铁Q10、10份低锰废钢和20份的回炉料混合后升温到1510℃～1530℃熔化，然后加入球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.3%～0.5%的镍板熔炼，得到铁液；
二、将球化剂放入球化包底一侧，并且将孕育剂覆盖在球化剂上面，然后采用冲入法将铁液进行球化、孕育处理；
三、向经过步骤二处理的铁液中加入脱硫剂，然后搅拌、扒渣，再静止1分钟；
四、将经过步骤三处理的铁液温度为1370℃～1400℃时，开始浇铸，浇铸同时随流加入粒度为0.10mm～0.15mm的硅钡孕育剂，得到试样；
五、将试样在920℃～940℃保温3小时，随炉冷却到720℃～740℃保温2小时，然后随炉冷却到600℃出炉，即得-60℃低温冲击球墨铸铁；步骤二中球化剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的1.3%；步骤二中孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量0.8%；步骤三中脱硫剂的主要成分为天然火山灰，脱硫剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.5%；步骤四中硅钡孕育剂的加入量为球墨生铁Q10、低锰废钢和回炉料总质量的0.1%。
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