CN102690986A - 一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其化学组成以质量百分比计，3.5%-4.1%C、1.7%-2.2%Si、0.10%-0.25%Mn、P≤0.035%、S≤0.020%、0.015%-0.030%Re、0.025%-0.045%Mg、0-0.20%Cu、残余元素＜0.1%及余量的Fe，进行炉料配制，通过中频炉高温熔炼、球化及孕育处理及浇注和保温处理后制得。采用本发明的熔炼方法制得铸铁产品在铸态条件下获得常温力学性能、低温力学性能，对于复杂中薄壁件仅需进行低温去应力退火，对于简单中薄壁件不需要退火，大大降低生产成本及生产周期，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，属于球墨铸铁熔炼技术领域。
背景技术
目前，低温球墨铸铁件主要分为厚大铸件即壁厚≥60mm，与中薄壁铸件即壁厚20-60mm等两种，厚大铸态低温球墨铸铁铸件在大型风电产品中已广泛应用，生产出了无镍的铸态低温铸铁产品。而中薄壁低温球墨铸铁产品尤其是薄壁铸件，在铸态条件下很难达到常温性能、低温性能及金相全部合格的要求，因此大都需要进行高温石墨化退火才能达到交货要求，既降低了生产效率也提高了生产成本，且对于结构复杂的中薄壁件在退火过程中容易变形而造成报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，铸铁产品在铸态条件下获得常温力学性能、低温力学性能，大大降低生产成本及生产周期，提高生产效率。
本发明为达到目的技术方案是：一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其特征在于：所述的中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁的化学组成，以质量百分比计，3.5%-4.1%C、1.7%-2.2%Si、0.10%-0.25%Mn、P≤0.035%、S≤0.020%、0.015%-0.030%Re、0.025%-0.045%Mg、0-0.20%Cu、残余元素＜0.1%及余量的Fe，
⑴、炉料配制：按中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁的化学组成称取所需量的生铁、废钢、石墨增碳剂、锰铁以及硅铁和铜；
⑵、熔炼：先将石墨增碳剂加入中频炉内，然后加入生铁，待炉料熔清后开始加入废钢，当全部炉料熔清后撒聚渣剂进行铁水扒渣，在熔炼温度达到1560-1600℃进行高温静置、除渣，再加入锰铁、硅铁及铜，待铁水达至1480-1500℃时，将铁水倒入浇包；
⑶、球化及孕育处理：将炉内铁水直接冲入浇包内对铁水进行预处理孕育，当炉内铁水一次性出铁至2/3时，在铁水流正上方加入铁水总量0.4%-0.56%的出铁随流孕育剂，进行出铁随流孕育，得到球化及孕育处理后的铁水，在铁水表面进行搅拌扒渣，当铁水温度至浇注温度1360-1420℃时进行浇注；其中，按质量百分比计，先将铁水总量0.9%-1.3%的低稀土镁硅球化剂和铁水总量0.1%-1.2%的晶体型增碳剂经搅拌混合均匀后加入浇包的球化包坑内捣实压紧，再在上面加入铁水总量0.2%-0.28%的包底孕育剂，在包底孕育剂上覆有铁水总量1%-5%的覆盖剂，在浇包的球化堤坝坑另一侧包坑内加入铁水总量0.3%-0.42%的预处理剂；
⑷、浇注和保温处理：将球化及孕育处理后的铁水浇铸在铸型中，浇注过程在铁水流正上方加入铁水总量0.10%-0.20%的浇注孕育剂进行浇注随流孕育，或将取铁水总量0.10%-0.20%的浇注孕育剂直接放置在直浇道底座内进行型内孕育，浇注结束后，待铸型自然冷却至温度≤300℃，开箱落砂清理，制得中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁。
本发明选择铸件合适范围的成分进行合理的炉料配制，对炉料配制、熔炼、球化及孕育处理及浇注和保温处理过程中工艺参数的进行合理控制，采用低稀土镁硅球化剂和石墨增碳剂进行冲入法复合球化及复合后孕育处理，改变石墨球的数量、大小、形态和分布，大幅度提高单位面积石墨球数，提高石墨球圆整度和球化率，获得成分为：C：3.5%-4.0%、Si：1.7%-2.2%、Mn：0.10%-0.25%、P：≤0.035%、S：≤0.020%、Re：0.015%-0.030%、Mg：0.025%-0.045%、Cu：0-0.20%、残余元素＜0.1%及其余为铁的铸态低温球铁材质，提高了铸件的致密性，本发明的铸件成分中加入铜成分后，可进一步细化晶粒提高韧性，促进共晶石墨化，增加共晶团数并细化石墨球，在球墨铸铁基本相同的化学成分，石墨级别为可提高一级，-20℃与-40℃的低温冲击吸收功有所提高。采用本发明的熔炼方法，其球化率大于90%，石墨球径级别为6-7级，使中薄壁低温球墨铸铁件满足常温性能、低温性能及金相全部合格的要求，该铸件常温力学性能Rm＞400Mpa、伸长率A＞18%、-20℃＞13J、-40℃＞10J、铁素体F含量≥90%，无碳化物。通过本发明的熔炼方法而获得的低温球墨铸铁件不需要进行高温石墨化退火（＞700℃），对于复杂中薄壁件仅需进行低温去应力退火（＜550℃），对于简单中薄壁件不需要退火，从而大大降低生产成本及生产周期。可适用于在低温条件下使用的铸件，如风电产品、电机产品、工程机械、采掘矿山业、机车车辆及高寒恶劣地处条件下铸件产品。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是用本发明中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法制得试块中加有0.21%Mn和0.11%Cu的腐蚀前的金相组织图。
图2是用本发明中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法制得试块中加有0.21%Mn和0.11%Cu的腐蚀后的金相组织图。
图3是用本发明中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法制得试块中加有0.22%Mn的腐蚀前的金相组织图。
图4是用本发明中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法制得试块中加有0.22%Mn的腐蚀后的金相组织图。
具有实施方式
本发明的一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，该中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁的化学组成，以质量百分比计，3.5%-4.1%C、1.7%-2.2%Si、0.10%-0.25%Mn、P≤0.035%、S≤0.020%、0.015%-0.030%Re、0.025%-0.045%Mg、0-0.20%Cu、残余元素＜0.1%及余量的Fe，该残余元素为不可测得元素，如Ti、As、Cr、V、Pb其中之一，或任意两种以上混合。
本发明中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁具体的化学组成及质量百分比计，见图表1所示，
表1
⑴、炉料配制：按中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁的化学组成称取所需量的生铁、废钢、石墨增碳剂、锰铁以及硅铁和铜。
本发明的炉料按质量百分比计，当生铁中含有在4.57%-4.69%C及0.67%-0.83%Si，其加入量可控制在19-64%，当废钢中含有0.12%-0.17%C、0.13%-0.19%Si、0.40%-0.51%Mn，其加入量可控制在35-80%，而石墨增碳剂的C＞99%，其加入量可控制在1-4%，可针对不同壁厚的中薄壁铸件添加相应的硅铁和锰铁，或硅铁、锰铁及铜作为低温球墨铸铁炉料。本发明的具体炉料按质量百分比计见表2所示，
表2
| 炉料组成 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 |
| 生铁 | 57.3 | 48.6 | 48.6 | 40.6 | 30.7 | 30.7 | 20.9 |
| 废钢 | 41.09 | 49.04 | 49.12 | 56.22 | 65.7 | 65.6 | 74.76 |
| 石墨增碳剂 | 1.14 | 1.7 | 1.7 | 2.36 | 3.1 | 3.1 | 3.8 |
| 锰铁 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0.03 | 0.06 |
| 硅铁 | 0.41 | 0.52 | 0.52 | 0.56 | 0.44 | 0.45 | 0.48 |
| 铜 | 0 | 0.08 | 0 | 0.2 | 0 | 0.12 | 0 |
⑵、熔炼：先将石墨增碳剂加入中频炉内，然后加入生铁，待炉料熔清后开始加入废钢，当全部炉料熔清后撒聚渣剂进行铁水扒渣，该聚渣剂采用珍珠岩类球铁聚渣剂，在熔炼温度达到1560-1600℃进行高温静置、除渣，再加入锰铁、硅铁及铜，待铁水达至出铁温度1480-1500℃时，将铁水倒入浇包。本发明具体的控制温度见表3所示，
表3
⑶、球化及孕育处理：将炉内铁水直接冲入浇包内对铁水进行预处理孕育，可采用冲入球化法，当炉内铁水一次性出铁至2/3时，在铁水流正上方加入铁水总量0.4%-0.56%的出铁随流孕育剂，进行出铁随流孕育，得到球化及孕育处理后的铁水，在铁水表面进行搅拌扒渣，当铁水温度至浇注温度1360-1420℃时进行浇注。其中，按质量百分比计，先将铁水总量0.9%-1.3%的低稀土镁硅球化剂和铁水总量0.10%-0.15%的晶体型增碳剂经搅拌混合均匀后加入浇包的球化包坑内捣实压紧，该晶体型增碳剂为高温煅烧石墨化的增碳剂，可将低稀土镁硅球化剂和晶体型增碳剂进行机械混合均匀，再在上面加入铁水总量0.2%-0.28%的包底孕育剂，在包底孕育剂上覆有铁水总量1%-5%的覆盖剂，该覆盖剂采用废铁或废钢，在浇包球化堤坝坑另一侧包坑内加入铁水总量0.3%-0.42%的预处理剂，铁水先冲入放有预处理剂的包坑内，上述的低稀土镁硅球化剂的化学成分按质量百分比为42%-45%Si、6%-9%Mg、2%-3.5%Re、2%-3%Ca、Al＜1以及余量Fe，而包底孕育剂和出铁随流孕育剂选用孕育剂Y-3或/和孕育剂YFY-150，在两种混合时比例不限，孕育剂Y-3的化学成分按质量百分比为70%-75%Si、1.9%-2.5%Ba、0.9%-1.5%Ca、Al＜1%以及余量Fe，而孕育剂YFY-150的化学成分按质量百分比为72%-75%Si、2%-3%Ba、1%-2%Ca、1.0%-1.5%Al及余量Fe。而预处理剂为低铝硅钙钡预处理剂或/和YFYY-2预处理剂，在两种混合时比例不限，该低铝硅钙钡预处理剂的化学成分按质量百分比为65%-75%Si、6%-10%Ba、0.5%-2.5%Ca、Al＜1.5%及余量Fe。而YFYY-2的化学成分按质量百分比为60%-70%Si、8%-11%Ba、0.5%-1.5%Ca、1.0%-1.5%Al及余量Fe，上述的低稀土镁硅球化剂、晶体型增碳剂、包底孕育剂以及预处理剂和覆盖剂具体添加量见表4所示，而浇注温度的具体温度见表5所示。
⑷、浇注和保温处理：将球化及孕育处理后的铁水浇铸在铸型中，浇注过程在铁水流正上方加入铁水总量0.10%-0.20%的浇注孕育剂进行浇注随流孕育，或将取铁水总量0.10%-0.20%的浇注孕育剂直接放置在直浇道底座内进行型内孕育，其中该浇注孕育剂为孕育剂Y-3或孕育剂75SiFe或硅钡孕育剂其中之一或任意两种以上混合，在混合时比例不限，浇注孕育剂的粒度控制在0.2-1.0mm，确保粒度合适快速吸收。本发明还可采用粒度在0.2-1.0mm的孕育剂Y-3，或粒度在0.2-1.0mm的孕育剂75SiFe，或粒度在0.2-1.0mm的硅钡孕育剂直接制成浇注孕育剂块体，将浇注孕育剂块体直接放置在直浇道底座内进行型内孕育，浇注结束后，待铸型自然冷却至开箱温度≤300℃，开箱落砂清理，制得中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁，其浇注孕育剂的具体添加量见表4所示，而开箱的具体温度见表5所示。
表4
表5
用本发明的熔炼方法制得的低温球墨铸铁试块为220×25Y型，按着ISO/DIS945-1:2005标准，从图1、2中的金相组织可以看出，该石墨尺寸为7级，石墨形态为90Ⅵ5/7+10%Ⅴ5/7，基体组织为铁素体F+10%P，从图3、4的金相组织中可以看出，石墨尺寸为6级，石墨形态为90Ⅵ5/6+10%Ⅴ5/6、基体组织为F+约5%P，从图1和图2中可以看出，加入0.07%的铜及加入0.11%的铜时，石墨级别为7级，-20℃与-40℃的低温冲击吸收功有所提高经检测。本发明的低温球墨铸铁试块性能见表6所示，在铸态条件下，常温力学性能抗拉强度Rm＞400Mpa，伸长率A＞18%，-20℃低温冲击吸收功＞13J、-40℃低温冲击吸收功＞10J，铁素体F含量≥90%，无碳化物，可适用于在低温条件下使用的铸件，如风电产品、电机产品、工程机械、采掘矿山业、机车车辆及高寒恶劣地处条件下铸件产品。
表6
Claims (5)
1.一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其特征在于：所述的中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁的化学组成，以质量百分比计，3.5%-4.1%C、1.7%-2.2%Si、0.10%-0.25%Mn、P≤0.035%、S≤0.020%、0.015%-0.030%Re、0.025%-0.045%Mg、0-0.20%Cu、残余元素＜0.1%及余量的Fe，
⑴、炉料配制：按中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁的化学组成称取所需量的生铁、废钢、石墨增碳剂、锰铁以及硅铁和铜；
⑵、熔炼：先将石墨增碳剂加入中频炉内，然后加入生铁，待炉料熔清后开始加入废钢，当全部炉料熔清后撒聚渣剂进行铁水扒渣，在熔炼温度达到1560-1600℃进行高温静置、除渣，再加入锰铁、硅铁及铜，待铁水达至1480-1500℃时，将铁水倒入浇包；
⑶、球化及孕育处理：将炉内铁水直接冲入浇包内对铁水进行预处理孕育，当炉内铁水一次性出铁至2/3时，在铁水流正上方加入铁水总量0.4%-0.56%的出铁随流孕育剂，进行出铁随流孕育，得到球化及孕育处理后的铁水，在铁水表面进行搅拌扒渣，当铁水温度至浇注温度1360-1420℃时进行浇注；其中，按质量百分比计，先将铁水总量0.9%-1.3%的低稀土镁硅球化剂和铁水总量0.1%-1.2%的晶体型增碳剂经搅拌混合均匀后加入浇包的球化包坑内捣实压紧，再在上面加入铁水总量0.2%-0.28%的包底孕育剂，在包底孕育剂上覆有铁水总量1%-5%的覆盖剂，在浇包的球化堤坝坑另一侧包坑内加入铁水总量0.3%-0.42%的预处理剂；
⑷、浇注和保温处理：将球化及孕育处理后的铁水浇铸在铸型中，浇注过程在铁水流正上方加入铁水总量0.10%-0.20%的浇注孕育剂进行浇注随流孕育，或将取铁水总量0.10%-0.20%的浇注孕育剂直接放置在直浇道底座内进行型内孕育，浇注结束后，待铸型自然冷却至温度≤300℃，开箱落砂清理，制得中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁。
2.根据权利要求1所述的一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其特征在于：所述步骤3中的晶体型增碳剂为高温煅烧石墨化的增碳剂。
3.根据权利要求1所述的一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其特征在于：所述步骤3包底孕育剂和出铁随流孕育剂选用孕育剂Y-3或/和孕育剂YFY-150。
4.根据权利要求1所述的一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其特征在于：所述步骤3中的预处理剂为低铝硅钙钡预处理剂或/和YFYY-2预处理剂。
5.根据权利要求1所述的一种中薄壁铸态无镍低温球墨铸铁熔炼方法，其特征在于：所述步骤4中的浇注孕育剂为孕育剂Y-3或孕育剂75SiFe或硅钡孕育剂其中之一或任意两种以上混合，浇注孕育剂的粒度控制在0.2-1.0mm，或由粒度在0.2-1.0mm孕育剂制得孕育块体。
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