CN103352161B - 一种应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件及其铸造工艺 - Google Patents

一种应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件及其铸造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球铁铸件及其铸造工艺。球铁铸件由下列重量百分数的成分组成：碳：3.5-3.7，硅2.0-2.4，锰0.4-0.8，硫≤0.04，磷≤0.06，铬0.15-0.25；其余是Fe；球铁铸件制备工艺包括以下步骤：熔炼，球化，孕育，造型和检测。本发明改进铸件化学成分，用铬代替了贵重金属铜和锡，同样增加珠光体含量，提高铸件的耐磨性，不需要热处理，经检测满足石油企业专用石油泵要求，且配合成分改进本发明熔炼铸造工艺更优化合理，熔炼成本更低，铸件的自补缩能力优异，冷却后易获得致密的组织。

Description

一种应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件及其铸造工艺
技术领域
本发明属于机械加工制造领域，尤其属于铸造工艺技术领域；特别涉及一种应用于泵壳、泵座、叶轮、泵盖等系列球铁铸件及其铸造工艺。
背景技术
石油企业使用的泵壳、泵座、叶轮、泵盖等系列球铁铸件，其材质为QT600-3。按传统铸造工艺方法，球墨铸铁件QT600-3是铸件通过热处理正火提高基体中的珠光体，来达到性能要求的。为节约热处理成本，现有工艺是在生产以上铸件时，炉前配料加入了铜和锡。由于铜、锡的加入，提高了球墨铸铁件的铸态珠光体含量，这样就不需要热处理也能达到QT600-3的要求了。上述工艺虽然节约了热处理成本，但因为铜、锡是贵重金属，生产成本仍然较高，不能满足需要。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件及其铸造工艺。本发明的目的是提供一种节约成本，熔炼时取消铜、锡贵重金属的加入，更符合石油企业要求的球铁铸件组成和熔炼铸造方法。
本发明通过以下技术方案实现：
球铁铸件，其特征是所述球铁铸件由下列重量百分数的成分组成：
碳：3.5-3.7，硅2.0-2.4，锰0.4-0.8，硫≤0.04，磷≤0.06，铬0.15-0.25；其余是Fe。
本发明球铁铸件在组成中加入成分铬，提高增加了铸件的珠光体含量，耐磨性也得到提高，不需要热处理，铸态也能达到QT600-3的要求。
球铁铸件制备工艺，其特征是包括以下步骤：(1)熔炼，(2)球化，(3)孕育，(4)造型，(5)检测；
熔炼，炉前加入生铁、废钢、回炉料和含铬原料，铁水温度到达1420℃时，炉前取样进行光谱分析，根据分析结果调整组成成分符合本发明前述组成含量；
球化，球化处理采用凹坑式覆盖球化包，铁水温度到达1510℃后，进行球化处理，第一次出铁水2/3，待球化反应结束后再出剩余1/3铁水；
孕育，孕育采用二次孕育，第一次孕育将孕育剂与球化剂放入包底凹坑覆盖，第二次孕育在铁水出满后吊包中加入孕育剂，及时扒渣浇注，浇注时间控制在10分钟以内；
造型，造型采用树脂砂手工造型；
检测，对同批浇注后的单铸试块取样，检查化学成分、金相组织、力学性能。
进一步所述含铬原料采用铬铁(GB/T5683-2008)中的低碳铬铁牌号FeCr55C0.25Ⅰ级，其成分组成应符合下述表2要求。
进一步所述球化剂采用稀土镁硅铁合金(GB4138-2004)中的牌号195103D，其成分组成应符合下述表4要求。球化剂加入的重量百分数含量为铁液熔炼总量的1.6％。
进一步所述孕育剂采用硅铁(GB2272-1987)中的牌号FeSi75-B，其成分组成应符合下述表5要求，第一次孕育时孕育剂加入重量百分数含量为铁液熔炼总量的0.5％，第二次孕育时孕育剂加入重量百分数含量为铁液熔炼总量的0.3％。
本发明有益性：石油企业使用的泵壳、泵座、叶轮、泵盖等系列球铁铸件为石油泵的组成零件，而石油泵在使用过程中需承受长期的摩擦，这就要求零件有较高的耐磨性能。本发明改进铸件化学成分，用价格更优的铬代替了贵重金属铜和锡，同样增加珠光体含量，提高铸件的耐磨性，不需要热处理，经检测满足石油企业专用石油泵要求，且配合成分改进本发明熔炼铸造工艺更优化合理，熔炼成本更低，铸件的自补缩能力优异，冷却后易获得致密的组织。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。
实施例1
球铁铸件由下列重量百分数的成分组成：
碳：3.5-3.7，硅2.0-2.4，锰0.4-0.8，硫≤0.04，磷≤0.06，铬0.15-0.25；其余是Fe。
以成都西部石油公司的泵壳、泵座、叶轮、泵盖等系列球铁铸件为例，铸件壁厚范围是10mm-25mm，重量范围7Kg-140Kg，其成分为下述表1所述重量百分比含量。
表1
元素 碳 硅 锰 硫 磷 铬
％ 3.5-3.7 2.0-2.4 0.4-0.8 ≤0.04 ≤0.06 0.15-0.25
其余是Fe。
实施例2
球铁铸件的熔炼制备工艺，以成都西部石油公司的泵壳、泵座、叶轮、泵盖等系列铸件为例，成分符合表1所述重量百分比含量组成比例，壁厚范围是10mm-25mm，重量范围7Kg-140Kg。
炉前加料顺序：生铁→废钢→回炉料→铬，本例铬的加入采用铬铁FeCr55C0.25，在铁水球化前加入。
含铬原材料铬铁符合(GB/T5683-2008)中的低碳铬铁牌号FeCr55C0.25Ⅰ级，其成分组成符合下述表2重量百分比含量：
表2
元素 Cr C Si P S Fe
％ ≥60 ≤0.25 ≤2.0 ≤0.04 ≤0.03 余量
铁水温度到达1420℃时，炉前取样进行光谱分析，根据分析结果调整化学成分，炉前化学成分控制如下表3：考虑到球化烧损会减少碳的含量，球化和孕育会增加硅的含量，炉前配料的化学成分按表3控制：
表3
元素 碳 硅 锰 硫 磷 铬
％ 3.7-3.8 0.9-1.0 0.4-0.8 ≤0.04 ≤0.06 0.15-0.25
铁水温度到达1510℃后，关闭融化加热控制装置，进行球化处理，采用凹坑式覆盖球化包，第一次出铁水2/3，待球化反应结束后再出剩余1/3铁水，加入FeSi75孕育，及时扒渣浇注，浇注时间控制在10分钟以内。
球化剂采用符合稀土镁硅铁合金(GB4138-2004)中的牌号195103D，其成分组成应符合下述表4重量百分比含量：
表4
元素 RE Ce/RE Mg Ca Si
％ 2.0-＜4.0 ≥46 7.0-9.0 2.0-3.5 ≤45
元素 Mn Ti MgO Fe
％ ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 余量
球化剂加入的重量百分数含量为铁液熔炼总量的1.6％。
孕育剂采用硅铁FeSi75-B，粒度5-25mm，第一次孕育FeSi75-B加入量0.5％，将孕育剂与球化剂放入包底凹坑覆盖，第二次孕育FeSi75-B加入量0.3％，在铁水出满后吊包中加入孕育剂。
孕育剂是采用符合硅铁(GB2272-1987)中的牌号FeSi75-B，其成分组成应符合符合下述表5重量百分比含量：
表5
元素 Si Al Ca Mn Cr
％ 74-80 - - ≤0.4 ≤0.3
元素 P S C Fe
％ ≤0.04 ≤0.02 ≤0.1 余量
造型方法采用树脂砂手工造型生产，由于树脂砂砂型强度高，对球铁铸件的自补缩能力有利，冷却后易获得致密的组织。
铸件检测在同批浇注后的单铸试块上取样，检测结果分别见表6、表7表8。
表6，化学成分检测(重量百分含量)
元素 碳 硅 锰 硫 磷 铬
％ 3.67 2.15 0.65 0.018 0.048 0.21
表7，金相组织检测
球化级别 石墨大小 珠光体 铁素体 渗碳体 磷共晶
3级 6级 75％ 余量
表8，力学性能检测
抗拉强度 延伸率 布氏硬度
685N/mm2 3.5％ HB230
经过最终检测使用验证，本发明生产的铸件比现有技术生产的铸件，其使用寿命延长30％左右，得到了用户的肯定。并且经计算，如采用原成分组成，熔化1吨铁水所用的铜、锡成本价格约495元，而所用铬的成本价格约25元，即每吨铁水节约了470元成本。

Claims (4)

1.一种应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件铸造工艺，其特征是：
所述球铁铸件由下列重量百分数的成分组成：碳：3.5-3.7，硅2.0-2.4，锰0.4-0.8，硫≤0.04，磷≤0.06，铬0.15-0.25；其余是Fe；
铸造工艺包括以下步骤：(1)熔炼，(2)球化，(3)孕育，(4)造型，(5)检测；
熔炼，炉前加入生铁、废钢、回炉料和含铬原料，铁水温度到达1420℃时，炉前取样进行光谱分析，根据分析结果调整组成成分符合组成含量；
球化，球化处理采用凹坑式覆盖球化包，铁水温度到达1510℃后，进行球化处理，第一次出铁水2/3，待球化反应结束后再出剩余1/3铁水；
孕育，孕育采用二次孕育，第一次孕育将孕育剂与球化剂放入包底凹坑覆盖，第二次孕育在铁水出满后吊包中加入孕育剂，及时扒渣浇注，浇注时间控制在10分钟以内；
造型，造型采用树脂砂手工造型；
检测，对同批浇注后的单铸试块取样，检查化学成分、金相组织、力学性能。
2.根据权利要求1所述的应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件铸造工艺，其特征是：所述含铬原料采用铬铁FeCr55C0.25。
3.根据权利要求2所述的应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件铸造工艺，其特征是：所述球化剂是稀土镁硅铁合金，加入重量百分数含量为熔炼总量的1.6％。
4.根据权利要求1或2或3所述的应用于石油工业的泵壳、泵座、叶轮或泵盖球铁铸件铸造工艺，其特征是：所述孕育剂是FeSi75，第一次孕育时孕育剂加入重量百分数含量为熔炼总量的0.5％，第二次孕育时孕育剂加入重量百分数含量为熔炼总量的0.3％。
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