CN103484794A

CN103484794A - 一种多元合金铸铁的制备方法

Info

Publication number: CN103484794A
Application number: CN201310412731.2A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 雷永平; 成小乐
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: CN103484794B

Abstract

一种多元合金铸铁的制备方法，其特征在于先在电炉内熔炼铁水，铁水的化学组成及其质量分数为：3.05～3.45%C,0.75～1.05%Mn,1.10～1.35%Si,0.03～0.07%N,S<0.06%,P<0.08%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度达到1450～1480℃时出炉，铁水出炉过程中，随铁水流加入是铁水质量分数0.8～1.2%的孕育剂，铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的2.5～3.5%，合金线的尺寸为

Description

一种多元合金铸铁的制备方法

技术领域

本发明为一种铸铁的制备方法，特别涉及一种多元合金铸铁的制备方法，属于铸造技术领域。

背景技术

铸铁以良好的铸造成形性能以及冶炼工艺简单而在工业生产中获得了广泛的应用。但是，普通铸铁显微组织粗大，且石墨呈粗大的片状，导致铸铁强韧性低，使用安全性差，为了提高铸铁的性能，中国发明专利CN103225038A公开了一种含铜量少的高碳当量高合金灰铸铁，包括C、Si、Mn、S、P元素，还添加了Cr、Sn元素和少量的Cu元素，其重量百分比为：C:3.80-3.98；Si：0.98-1.45；Mn：0.62-0.95；S：0.02-0.122；P：0.01-0.17；Cr：0.3-0.6；Sn：0.07-0.08；Cu：0.02-0.2。该发明含铜量少的高碳当量高合金灰铸铁，综合考虑到产品性能、合金成本及各种合金在灰铸铁中的最高可添加量，对合金的添加量进行了优化，以最佳的生产成本满足铸件的性能要求，从而实现降低成本、提高效益的目的。中国发明专利CN103225037A还公开了一种高碳灰铸铁汽车制动盘及其生产方法，所述高碳灰铸铁汽车制动盘化学成分按重量百分比配比如下：C：3.7%～3.8%，Mn：0.5%～0.8%，Cu：0.3%～0.5%，Cr：0.1%～0.2%，Mo：0.2%～0.4%，Si：1.6%～2.0%，N：0.1%～0.2%，P：0.01%～0.12%，S：0.05%～0.12%,余量为Fe。该发明的制动盘具有制动温升小、耐磨损、抗热疲劳效果好等突出特点，使汽车制动系统的性能明显改善，使用寿命明显提高，同时也有效排除了因高温刹车不灵而带来的安全隐患，经济价值高。中国发明专利CN103114238A还公开了一种高强度高硬度灰铸铁材料及用该材料铸造铸件的方法，该灰铸铁材料的组分以重量百分数表示为：碳3.00-3.20%、硅1.45-1.80%、锰0.75-0.95%、磷﹤0.1%、硫﹤0.08%、铬﹤0.08%和铁。该灰铸铁材料还可以含有铜和锡。该发明材料铸造铸件的方法，以废钢、铁屑和回炉铁为主要炉料，以增碳剂、硅铁、锰铁为辅助原料。该发明得到的灰铸铁材料的组织中石墨细小弥散，晶粒细小，珠光体含量高，体片间距较小，强度高，稳定性好，而且有效成本低。中国发明专利CN103088250A还公开了一种高含碳量低合金化的高强度灰铸铁，包括如下原料配比（按质量百分比）：废钢28～30%，新生铁22～25%，回炉料15～18%，留用铁水28～30%，硅铁0.3～0.5%，锰铁0.1～0.3%，锡0.07～0.12%，铬0.2～0.5%和硅钡孕育剂0.2～0.4%；该发明的灰铸铁的抗拉强度达到300N/mm²以上，同时铁水的流动性好，铸件的各项性能指标都表现良好，在添加合金后获得最好的强度和断面均匀性，可防止硅增加铁素体、粗化珠光体或中和合金元素，同时在机加工后没有内部缩松的信息，三角试块的宽度降低至3mm以下，而铸件的硬度仍可保持在180～220HB，铸件薄壁处未出现白口现象。中国发明专利CN103074538A还公开了一种微合金化超高强度高碳当量灰铸铁的制备方法，该发明采用以下步骤进行：1)选择的熔炼设备：150公斤～10000公斤中频感应电炉；2)熔炼工艺；3)合金加入工艺；4)强化剂一次加入工艺；5)强化剂二次加入工艺；6)孕育剂加入工艺；7)当浇注铁水包内铁水达到1200～1400℃，浇注缸体、缸盖等铸件。所制备的微合金化超高强度高碳当量灰铸铁的标准试棒的抗拉强度达到了440兆帕，高于目前高强度高碳当量灰铸铁的强度。最终获得了一种微合金化超高强度高碳当量灰铸铁的制备方法。中国发明专利CN102888485A还公开了一种改变灰铸铁初生奥氏体生长形貌的变质剂及其制备方法和应用。所述变质剂的组成包括质量百分比10％～20％的钒、3％～5％的氮、10％～20％的硅、2％～5％的钙、2％～5％的铬，余量为铁。变质剂的制备方法是将含有钒、氮、铬、硅、钙元素的铁合金混合、熔炼、冷却后破碎成4～8毫米尺寸的颗粒，采用浇包内变质方法加入灰铸铁溶液中。所述的变质剂应用于处理易加工高强度灰铸铁。采用该发明变质剂处理使亚共晶灰铸铁初生奥氏体生长形貌发生了意想不到的改善，同时，能够得到细小、弯曲的石墨组织，使灰铸铁的力学性能得到大幅度提高。中国发明专利CN102888484A还公开了用废铁废钢生产高强度铸铁的方法，包括以下内容：按组成原料的重量配比称取原料废铁68-72%和废钢28-32%，另外称取总量1.4-1.6%的锰铁，采用两排冲天炉，使金属炉料废铁和废钢始终处于高位熔化，底焦送风强度选择在100m3/m2.min左右，控制出炉温度≥1450℃，选择灰分少、气孔率小、固定碳高达85%的焦炭，使铁水始终处于高温，铁水充分增碳，最后铁水孕育处理，出铁水时，从出铁槽加入备用的硅铁。该发明铸件强度高，组织细密、石墨小；铸件的铸造性能和加工性能好，而且生产成本低，无有害的遗传性。中国发明专利CN102876964A还公开了一种灰铸铁及其生产工艺，由下列成分按质量百分比制成：C2.7-3.0%，Mn0.9-1.2%，Ni1-1.5%，Cr0.3-0.5%，Sn0.3-0.5%，包芯线1.6-2.0%，P≤0.1%，S≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。包芯线的粉状内芯中含有轻稀土。该发明通过对灰铸铁的原材料配比进行合理的调整及增加孕育处理，使得灰铸铁强度及硬度均得到明显提升。该灰铸铁冶炼比较方便，具有良好的铸造性能，经孕育处理后，铸铁件不易开裂。使用现有材料炼出的灰铸铁铸件抗压强度、硬度都获得了明显提升，同时降低了企业生产成本，提高了产品合格率，扩大了铸件应用范围，具有很好的经济效益。中国发明专利CN102864368A还公开了一种孕育铸铁及其制备方法，各成分的重量百分含量如下：C3.3-3.5％，Si1.3-1.5％，Mn1.3-1.6％，P0.03-0.05％，S0.06-0.07％，Cr21-23％，Nd0.25-0.29％，Sn0.25-0.29％，Ti0.25-0.29％，Se0.25-0.29％，其余为Fe。制备方法为：称取各原料，制备合金液，将Nd-Sn-Se-Ti-Zn加入合金液中，铸造成铸锭，加热并保温，空淬，回火后得到孕育铸铁。但是，上述铸铁性能偏低，为了满足工业生产需求，需要提供性价比更高的铸铁材料及其制造方法。

发明内容

本发明是在普通铸铁基础上，在铁水冶炼后期，采用多元微合金化技术，实现铸铁基体组织的细化和石墨片的细化，从而达到改善铸铁性能的目的。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

本发明多元合金铸铁的制备方法是：先在电炉内用废钢、增碳剂、氮化锰铁和硅铁熔炼铁水，铁水的化学组成及其质量分数为：3.05～3.45%C,0.75～1.05%Mn,1.10～1.35%Si,0.03～0.07%N,S<0.06%,P<0.08%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度达到1450～1480℃时出炉，铁水出炉过程中，随铁水流加入是铁水质量分数0.8～1.2%的孕育剂，孕育剂由质量分数35%的硅钙钡合金和65%的硅铁组成，孕育剂颗粒尺寸为3～6mm。铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的2.5～3.5%，合金线的尺寸为合金线的化学组成及其质量分数为：C<0.20%,3～5%Sb,6～8%Si,4～5%Ce,4～5%Y,2.5～5.0%Ti,3～6%Ni,3～6%Cu,3～5%Ca,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度降至1335～1370℃，将铁水浇入铸型，然后开箱空冷铸件，并将铸件加热至200～260℃，保温6～10h后空冷至室温，得到性能优异的多元合金铸铁铸件。

所述硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45%的Si、10～12%的Ca、10～12%的Ba、≤0.8%的C、≤0.04%的P、≤0.06%的S，余量为Fe。

所述硅铁的化学成分质量分数为：72～80%的Si，<0.2%的C，≤0.02%的S，≤0.04%的P，余量为Fe。

本发明铸铁中，加入是铁水质量分数0.8～1.2%的孕育剂，孕育剂由质量分数35%的硅钙钡合金和65%的硅铁组成，孕育剂颗粒尺寸为3～6mm，可以起到细化共晶团，提高铸铁强度的作用。另外，在本发明铸铁中，当铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的2.5～3.5%，合金线的尺寸为

合金线的化学组成及其质量分数为：C<0.20%,3～5%Sb,6～8%Si,4～5%Ce,4～5%Y,2.5～5.0%Ti,3～6%Ni,3～6%Cu,3～5%Ca,余量为Fe和不可避免的微量杂质。合金线的加入可以起铸铁多元微合金化作用，有利于提高铸铁基体强度、硬度，细化石墨和共晶团，改善铸铁中夹杂物的形态和分布，从而可提高铸铁的性能。

本发明与现有技术相比，具有以下效果。

（1）本发明多元合金铸铁制备工艺简便，易于实现批量生产；

（2）本发明多元合金铸铁细化了石墨并使之分布均匀、石墨长度减小，细化了共晶团，并使基体实现固溶强化；

（3）本发明多元合金铸铁强度明显提高，抗拉强度达到380～420MPa。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详述：

实施例1：

本发明多元合金铸铁采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体制备方法是：先在电炉内用废钢、增碳剂、氮化锰铁和硅铁熔炼铁水，铁水的化学组成及其质量分数为：3.06%C,0.79%Mn,1.35%Si,0.063%N,0.053%S,0.077%P,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度达到1452℃时出炉，铁水出炉过程中，随铁水流加入是铁水质量分数0.8%的孕育剂，孕育剂由质量分数35%的硅钙钡合金（硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45%的Si、10～12%的Ca、10～12%的Ba、≤0.8%的C、≤0.04%的P、≤0.06%的S，余量为Fe）和65%的硅铁（硅铁的化学成分质量分数为：72～80%的Si，<0.2%的C，≤0.02%的S，≤0.04%的P，余量为Fe）组成，孕育剂颗粒尺寸为3～6mm。铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的3.0%，合金线的尺寸为

合金线的化学组成及其质量分数为：0.13%C,3.05%Sb,6.20%Si,4.99%Ce,4.03%Y,4.87%Ti,3.02%Ni,5.70%Cu,4.06%Ca,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度降至1337℃，将铁水浇入铸型，然后开箱空冷铸件，并将铸件加热至260℃，保温6h后空冷至室温，得到性能优异的多元合金铸铁铸件，其抗拉强度达到390MPa。

实施例2：

本发明多元合金铸铁采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体制备方法是：先在电炉内用废钢、增碳剂、氮化锰铁和硅铁熔炼铁水，铁水的化学组成及其质量分数为：3.44%C,1.01%Mn,1.12%Si,0.052%N,0.049%S,0.072%P,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度达到1477℃时出炉，铁水出炉过程中，随铁水流加入是铁水质量分数1.2%的孕育剂，孕育剂由质量分数35%的硅钙钡合金（硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45%的Si、10～12%的Ca、10～12%的Ba、≤0.8%的C、≤0.04%的P、≤0.06%的S，余量为Fe）和65%的硅铁（硅铁的化学成分质量分数为：72～80%的Si，<0.2%的C，≤0.02%的S，≤0.04%的P，余量为Fe）组成，孕育剂颗粒尺寸为3～6mm。铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的2.5%，合金线的尺寸为

合金线的化学组成及其质量分数为：0.13%C,4.86%Sb,7.95%Si,4.02%Ce,4.97%Y,2.58%Ti,5.71%Ni,3.05%Cu,4.90%Ca,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度降至1365℃，将铁水浇入铸型，然后开箱空冷铸件，并将铸件加热至200℃，保温10h后空冷至室温，得到性能优异的多元合金铸铁铸件，其抗拉强度达到415MPa。

实施例3：

本发明多元合金铸铁采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体制备方法是：先在电炉内用废钢、增碳剂、氮化锰铁和硅铁熔炼铁水，铁水的化学组成及其质量分数为：3.28%C,0.94%Mn,1.22%Si,0.036%N,0.050%S,0.067%P,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度达到1465℃时出炉，铁水出炉过程中，随铁水流加入是铁水质量分数1.0%的孕育剂，孕育剂由质量分数35%的硅钙钡合金（硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45%的Si、10～12%的Ca、10～12%的Ba、≤0.8%的C、≤0.04%的P、≤0.06%的S，余量为Fe）和65%的硅铁（硅铁的化学成分质量分数为：72～80%的Si，<0.2%的C，≤0.02%的S，≤0.04%的P，余量为Fe）组成，孕育剂颗粒尺寸为3～6mm。铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的3.5%，合金线的尺寸为

合金线的化学组成及其质量分数为：0.16%C,3.88%Sb,7.04%Si,4.11%Ce,4.68%Y,3.62%Ti,4.18%Ni,5.07%Cu,3.06%Ca,余量为Fe和不可避免的微量杂质。当铁水温度降至1360℃，将铁水浇入铸型，然后开箱空冷铸件，并将铸件加热至240℃，保温8h后空冷至室温，得到性能优异的多元合金铸铁铸件，其抗拉强度达到405MPa。

本发明多元合金铸铁强度高，石墨尺寸细小，显微组织中石墨分布均匀，在机械工业领域有良好的推广应用前景。

Claims

1.一种多元合金铸铁的制备方法，其特征在于：先在电炉内用废钢、增碳剂、氮化锰铁和硅铁熔炼铁水，铁水的化学组成及其质量分数为：3.05～3.45%C,0.75～1.05%Mn,1.10～1.35%Si,0.03～0.07%N,S<0.06%,P<0.08%,余量为Fe和不可避免的微量杂质；当铁水温度达到1450～1480℃时出炉，铁水出炉过程中，随铁水流加入是铁水质量分数0.8～1.2%的孕育剂，孕育剂由质量分数35%的硅钙钡合金和65%的硅铁组成，孕育剂颗粒尺寸为3～6mm；铁水进入铁水包后，用喂丝机向铁水内加入合金线，合金线加入量是铁水包内铁水质量分数的2.5～3.5%，合金线的尺寸为

合金线的化学组成及其质量分数为：C<0.20%,3～5%Sb,6～8%Si,4～5%Ce,4～5%Y,2.5～5.0%Ti,3～6%Ni,3～6%Cu,3～5%Ca,余量为Fe和不可避免的微量杂质；当铁水温度降至1335～1370℃，将铁水浇入铸型，然后开箱空冷铸件，并将铸件加热至200～260℃，保温6～10h后空冷至室温，得到性能优异的多元合金铸铁铸件。

2.如权利要求1所述一种多元合金铸铁的制备方法，其特征在于所述的硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45%的Si、10～12%的Ca、10～12%的Ba、≤0.8%的C、≤0.04%的P、≤0.06%的S，余量为Fe。

3.如权利要求1所述一种多元合金铸铁的制备方法，其特征在于所述的硅铁的化学成分质量分数为：72～80%的Si，<0.2%的C，≤0.02%的S，≤0.04%的P，余量为Fe。