CN103757172A - 一种球墨铸铁的制备方法 - Google Patents

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陈献西
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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁的制备方法，本发明通过冲天炉熔炼技术，利用合适的球化工艺技术，并进行多次孕育，采用合适的开箱时间，从而保证获得低温综合性能符合QT400-18AL（-20℃）标准的优质低温高韧性球墨铸铁铸件。其成分范围为：C：3.3~3.6%，Si：1.8-2.2%，Mn：＜0.20%，P：<0.040%，S<0.020%，Re：0.030~0.040%，Mg：0.040~0.055%。此类球铁可以满足质量要求较高的风电、核电、高铁等低温高性能铸件的质量需求。

Description

一种球墨铸铁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁的制备方法，更具体说是涉及一种利用冲天炉熔炼制造QT400-18AL球墨铸铁的工艺方法，属于铸造技术领域。
背景技术
QT400-18AL球墨铸铁因其具有较高的延伸率，低温条件下冲击韧性较好等特点，目前已被广泛应用于风电、核电和高铁机车等行业。目前，我国生产的QT400-18AL球墨铸铁熔炼工艺多以电炉熔炼为主，而用冲天炉熔炼的非常少，且不宜达到其对低温冲击韧性的要求而造成废品率较高。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种利用冲天炉熔炼制造QT400-18AL球墨铸铁的工艺方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的球墨铸铁的制备方法是通过下述步骤来实现的：
a、选用原材料：焦炭：固定碳碳含量≥85%，硫含量＜0.50%，水含量＜3%；新生铁：碳含量4.2~4.3%，硅含量：0.9~1.1%，磷含量 ＜0.040%，硫含量：＜0.020%；废钢：低锰优质碳素废钢：碳≤0.5%，锰＜0.3%；
b、采用冲天炉富氧送风工艺，以提高铁液温度：冲天炉底焦高度为1800~2000mm，批料500kg；其中新生铁380~420kg，废钢80~120kg，焦炭55~60kg；出炉温＞1450度；
c、球化孕育处理：利用盖包法进行球化处理，在经过预热的球化处理包内加入球化剂稀土镁合金FeSiMg8Re3，球化剂加入量为步骤b 所得铁液重量的1.5~1.6%，经此球化后镁残量控制在0.040~0.055wt%，稀土残量控制在0.030~0.040wt%，并在球化处理时，在冲天炉出铁槽中随流冲入孕育剂，孕育剂加入量为步骤b 所得铁液重量的0.5%，；
d、浇注及三次随流孕育处理：浇注温度＞1380℃，浇注过程中进行三次随流孕育；一次孕育在包底将粒度为3-8mm的含75-SiFe 0.8%孕育剂的覆盖在球化剂表面，加入量为铁液总质量的0.8%，球化剂和孕育剂放置在带堤坝的一侧，要避免铁液直接冲到；二次孕育是在球化处理时，在电炉出铁槽中随流冲入粒度为3~8mm的含Ba和 Ca孕育剂，加入量为铁液总质量的0.5%，；三次孕育是浇注过程中的随流孕育，采用粒度为0.3~1.0mm的 孕育剂，加入量为铁液总质量的0.1%；
e、浇注后处理：浇注后，根据铸件不同壁厚的要求开箱时间控制在24~36小时（在铸件壁厚为40-100mm时），之后在炉温500-550℃的条件下保温2-3小时，随炉冷却至200℃以下出炉即可；本发明的方法不需要石墨化退火处理，只需进行正常的消除铸件应力退火即可。
本发明中所述球化剂、孕育剂成分如下表：
球化剂、孕育剂成分（%）
  Mg Re Ba Ca Si Bi、Sb、C Fe
球化剂FeSiMg8Re3 7.5~8.5 2.5~3.5 1~2 2~3 41~44 微量 余量
75-SiFe孕育剂         72~80   余量
二次孕育剂     3~8 1~3 66~70   余量
三次孕育剂   微量 1~4 1~1.5 65~68 微量 余量
本发明步骤最b所得铁液化学成分的wt%为： C：3.3-3.6%，Si：1.8~2.2%，Mn：＜0.20%，P：<0.040%，S<0.020%，Re：0.030~0.040%，Mg：0.040~0.055%。
本发明的本体附铸试块抗拉强度σb≥390N/mm2，屈服强度σ0.2≥250N/mm2，延伸率δ≥18%，V型缺口低温-20±1℃冲击值为αk≥12J/cm2，硬度HB=130~180。
本发明熔炼后铁液的化学成分如表1所示；出炉温在1450℃以上。
表1原铁液及铸件的化学成分wt%
材料 C Si Mn P S Mg Re
原铁液 3.60~3.90 0.70~0.90 ＜0.20 <0.040 ＜0.040 / /
铸铁 3.30~3.60 1.80~2.20 ＜0.20 <0.040 ＜0.020 0.040~0.055 0.030~0.040
本发明的有益效果如下：
    1、由于采用盖包球化法进行球化处理，提高了镁的吸收率，以达到提高石墨球的圆整度，从而提高铸件综合性能。稀土镁合金FeSiMg8Re3,其用量为铁液重量的1.5~1.6%。经此球化后镁残量控制在0.040~0.055wt%，稀土残量控制在0.030~0.040wt%。
2、采取三次孕育处理工艺：一次孕育在包底将孕育剂（采用粒度为3~8mm的75-SiFe 0.8%）覆盖在球化剂表面，球化剂和孕育剂放置在带堤坝的一侧，要避免冲天炉内的铁液可以直接冲到；二次孕育是在球化处理时，在冲天炉出铁槽中随流冲入孕育剂(采用粒度为3~8mm的含Ba和 Ca孕育剂)；三次孕育是浇注过程中的随流孕育（采用粒度为0.3~1.0mm的 孕育剂，加入量为总质量的0.1%）。
3、浇注后处理不需要石墨化退火处理，只需进行正常的消除铸件应力退火即可，利用天然气炉升温至500-550℃保温2-3小时，随炉冷却200℃以下出炉。
所生产铸件的金相组织特征为：石墨球化级别1~2级，石墨球大小为5~7级，铁素体含量≥95%，渗碳体和磷共晶为少量。
本发明所生产的QT400-18AL球墨铸件性能指标是：抗拉强度390~410N/mm2，屈服强度250~270N/mm2，延伸率18~25%， -20℃冲击值（V型缺口）12~21.3J/cm2。
附图说明
图1为球化金相照片。
图2为基体组织金相照片。
具体实施方式
本发明的球墨铸铁的制备方法是通过下述步骤来实现的：
a、选用原材料：焦炭：固定碳碳含量≥85%，硫含量＜0.50%，水含量＜3%；新生铁：碳含量4.2~4.3%，硅含量：0.9-1.1%，磷含量 ＜0.040%，硫含量：＜0.020%；废钢：低锰优质碳素废钢：碳≤0.5%，锰＜0.3%；
b、采用冲天炉富氧送风工艺，以提高铁液温度：冲天炉底焦高度为1800-2000mm，批料500kg；其中新生铁380～420kg，废钢80～120kg，焦炭55～60kg；出炉温＞1450℃；
c、球化孕育处理：利用盖包法进行球化处理，在经过预热的球化处理包内加入球化剂稀土镁合金FeSiMg8Re3，球化剂加入量为步骤b 所得铁液重量的1.5~1.6%，经此球化后镁残量控制在0.040~0.055wt%，稀土残量控制在0.030~0.040wt%，并在球化处理时，在冲天炉出铁槽中随流冲入孕育剂，孕育剂加入量为步骤b 所得铁液重量的0.5%，；
d、浇注及三次随流孕育处理：浇注温度＞1380℃，浇注过程中进行三次随流孕育；一次孕育在包底将粒度为3-8mm的75-SiFe 0.8%孕育剂的覆盖在球化剂表面，加入量为铁液总质量的0.8%，球化剂和孕育剂放置在带堤坝的一侧，要避免铁液直接冲到；二次孕育是在球化处理时，在电炉出铁槽中随流冲入粒度为3~8mm的含Ba和 Ca孕育剂，加入量为铁液总质量的0.5%，；三次孕育是浇注过程中的随流孕育，采用粒度为0.3~1.0mm的 孕育剂，加入量为铁液总质量的0.1%；
e、浇注后处理：浇注后，根据铸件不同壁厚的要求开箱时间控制在24~36小时（在铸件壁厚为40~100mm时），之后在炉温500-550℃的条件下保温2~3小时，随炉冷却至200℃以下出炉即可；本发明的方法不需要石墨化退火处理，只需进行正常的消除铸件应力退火即可。
所使用的球化剂、孕育剂成分如下表：
球化剂、孕育剂成分（%）
Figure 592602DEST_PATH_IMAGE001
本发明步骤最b所得铁液化学成分的wt%为： C：3.3~3.6%，Si：1.8~2.2%，Mn：＜0.20%，P：<0.040%，S<0.020%，Re：0.030~0.040%，Mg：0.040~0.055%。
    本发明的具体实施例如下：
实施例1
a、选用原材料：
山西优质铸造焦：固定碳碳含量≥85%，硫含量＜0.50%，水含量＜3%
山西优质Q10生铁：碳含量4.2~4.3%，硅含量：0.9~1.1%，磷含量 ＜0.040%，硫含量：＜0.020%；低锰优质碳素废钢：碳≤0.5%，锰＜0.3%，
b、熔炼处理过程：冲天炉底焦高度为1800~2000mm，炉料采用Q10生铁、废钢按照以下比例配合500kg层焦进行熔炼生产，其中新生铁420kg，废钢80kg，焦炭50kg；熔炼后铁液的化学成分如表1所示；出炉温在1450℃以上；
c、球化处理：利用盖包球化法进行球化，稀土镁合金FeSiMg8Re3,其用量为铁液重量的1.5~1.6%。经此球化后镁残量控制在0.040~0.055wt%，稀土残量控制在0.030~0.040wt%；
d、孕育处理采用三次孕育处理：一次孕育在包底将孕育剂（采用粒度为3-8mm的75-SiFe 0.8%）覆盖在球化剂表面，球化剂和孕育剂放置在带堤坝的一侧，要避免冲天炉内的铁液可以直接冲到；二次孕育是在球化处理时，在冲天炉出铁槽中随流冲入孕育剂(采用粒度为3~8mm的含Ba和 Ca孕育剂)；三次孕育是浇注过程中的随流孕育（采用粒度为0.3~1.0mm的 孕育剂，加入量为总质量的0.1%）；
e、浇注后处理：浇注后要根据铸件不同的壁厚要求不同的开箱时间，壁厚40~100mm一般控制在24~36小时左右开箱，此工艺生产方法不需要石墨化退火处理，只需进行正常的消除铸件应力退火即可，利用天然气炉升温至500-550℃保温2-3小时，随炉冷却200℃以下出炉。
所生产铸件的金相组织特征为：石墨球化级别1~2级，石墨球大小为5~7级，铁素体含量≥95%，渗碳体和磷共晶为少量。
按上述步骤重复进行3批，结果如下：
（1）    化学分析结果如表2所示；
表2化学成分检测结果wt（%）
Figure 301932DEST_PATH_IMAGE002
(2)金相检验结果如图1、图2所示；
石墨球化级别2级，石墨球大小为6级，铁素体含量≥95%，渗碳体和磷共晶为少量。
（3）机械性能结果如表3；
依据金属材料室温拉伸试验方法GB/T228-2002，进行机械性能试验，结果如表3所示。
表3机械性能试验结果
Figure 252571DEST_PATH_IMAGE004

Claims (1)

1.一种球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述方法是通过下述步骤来实现的：
a、选用原材料：焦炭：固定碳碳含量≥85%，硫含量＜0.50%，水含量＜3%；新生铁：碳含量4.2~4.3%，硅含量：0.9~1.1%，磷含量 ＜0.040%，硫含量：＜0.020%；废钢：低锰优质碳素废钢：碳≤0.5%，锰＜0.3%；
b、采用冲天炉富氧送风工艺，以提高铁液温度：冲天炉底焦高度为1800~2000mm，批料500kg，其中新生铁380~420kg、废钢80~120kg、焦炭55~60kg；出炉温＞1450度；最终使铁液化学成分达到wt%为： C：3.3~3.6%，Si：1.8~2.2%，Mn：＜0.20%，P：<0.040%，S<0.020%，Re：0.030-0.040%，Mg：0.040-0.055%；
c、球化孕育处理：利用盖包法进行球化处理，在经过预热的球化处理包内加入球化剂稀土镁合金FeSiMg8Re3，球化剂加入量为步骤b 所得铁液重量的1.5~1.6%，经此球化后镁残量控制在0.040~0.055wt%，稀土残量控制在0.030~0.040wt%，并在球化处理时，在冲天炉出铁槽中随流冲入孕育剂，孕育剂加入量为步骤b 所得铁液重量的0.5%，；
d、浇注及三次随流孕育处理：浇注温度＞1380℃，浇注过程中进行三次随流孕育；一次孕育在包底将粒度为3~8mm的含75-SiFe 0.8%孕育剂的覆盖在球化剂表面，加入量为铁液总质量的0.8%，球化剂和孕育剂放置在带堤坝的一侧，要避免铁液直接冲到；二次孕育是在球化处理时，在电炉出铁槽中随流冲入粒度为3~8mm的含Ba和 Ca孕育剂，加入量为铁液总质量的0.5%，；三次孕育是浇注过程中的随流孕育，采用粒度为0.3~1.0mm的 孕育剂，加入量为铁液总质量的0.1%；
e、浇注后处理：浇注后，根据铸件不同壁厚的要求开箱时间控制在24~36小时，之后在炉温500~550℃的条件下保温2~3小时，随炉冷却至200℃以下出炉即可。
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