CN103882282B

CN103882282B - 百吨级铁素体球墨铸铁件铁液及其制备方法

Info

Publication number: CN103882282B
Application number: CN201410119300.1A
Authority: CN
Inventors: 傅明康; 郑燕华; 宋贤发; 刘建东; 王铎; 张坤
Original assignee: RIYUE HEAVY INDUSTRY CO LTD
Current assignee: RIYUE HEAVY INDUSTRY CO LTD
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: CN103882282A

Abstract

本发明公开了一种百吨级铁素体球墨铸铁件铁液，它的元素质量百分比组成为：C？3.50%～3.90%，Si？2.30%～2.70%，Mn？0.2%～0.5%，P≤0.050%，S≤0.020%，Re？0.010%～0.020%，Mg？0.03%～0.040%，Sb？0.002%～0.008%，余量为Fe及微量杂质元素；本发明提供的铁液能用于制造百吨级铁素体球墨铸铁件，且性能优良，满足GB/T？1348-2009要求，按照本发明工艺制造的百吨级铁素体球墨铸铁件不易产生粘砂、缩松等缺陷。

Description

百吨级铁素体球墨铸铁件铁液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁素体球墨铸铁件的铸造工艺，应用于重量达百吨级的球墨铸铁产品中，属于铸造及机械制造领域，具体讲是一种百吨级铁素体球墨铸铁件铁液及其制备方法。

背景技术

球墨铸铁由于具有优良的性能，被广泛应用于各个行业，随着制造业的发展，大型厚断面球墨铸铁件更是应用于冶金、机械、交通运输及核乏燃料储运等方面。

大型厚断面球墨铸铁件尺寸大，重量大，壁厚厚，铸造时的热容量大，凝固缓慢，极易造成球化衰退与孕育衰退，从而导致铸件的组织和基体发生变化，特别是在铸件的心部更加严重。主要表现为石墨球大，石墨球数量少，石墨漂浮，石墨球产生畸变，形成各种非球状石墨。同时由于凝固时溶质元素的再分配还会出现严重的元素偏析及晶间碳化物、反白口及缩孔、缩松等一系列问题，其结果使得球墨铸铁的力学性能变差，特别是延伸率和塑性及低温性能明显降低。

百吨级球墨铸铁件属大型厚断面球墨铸铁件，由于要制备的铁液量大，如何防止球化处理、孕育处理过程中的铁液被氧化，如何防止铁液孕育衰退、球化衰退，并且要在短时间内制备百吨级球墨铸铁铁液量有很大的技术难度，因为，铁液出炉球化处理结束至开始浇注的间隔时间不得超过20分钟，超过20分钟，铁液由于孕育衰退、球化衰退的原因而不能再浇注产品。另外，百吨级球墨铸铁件的壁厚厚、热容量高，容易产生粘砂、缩松等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种所需原料少，具有优良性能的百吨级铁素体球墨铸铁件铁液及其制备方法。

本发明的技术解决方案如下：一种百吨级铁素体球墨铸铁件铁液，它的元素质量百分比组成为：C3.50%～3.90%，Si2.30%～2.70%，Mn0.2%～0.5%，P≤0.050%，S≤0.020%，Re0.010%～0.020%，Mg0.03%～0.040%，Sb0.002%～0.008%，余量为Fe及微量杂质元素。

一种上述的百吨级铁素体球墨铸铁件铁液的制备方法，包括以下工艺步骤：

将质量成分为C3.50%～3.90%，Si1.10%～1.50%，Mn0.2%～0.5%，P≤0.050%，S≤0.070%冲天炉熔炼的铁液进行脱硫处理，得到质量成分为C3.50%～3.90%，Si1.10%～1.50%，Mn0.2%～0.5%，P≤0.050%，S≤0.020%的脱硫铁液，然后将脱硫铁液在中频感应保温电炉内加热到1450℃～1470℃，采用冲入法对其进行球化处理，球化处理时进行第一次孕育处理，在孕育处理的同时加入铁液质量0.002%～0.008%的Sb，球化处理结束后进行第二次孕育处理，将所得铁液转运倒入浇包内，铁液倒入浇包时进行第三次孕育处理，得到最终的铁液元素质量成分为：C3.50%～3.90%，Si2.30%～2.70%，Mn0.2%～0.5%，P≤0.050%，S≤0.020%，Re0.010%～0.020%，Mg0.030%～0.040%，Sb0.002%～0.008%，余量为Fe及微量杂质元素，浇包内的铁液温度到1270℃～1310℃后浇注铸件，最终获得性能优良的产品。

上述硅量的选择是基于在铁素体基体中，硅能固溶强化铁素体，从而提高铸件力学性能，但在厚大断面铸件中，过高的硅含量会增加碎块状石墨出现的几率，因此，本发明把硅含量控制在2.30%～2.70%之间。

上述锰量也是基于在铁素体球墨铸铁件，虽然，球铁中少量的锰也能起到合金作用。但是锰量过高，易出现偏析现象，在大型厚断面铸件中，该现象更易发生，因此，把锰量控制在0.2%～0.5%之间。

上述的球化处理采用的球化剂为轻稀土球化剂，其元素质量百分比组成为：Re2%～4%，Mg5%～8%，Si35%～45%，其余为Fe及微量杂质元素；为降低最终铁液中残余稀土和镁的含量，把轻稀土球化剂加入量控制在铁液重量的1.0%～1.4%。

上述的孕育处理采用的孕育剂包括碳化硅孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂，碳化硅孕育剂的元素质量百分比组成为：C29%～34%，Si65%～70%，其余为微量杂质元素；硅钡孕育剂的元素质量百分比组成为：Ba1.5%～2.5%，Si70%～75%，其余为Fe及微量杂质元素；硅锆孕育剂的元素质量百分比组成为：Zr1.3%～1.8%，Si73%～78%，其余为Fe及微量杂质元素。球化处理时加入具有孕育效果时间较长的碳化硅孕育剂0.1%～0.2%，球化处理后加入硅钡孕育剂0.4%～0.8%，在铁液从球化处理包转入浇包内的过程中加入孕育效果短时高效的硅锆孕育剂0.1%～0.2%；孕育剂具体加入量根据铁液成分调整。

上述铁液从中频感应保温电炉出铁水球化处理结束至开始浇注的间隔时间可超过20分钟，在50分钟以内仍然可以浇注百吨级铁素体球墨铸铁件。

本发明的有益效果是：本发明提供的铁液能用于制造百吨级铁素体球墨铸铁件，且性能优良，满足GB/T1348-2009要求，按照本发明工艺制造的百吨级铁素体球墨铸铁件不易产生粘砂、缩松等缺陷。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

实施例一

磨盘铸件，外形尺寸为5400mm×6000mm×2900mm，材料QT450-10A，最厚壁厚600mm，铸件重量87000kg，浇注重量108000kg。

将质量成分为：C3.81%，Si1.43%，Mn0.32%，P0.031%，S0.061%的由冲天炉熔炼得到的铁液进行脱硫处理，得到质量成分为：C3.80%，Si1.43%，Mn0.32%，P0.031%，S0.018%的脱硫铁液，然后将脱硫铁液分别在4台容量25吨和1台容量45吨的中频感应保温电炉内加热到1458℃，采用冲入法对其进行球化处理，用5个容量25吨球化处理包处理铁水21.5吨4包、22吨1包，加入球化剂1.2%，球化处理时进行第一次孕育处理，在孕育处理的同时加入铁液质量0.007%的Sb，球化处理结束后进行第二次孕育处理，将所得铁液转运倒入浇包内，铁液倒入浇包时进行第三次孕育处理，得到最终的铁液的元素质量成分为：C3.64%，Si2.51%，Mn0.32%，P0.031%，S0.009%，Re0.012%，Mg0.030%，Sb0.007%,余量为Fe及微量杂质元素。

将所得铁液转运静置在4只容量35吨的浇包内，浇包内的铁液温度到1292℃、1290℃、1288℃、1290℃时同时浇注铸件，中频感应保温电炉出铁水球化处理结束至开始浇注的间隔时间为45分钟，最终获得性能优良的产品。

上述的球化处理采用的球化剂为轻稀土球化剂，其元素质量百分比组成为：Re2%～4%，Mg5%～8%，Si35%～45%，其余为Fe及微量杂质元素。

上述的孕育处理采用的孕育剂包括碳化硅孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂，碳化硅孕育剂的元素质量百分比组成为：C29%～34%，Si65%～70%，其余为微量杂质元素；硅钡孕育剂的元素质量百分比组成为：Ba1.5%～2.5%，Si70%～75%，其余为Fe及微量杂质元素；硅锆孕育剂的元素质量百分比组成为：Zr1.3%～1.8%，Si73%～78%，其余为Fe及微量杂质元素。球化处理时加入具有孕育效果时间较长的碳化硅孕育剂0.1%，球化处理后加入硅钡孕育剂0.5%，在铁液从球化处理包转入浇包内的过程中加入孕育效果短时高效的硅锆孕育剂0.2%

铸件附铸试块（70mm×105mm×180mm）检测结果为：抗拉强度412Mpa，屈服强度275Mpa，延伸率11.6%，硬度165HBW。

符合GB/T1348-2009QT450-10A附铸试块壁厚＞60～200mm时，抗拉强度≥390Mpa，屈服强度≥260Mpa，延伸率≥8%，硬度160～210HBW性能要求。

实施例二

注塑机模板铸件，外形尺寸为5200mm×5200mm×2800mm，材料QT450-10A，最厚壁厚580mm，铸件重量96000kg，浇注重量116000kg。

将元素质量成分为C3.75%，Si1.38%，Mn0.36%，P0.035%，S0.064%的由冲天炉熔炼得到的铁液进行脱硫处理，得到质量成分为：C3.75%，Si1.38%，Mn0.36%，P0.035%，S0.016%的脱硫铁液，然后将脱硫铁液分别在4台容量25吨和1台容量45吨的中频感应保温电炉内加热到1464℃，采用冲入法对其进行球化处理，用5个容量25吨球化处理包处理铁水23吨4包、24吨1包，加入球化剂1.25%，球化处理时进行第一次孕育处理，在孕育处理的同时加入铁液质量0.005%的Sb，球化处理结束后进行第二次孕育处理，将所得铁液转运倒入浇包内，铁液倒入浇包时进行第三次孕育处理，得到最终的铁液，其元素质量成分为：C3.61%，Si2.49%，Mn0.36%，P0.035%，S0.007%，Re0.013%，Mg0.032%，Sb0.005%,余量为Fe及微量杂质元素。

将所得铁液转运静置在4只容量35吨的浇包内，浇包内的铁液温度到1295℃、1293℃、1292℃、1293℃时同时浇注铸件，中频感应保温电炉出铁水球化处理结束至开始浇注的间隔时间为43分钟，最终获得性能优良的产品。

上述的孕育处理采用的孕育剂包括碳化硅孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂，碳化硅孕育剂的元素质量百分比组成为：C29%～34%，Si65%～70%，其余为微量杂质元素；硅钡孕育剂的元素质量百分比组成为：Ba1.5%～2.5%，Si70%～75%，其余为Fe及微量杂质元素；硅锆孕育剂的元素质量百分比组成为：Zr1.3%～1.8%，Si73%～78%，其余为Fe及微量杂质元素。球化处理时入具有孕育效果时间较长的碳化硅孕育剂0.1%，球化处理后加入硅钡孕育剂0.5%，在铁液从球化处理包转入浇包内的过程中加入孕育效果短时高效的硅锆孕育剂0.2%。

铸件附铸试块（70mm×105mm×180mm）检测结果为：抗拉强度422Mpa，屈服强度281Mpa，延伸率13.2%，硬度170HBW。

实施例三

注塑机模板铸件，外形尺寸为4980mm×4400mm×1330mm，材料QT450-10A，最厚壁厚850mm，铸件重量100780kg，浇注重量113000kg。

将质量成分为：C3.81%，Si1.35%，Mn0.40%，P0.031%，S0.061%的由冲天炉熔炼得到的铁液进行脱硫处理，得到质量成分为：C3.80%，Si1.35%，Mn0.40%，P0.031%，S0.018%的脱硫铁液，然后将脱硫铁液分别在4台容量25吨和1台容量45吨的中频感应保温电炉内加热到1470℃，采用冲入法对其进行球化处理，用5个容量25吨球化处理包处理铁水23吨4包、21吨1包，加入球化剂1.3%，球化处理时进行第一次孕育处理，在孕育处理的同时加入铁液质量0.003%的Sb，球化处理结束后进行第二次孕育处理，将所得铁液转运倒入浇包内，铁液倒入浇包时进行第三次孕育处理，得到最终的铁液，其元素质量成分为：C3.64%，Si2.52%，Mn0.40%，P0.031%，S0.009%，Re0.012%，Mg0.030%，Sb0.003%,余量为Fe及微量杂质元素。

将所得铁液转运静置在4只容量35吨的浇包内，浇包内的铁液温度到1295℃、1298℃、1297℃、1297℃时同时浇注铸件，中频感应保温电炉出铁水球化处理结束至开始浇注的间隔时间为40分钟，最终获得性能优良的产品。

上述的孕育处理采用的孕育剂包括碳化硅孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂，碳化硅孕育剂的元素质量百分比组成为：C29%～34%，Si65%～70%，其余为微量杂质元素；硅钡孕育剂的元素质量百分比组成为：Ba1.5%～2.5%，Si70%～75%，其余为Fe及微量杂质元素；硅锆孕育剂的元素质量百分比组成为：Zr1.3%～1.8%，Si73%～78%，其余为Fe及微量杂质元素。球化处理时加入具有孕育效果时间较长的碳化硅孕育剂0.1%，球化处理后加入硅钡孕育剂0.6%，在铁液从球化处理包转入浇包内的过程中加入孕育效果短时高效的硅锆孕育剂0.2%。

铸件附铸试块（70mm×105mm×180mm）检测结果为：抗拉强度416Mpa，屈服强度276Mpa，延伸率12.8%，硬度170HBW。

实施例四

将元素质量成分为C3.78%，Si1.31%，Mn0.33%，P0.035%，S0.058%的由冲天炉熔炼得到的铁液进行脱硫处理，得到质量成分为：C3.78%，Si1.31%，Mn0.33%，P0.035%，S0.016%的脱硫铁液，然后将脱硫铁液分别在4台容量25吨和1台容量45吨的中频感应保温电炉内加热到1450℃，采用冲入法对其进行球化处理，用5个容量25吨球化处理包处理铁水23吨4包、24吨1包，加入球化剂1.10%，球化处理时进行第一次孕育处理，在孕育处理的同时加入铁液质量0.006%的Sb，球化处理结束后进行第二次孕育处理，将所得铁液转运倒入浇包内，铁液倒入浇包时进行第三次孕育处理，得到最终的铁液，其元素质量成分为：C3.61%，Si2.48%，Mn0.33%，P0.035%，S0.007%，Re0.012%，Mg0.031%，Sb0.006%,余量为Fe及微量杂质元素。

将所得铁液转运静置在4只容量35吨的浇包内，浇包内的铁液温度到1290℃、1288℃、1287℃、1287℃时同时浇注铸件，中频感应保温电炉出铁水球化处理结束至开始浇注的间隔时间为40分钟，最终获得性能优良的产品。

上述的孕育处理采用的孕育剂包括碳化硅孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂，碳化硅孕育剂的元素质量百分比组成为：C29%～34%，Si65%～70%，其余为微量杂质元素；硅钡孕育剂的元素质量百分比组成为：Ba1.5%～2.5%，Si70%～75%，其余为Fe及微量杂质元素；硅锆孕育剂的元素质量百分比组成为：Zr1.3%～1.8%，Si73%～78%，其余为Fe及微量杂质元素。球化处理时加入具有孕育效果时间较长的碳化硅孕育剂0.15%，球化处理后加入硅钡孕育剂0.7%，在铁液从球化处理包转入浇包内的过程中加入孕育效果短时高效的硅锆孕育剂0.15%。

铸件附铸试块（70mm×105mm×180mm）检测结果为：抗拉强度421Mpa，屈服强度282Mpa，延伸率12.2%，硬度175HBW。

Claims

1.一种百吨级铁素体球墨铸铁件的制备方法，其特征在于：所述百吨级铁素体球墨铸铁件铁液的元素质量百分比组成为：C3.50％～3.90％，Si2.48％～2.70％，Mn0.32％～0.5％，P≤0.050％，S≤0.020％，RE0.010％～0.020％，Mg0.030％～0.040％，Sb0.002％～0.008％，余量为Fe及微量杂质元素；

其制备方法包括以下工艺步骤：

将质量成分为C3.50％～3.90％，Si1.10％～1.50％，Mn0.2％～0.5％，P≤0.050％，S≤0.070％的由冲天炉熔炼得到的铁液进行脱硫处理，得到质量成分为C3.50％～3.90％，Si1.10％～1.50％，Mn0.2％～0.5％，P≤0.050％，S≤0.020％的脱硫铁液，然后将脱硫铁液在中频感应保温电炉内加热到1450℃～1470℃，采用冲入法对其进行球化处理，球化处理时进行第一次孕育处理，在孕育处理的同时加入铁液质量0.002％～0.008％的Sb，球化处理结束后进行第二次孕育处理，然后将所得铁液转运倒入浇包内，铁液倒入浇包时进行第三次孕育处理，得到最终的铁液元素质量成分为：C3.50％～3.90％，Si2.48％～2.70％，Mn0.32％～0.5％，P≤0.050％，S≤0.020％，RE0.010％～0.020％，Mg0.030％～0.040％，Sb0.002％～0.008％，余量为Fe及微量杂质元素，浇包内的铁液温度到1270℃～1310℃后浇注铸件。

2.根据权利要求1所述的百吨级铁素体球墨铸铁件的制备方法，其特征在于：所述的球化处理采用的球化剂为轻稀土球化剂，其元素质量百分比组成为：RE2％～4％，Mg5％～8％，Si35％～45％，其余为Fe及微量杂质元素；轻稀土球化剂的加入量控制在铁液重量的1.0％～1.4％。

3.根据权利要求1所述的百吨级铁素体球墨铸铁件的制备方法，其特征在于：所述的孕育处理采用的孕育剂包括碳化硅孕育剂、硅钡孕育剂、硅锆孕育剂，碳化硅孕育剂的元素质量百分比组成为：C29％～34％，Si65％～70％，其余为微量杂质元素；硅钡孕育剂的元素质量百分比组成为：Ba1.5％～2.5％，Si70％～75％，其余为Fe及微量杂质元素；硅锆孕育剂的元素质量百分比组成为：Zr1.3％～1.8％，Si73％～78％，其余为Fe及微量杂质元素；球化处理时加入具有孕育效果时间较长的碳化硅孕育剂0.1％～0.2％，球化处理后加入硅钡孕育剂0.4％～0.8％，在铁液从球化处理包转入浇包内的过程中加入孕育效果短时高效的硅锆孕育剂0.1％～0.2％；孕育剂具体加入量根据铁液成分调整。