CN104313233A - 用废钢生产高伸长率球墨铸铁qt700-7的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，炉料配比由重量百分比为60～85%的Q235废钢和15～40%的球铁回炉料组成；通过对炉内原铁水进行合金化处理，进行喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理、第二次冲入法孕育处理、第三次随流孕育处理，浇注、冷却、清理、拉伸试验、伸长率计算。本发明用废钢生产，满足QT700抗拉强度达到700MPa以上的同时，实现伸长率达到7%以上，解决现有QT700-2球墨铸铁伸长率低的问题，满足高要求产品对QT700球墨铸铁同时具备高强度、高伸长率的要求，填补国内外高伸长率QT700-7球墨铸铁生产技术的空白，成本低，显著提高生产企业的经济效益。

Description

用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法

技术领域

本发明涉及金属材料生产技术领域，尤其是涉及用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法。

背景技术

现有的球墨铸铁QT700-2，国家标准GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》、日本标准FCD700-2、英国标准BS700-2、德国DIN标准GGG70、法国NF标准EN-GJS-700-2都规定抗拉强度≥700MPa、伸长率≥2%，产品只要同时达到这两项技术指标就算合格；只有美国标准AWS100-70-3规定抗拉强度≥700MPa、伸长率≥3%，伸长率比上述国家的标准增加1%，然而，对于同时要求高强度、高韧性的高要求产品，当抗拉强度≥700MPa、伸长率≥2%时，强度虽然满足要求，但韧性低易断裂，远远满足不了高要求产品对球墨铸铁同时具有高强度、高韧性的要求。

要提高球墨铸铁QT700-2的韧性，主要就是要提高伸长率。众所周知，所有的金属材料，随着强度的提高，硬度相应提高，伸长率下降，韧性降低，材料变得硬而脆。如何在保证金属材料高强度的情况下提高韧性，使金属材料同时具有高强度和高韧性，就必须解决金属材料的伸长率问题，这是材料力学工作者和铸造工作者永远所面对的难题。

用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7，在满足抗拉强度≥700MPa的同时，伸长率≥7%的生产技术，国内外目前还是空白。

发明内容

本发明的目的在于改进已有技术的不足而提供一种用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，在满足抗拉强度≥700MPa的同时，实现伸长率≥7%以上，满足高要求产品对球墨铸铁同时具有高强度、高韧性的要求，提高伸长率，降低成本，提高经济效益，填补国内外空白。

本发明的目的是这样实现的：炉料配比由重量百分比为60～85%的Q235废钢和15～40%的球铁回炉料组成。

为了进一步实现本发明的目的，对炉内原铁水进行合金化处理，合金化处理后的原铁水由质量百分比为3.65～3.75%的碳、1.20～1.30%的硅、0.40～0.45%的锰、0～0.030%的磷、0～0.020%的硫、0.60～0.80%的铜、0.30～0.40%的钼组成。

通过喂丝法球化处理和第一次喂丝法孕育处理、第二次冲入法孕育处理后的终铁水由质量百分比为3.40～3.65%的碳、1.80～1.95%的硅、0.40～0.45%的锰、0～0.030%的磷、0～0.015%的硫、0.60～0.80%的铜、0.30～0.40%的钼、0.015～0.025%的稀土、0.040～0.055%的镁组成，炉前快速金相球化率90～98%。

通过喂丝法球化处理和第一次喂丝法孕育处理、第二次冲入法孕育处理后的终铁水，浇注产品时进行第三次随流孕育处理，随流孕育剂加入量是22～25克/每秒。

用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的工艺流程是：炉料配比→98.5%增碳剂加入量计算→在中频炉内加入Q235废钢→98.5%增碳剂→Q235废钢→熔化铁水、造型机同时造型→98.5%增碳剂→Q235废钢→球头回炉料→熔化铁水→炉内原铁水温度达到1400～1450℃时停电→扒净炉内熔渣→取光谱试样→光谱分析→熔化铁水→75%硅铁、99.9%紫铜、55%钼铁加入量计算、称量、加入→对炉内原铁水进行增硅和进行合金化处理→75%硅铁、99.9%紫铜、55%钼铁完全熔化后扒净熔渣→取光谱试样→光谱分析→原铁水符合权利要求项2时，测量铁水温度→烫红铁水包、浇包→测量铁水温度，原铁水温度达到1500～1520℃时准备出铁水进行球化、孕育处理→分别设置好球化站球化包芯线、孕育包芯线的喂线长度和喂线速度→出铁水喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理→扒净熔渣→铁水转包第二次冲入法孕育处理→铁水吊运→扒净熔渣→取光谱试样、金相试块→光谱分析、金相分析→终铁水符合权利要求项3时，浇注产品、第三次随流孕育处理→浇注Y型试块、第三次随流孕育处理→冷却、清理→加工拉伸试样→拉伸试验、检测抗拉强度→计算伸长率。

喂丝法球化处理的喂丝线由29～30%的镁、40～45%的硅、6～8%的钙、2.7～4.0%的稀土、余量为铁组成的外径为Φ13mm的球化包芯线，第一次喂丝法孕育处理的喂丝线由65.7～72.0%的硅、3.52～4.0%的钡、1.62～2.0%的钙、1.7～2.0%的铝、余量为铁组成的外径为Φ13mm的孕育包芯线，第二次冲入法孕育处理的孕育剂由70～75%的硅、1.5～3.0%的钡、1.0～2.0%的钙、余量为铁组成的粒度为3.0～8.0mm的硅钡钙孕育剂。

第三次随流孕育剂由70～75%的硅、1.5～3.0%的钡、1.0～2.0%的钙、余量为铁组成的粒度为0.2～0.7mm的硅钡钙孕育剂。

本发明与现有技术相比具有以下显著特点和积极效果：本发明用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7，生产工艺简单，成本低，显著提高生产企业的经济效益。

本发明在满足抗拉强度达到700MPa以上的同时，实现伸长率达到7%以上，与国家标准GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》、日本标准FCD700-2、英国标准BS700-2、德国DIN标准GGG70、法国NF标准EN-GJS-700-2规定抗拉强度≥700MPa、伸长率≥2%相比，本发明伸长率是国家标准GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》和上述国家标准规定的QT700-2伸长率的3.5倍，即相同抗拉强度700MPa以上的球墨铸铁，本发明用废钢生产的球墨铸铁QT700-7的韧性是国家标准GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》和上述国家标准规定的QT700-2的韧性的3.5倍。

本发明伸长率是美国标准AWS100-70-3规定的伸长率的2.5倍，即相同抗拉强度700MPa以上的球墨铸铁，本发明用废钢生产的球墨铸铁QT700-7的韧性是美国标准AWS100-70-3规定的韧性的2.5倍。

本发明解决现有球墨铸铁QT700-2伸长率低的问题，所生产的高伸长率球墨铸铁QT700-7在满足抗拉强度达到700MPa以上的同时，实现伸长率达到7%以上，韧性高，满足高要求产品对球墨铸铁同时具有高强度、高韧性的要求，填补国内外高伸长率QT700-7球墨铸铁生产技术的空白。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例：用5吨中频炉熔化铁水。 

炉料配比由重量百分比为65%的Q235废钢和35%的球铁回炉料组成，其中：Q235废钢加入总量为3250Kg，球铁回炉料加入总量为1750Kg。

计算98.5%增碳剂的加入量。

由重量百分比为65%的Q235废钢和35%的球铁回炉料组成的炉料的含碳总量按下列公式计算。

炉料的含碳总量＝Q235废钢的加入重量百分比（%）×Q235废钢的含碳量平均值（%）＋球铁回炉料的加入重量百分比（%）×球铁回炉料的含碳量平均值（%）=0.65%×0.146%＋0.35%×3.50%=0.0949%＋1.225%=1.3199%。

炉内原铁水缺少的碳含量按下列公式计算。

炉内原铁水缺少的碳含量=权利要求项2中3.65～3.75%的碳的平均值－炉料的含碳总量=3.70%－1.3199%=2.3801%。

补充炉内原铁水缺少的碳含量到权利要求项2中3.65～3.75%的碳的平均值3.70%，需向炉内加入98.5%增碳剂，98.5%增碳剂的加入量按下列公式计算。

98.5%增碳剂的加入量=炉内原铁水缺少的碳含量%÷增碳剂的含碳量%÷中频炉的碳综合吸收率80%×炉内原铁水重量（Kg）=2.3801%÷98.5%÷80%×5000Kg =151Kg。

为了提高增碳剂的吸收率，增碳剂分两批次加入。

熔化铁水，造型机同时开始造型。

在中频炉内加入Q235废钢500Kg，加入98.5%增碳剂100Kg，再加入Q235废钢，到加满炉口为止。

小功率送电10分钟后，大功率送电开始熔化铁水。

当炉内Q235废钢熔化下降到1/3炉膛深度时，加入剩余98.5%增碳剂51Kg，再加入Q235废钢，到加满炉口为止。

当Q235废钢全部加完，并且炉内Q235废钢熔化下降到1/3炉膛深度时，再加入球铁回炉料，到加满炉口为止。

继续大功率送电熔化，直到球铁回炉料全部加完、熔化并且炉内原铁水温度达到1400～1450℃时停电，扒净炉内熔渣，取光谱试样。

用瑞士进口ARL3460型直读光谱进行炉前光谱分析，分析结果：碳3.72%、硅0.932%、锰0.42%、磷0.019%、硫0.012%、铜0.245%、钼0.1225%。

根据炉前光谱分析结果和权利要求项2对比，炉内原铁水的碳、锰、磷、硫含量符合要求，硅含量偏低，必须进行增硅，同时加入99.9%紫铜、55%钼铁合金进行合金化处理。

炉内原铁水进行增硅所需75%硅铁的加入量按下列公式计算。

75%硅铁的加入量=（权利要求项2中1.20～1.30%的硅含量平均值%－炉前光谱分析结果硅含量%）÷硅铁的含硅量%÷中频炉的硅综合吸收率90%×炉内原铁水重量（Kg）=（1.25%－0.932%）÷75%÷90%×5000Kg =23.6Kg。

对炉内原铁水进行合金化处理所需99.9%紫铜的加入量按下列公式计算。

99.9%紫铜的加入量=（权利要求项2中0.60～0.80%的铜含量平均值%－炉前光谱分析结果铜含量%）÷紫铜的含铜量%÷中频炉的铜综合吸收率95%×炉内原铁水重量（Kg）=（0.70%－0.245%）÷99.9%÷95%×5000Kg=24Kg。

对炉内原铁水进行合金化处理所需55%钼铁的加入量按下列公式计算。

55%钼铁的加入量=（权利要求项2中0.30～0.40%的钼含量平均值%－炉前光谱分析结果钼含量%）÷钼铁的含钼量%÷中频炉的钼综合吸收率95%×炉内原铁水重量（Kg）=（0.35%－0.1225%）÷55%÷95%×5000Kg=21.8Kg。

大功率送电熔化，将秤好的75%硅铁23.6Kg、99.9%紫铜24Kg、55%钼铁21.8Kg同时加入炉内熔化，对炉内原铁水进行增硅和进行合金化处理。

75%硅铁、99.9%紫铜、55%钼铁完全熔化后，将电压调低到400V，扒净熔渣，取光谱试样。

用瑞士进口ARL3460型直读光谱进行炉前光谱分析，分析结果：碳3.72%、硅1.24%、锰0.42%、磷0.019%、硫0.012%、铜0.711%、钼0.352%。

根据炉前光谱分析结果和权利要求项2对比，合金化处理后的炉内原铁水的碳、硅、锰、磷、硫、铜、钼含量在控制范围内，符合要求。

继续大功率送电，将炉内原铁水温度升温到1500～1520℃。

用热电偶测温枪测量炉内原铁水温度，当炉内原铁水温度升温到1500～1520℃时，将电压调低到400V，出铁水将铁水包和浇包烫红，并将铁水包吊运到炉前备用，将浇包叉运到球化站旁备用。

继续大功率送电。

用热电偶测温枪测量炉内原铁水温度为1510℃，符合出铁水温度要求。

将电压调低到400V，对炉内原铁水进行保温，扒净熔渣，准备出铁水进行球化、孕育处理。

在球化站上设置好含29.5%的镁、43.1%的硅、7.2%的钙、3.5%的稀土、余量为铁的外径为Φ13mm的球化包芯线喂线长度30米，喂线速度32米/分钟。

在球化站上设置好含70.2%的硅、3.71%的钡、1.82%的钙、1.86%的铝、余量为铁的外径为Φ13mm的孕育包芯线喂线长度26米，喂线速度28米/分钟。

出铁水，每包铁水出铁水量1000Kg。

用行车将盛有1000Kg铁水的铁水包吊运到球化站输送台上并输送入球化站内。

开启球化站，对铁水包内的原铁水进行喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理，一分钟内处理完毕。

将铁水包内经过喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理后的铁水输出球化站外，扒净熔渣。

在浇包内加入含72%的硅、2.5%的钡、1.5%的钙、余量为铁组成的粒度为6.2mm的硅钡钙孕育剂9Kg。

用行车吊起铁水包内经过喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理后的铁水，将铁水转包倾倒入浇包内进行第二次冲入法孕育处理，第二次冲入法孕育处理后的铁水为终铁水。

第二次冲入法孕育处理后，扒净浇包内铁水熔渣，撒入保温剂进行保温和隔绝空气防止铁水氧化，用叉车将浇包叉运并放到自动浇注机上。

扒开保温剂，分别取光谱试样、金相试块。

用瑞士进口ARL3460型直读光谱进行炉前光谱分析，分析结果：碳3.47%、硅1.93%、锰0.42%、磷0.019%、硫0.009%、铜0.711%、钼0.352%、稀土0.021%、镁0.052%。

根据炉前光谱分析结果和权利要求项3对比，通过喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理和第二次冲入法孕育处理后的终铁水的碳、硅、锰、磷、硫、铜、钼、稀土、镁含量在控制范围内，符合要求。

炉前快速金相分析，分析结果：球化率93%，符合要求。

分别取光谱试样、金相试块后，自动浇注机开始浇注产品，在浇注过程中随浇注铁水进行第三次随流孕育处理，8分钟内浇注完毕。

第三次随流孕育处理的孕育剂是含72%的硅、2.5%的钡、1.5%的钙、余量为铁组成的粒度0.55mm的硅钡钙孕育剂，加入速度为23克/每秒。

浇注产品后，用叉车将浇包从自动浇注机上叉下，浇注Y型试块，浇注时，在浇包浇嘴放入含72%的硅、2.5%的钡、1.5%的钙、余量为铁组成的粒度0.55mm的硅钡钙孕育剂20g，随铁水一起浇入Y型试块型腔内进行第三次随流孕育处理。

Y型试块浇注后在砂型内冷却45分钟，开箱清理干净表面粘砂后空冷至室温。

将Y型试块加工成Φ14的标准拉伸试样，用WEW-600B型微机屏显液压万能试验机进行拉伸试验。

拉伸试验前，在拉伸试样平行段内量好68mm长度并在两端划线做好标记，做好记录，供拉伸试样拉断后测量标记长度，计算伸长率。

拉伸试验，试验结果：抗拉强度795MPa。

根据拉伸试验结果和QT700-7规定的抗拉强度≥700MPa对比，抗拉强度符合要求。

伸长率计算：将拉伸试验后拉断的两段拉伸试样按断面断裂形状合缝连接在一起，并用手压紧，测量平行段内两端划线长度是73.3mm，根据公式：

伸长率=（拉伸试样拉断后的两端划线长度－拉伸试样拉断前的两端划线长度）÷拉伸试样拉断前的两端划线长度=（73.3－68）÷68=7.8%。

根据计算结果和QT700-7规定的伸长率≥7%对比，伸长率符合要求。 

Claims (7)

1.用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，其特征是：炉料配比由重量百分比为60～85%的Q235废钢和15～40%的球铁回炉料组成。

2.根据权利要求1所述的用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，其特征是：对炉内原铁水进行合金化处理，合金化处理后的原铁水由质量百分比为3.65～3.75%的碳、1.20～1.30%的硅、0.40～0.45%的锰、0～0.030%的磷、0～0.020%的硫、0.60～0.80%的铜、0.30～0.40%的钼组成。

3.根据权利要求1或2所述的用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，其特征是：通过喂丝法球化处理和第一次喂丝法孕育处理、第二次冲入法孕育处理后的终铁水由质量百分比为3.40～3.65%的碳、1.80～1.95%的硅、0.40～0.45%的锰、0～0.030%的磷、0～0.015%的硫、0.60～0.80%的铜、0.30～0.40%的钼、0.015～0.025%的稀土、0.040～0.055%的镁组成，炉前快速金相球化率90～98%。

4.根据权利要求1或3所述的用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，其特征是：通过喂丝法球化处理和第一次喂丝法孕育处理、第二次冲入法孕育处理后的终铁水，浇注产品时进行第三次随流孕育处理，随流孕育剂加入量是22～25克/每秒。

5. 用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的工艺流程是：炉料配比→98.5%增碳剂加入量计算→在中频炉内加入Q235废钢→98.5%增碳剂→Q235废钢→熔化铁水、造型机同时造型→98.5%增碳剂→Q235废钢→球头回炉料→熔化铁水→炉内原铁水温度达到1400～1450℃时停电→扒净炉内熔渣→取光谱试样→光谱分析→熔化铁水→75%硅铁、99.9%紫铜、55%钼铁加入量计算、称量、加入→对炉内原铁水进行增硅和进行合金化处理→75%硅铁、99.9%紫铜、55%钼铁完全熔化后扒净熔渣→取光谱试样→光谱分析→原铁水符合权利要求项2时，测量铁水温度→烫红铁水包、浇包→测量铁水温度，原铁水温度达到1500～1520℃时准备出铁水进行球化、孕育处理→分别设置好球化站球化包芯线、孕育包芯线的喂线长度和喂线速度→出铁水喂丝法球化处理、第一次喂丝法孕育处理→扒净熔渣→铁水转包第二次冲入法孕育处理→铁水吊运→扒净熔渣→取光谱试样、金相试块→光谱分析、金相分析→终铁水符合权利要求项3时，浇注产品、第三次随流孕育处理→浇注Y型试块、第三次随流孕育处理→冷却、清理→加工拉伸试样→拉伸试验、检测抗拉强度→计算伸长率。

6.根据权利要求3所述的用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，其特征是：喂丝法球化处理的喂丝线由29～30%的镁、40～45%的硅、6～8%的钙、2.7～4.0%的稀土、余量为铁组成的外径为Φ13mm的球化包芯线，第一次喂丝法孕育处理的喂丝线由65.7～72.0%的硅、3.52～4.0%的钡、1.62～2.0%的钙、1.7～2.0%的铝、余量为铁组成的外径为Φ13mm的孕育包芯线，第二次冲入法孕育处理的孕育剂由70～75%的硅、1.5～3.0%的钡、1.0～2.0%的钙、余量为铁组成的粒度为3.0～8.0mm的硅钡钙孕育剂。

7.根据权利要求4所述的用废钢生产高伸长率球墨铸铁QT700-7的生产方法，其特征是：第三次随流孕育剂由70～75%的硅、1.5～3.0%的钡、1.0～2.0%的钙、余量为铁组成的粒度为0.2～0.7mm的硅钡钙孕育剂。