CN104846265B

CN104846265B - 一种超低温奥氏体耐磨球铁材质及其制备方法

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Publication number: CN104846265B
Application number: CN201510206536.3A
Authority: CN
Inventors: 苏文生; 白丽梅; 孙鑫志; 李玉德; 陈文廷; 李红; 邹影
Original assignee: SHENYANG FOUNDRY AND FORGING INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHENYANG FOUNDRY AND FORGING INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2035-04-27
Also published as: CN104846265A

Abstract

本发明公开一种超低温奥氏体耐磨球铁材质及制备方法，成分按质量百分比为：碳(C)为2.0‑3.0％，硅(Si)为1.0‑3.0％，锰(Mn)为1.6‑4％，磷(P)为0.03‑0.06％，硫(S)为0.006‑0.02％，镍(Ni)为21‑30％，铬(Cr)为0.5‑2％，铜(Cu)为0.5‑1％，镁(Mg)为0.04‑0.08％，余量为铁(Fe)。该材质在‑190℃超低温状态，材料不发生脆性转变，冲击韧性达到17J以上，同时又具有较好的耐磨性能,布氏硬度常温达到200以上。该材质在保持良好韧性的同时，布氏硬度值由普通奥氏体球铁130至150提高到200以上，可以满足低温铸件耐磨性能要求。

Description

一种超低温奥氏体耐磨球铁材质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种在-190℃温度状态下使用的奥氏体耐磨球铁材质及其制备方法，属于铸造技术领域。

技术背景

超低温奥氏体球铁应用于核电、航天、阀门以及压缩机等尖端领域，该材料在-190℃温度仍保持良好的韧性，冲击值可达到27J。用奥氏体球铁材质制作低温零件与低温碳钢材料相比，具有制造成本低，各向力学性能一致性好，铸造性能好等优点；与风电、高铁等领域广泛应用的铁素体基体球铁相比较，具有低温韧性好，脆性转变温度低，超低温使用安全等优势，铁素体球铁在零下-40℃冲击值仅12-16J，存在脆性转变温度。超低温奥氏体球铁属于低温韧性材料，常温布氏硬度值仅130-150，无法同时满足超低温、高韧性和耐磨方面的要求。

超低温奥氏体耐磨球铁材质既具有较好的低温力学性能，-190℃冲击值达到17J以上，同时该材料又具有较好的低温耐磨性能，布氏硬度常温达到200以上，是生产低温耐磨件的良好材质，但奥氏体球铁材质的铸造性能较差，在生产结构复杂、壁厚不均的铸件时，薄壁处容易出现显微缩松，厚大部位易出现缩孔等缺陷，因此其成分及生产工艺有待调整。

目前，超低温奥氏体耐磨球铁材质的生产工艺流程主要包括铁液熔炼、球化处理、孕育处理、浇注、冷却、落砂清理、热处理等工序，由于超低温奥氏体耐磨球铁材质合金含量高，在熔炼过程中温度要求较高，在球化和孕育处理环节不易控制，容易出现球化不良等铸造缺陷，给铸件的批量生产带来隐患，因此有待改进。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种超低温条件下使用的奥氏体耐磨球铁材质及其制备方法，该超低温奥氏体耐磨球铁材质具有良好的铸造性能和机加工性能，其既保持了奥氏体球铁良好超低温韧性，同时兼具耐磨性能，布氏硬度由奥氏体球铁130-150提高到200以上。该超低温奥氏体耐磨球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，

成分按质量百分比为：

碳(C)为2.0-3.0％，硅(Si)为1.0-3.0％，锰(Mn)为1.6-4％，磷(P)为0.03-0.06％，硫(S)为0.006-0.02％，镍(Ni)为21-30％，铬(Cr)为0.5-2％，铜(Cu)为0.5-1％，镁(Mg)为0.04-0.08％，余量为铁(Fe)。

碳(C)为2.2-2.8％，硅(Si)为1.5-2.5％，锰(Mn)为2.0-3.0％，磷(P)为0.05-0.06％，硫(S)为0.01-0.02％，镍(Ni)为25-28％，铬(Cr)为1.0-1.5％，铜(Cu)为0.6-0.8％，镁(Mg)为0.05-0.07％，余量为铁(Fe)。

碳(C)为2.2％，硅(Si)为1.5％，锰(Mn)为2.0％，磷(P)为0.05％，硫(S)为0.01％，镍(Ni)为25％，铬(Cr)为1.0％，铜(Cu)为0.6％，镁(Mg)为0.05％，余量为铁(Fe)。

一种超低温奥氏体耐磨球铁材质的制备方法，

(1)将碳化硅、生铁、返回料、废钢以及纯镍依次投入熔炼炉，将熔炼炉升温使物料熔化；

(2)待熔炼炉内物料完全熔化后添加锰铁、铬铁、硅铁和铜进行精炼及成分调整，得到精炼物料；

(3)待铁液温度高于1500℃后取样进行光谱分析成分；

(4)成分合格后升温过热至1600至1650℃静置3-8分钟准备球化处理；

(5)球化处理采用冲入法，孕育剂覆盖于球化剂上，孕育剂上覆盖球铁铁屑及10至15毫米厚钢板延缓球化剂反应时间；

(6)将铁液合入球化包进行球化处理，球化处理后去除浮渣及氧化渣并进行浇注温度控制；

(7)方法(6)中浇注温度控制在1460至1500℃，铁液在浇注时进行随流孕育处理，铸件浇注冷却后温度降至低于150℃时开箱落砂清理；

(8)将落砂清理后的铸件进行减应力热处理，之后得到成品铸件。

本发明的优点是：本发明超低温奥氏体耐磨球铁材质具有良好的铸造性能和机加工性能，该超低温奥氏体耐磨球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

附图说明

图1本发明实施例1生产的超低温奥氏体耐磨球铁材质制备的压缩机缸套金相图。

图2本发明实施例2生产的超低温奥氏体耐磨球铁材质制备的压缩机缸套金相图。

具体实施方式

一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，

成分按质量百分比为：

一种超低温奥氏体耐磨球铁材质的制备方法，

(3)待铁液温度高于1500℃后取样进行光谱分析成分；

所述精炼物料组分按质量百分比为：碳化硅0.4-0.7％，生铁20-30％，返回料30-40％，碳素钢8-19％，球化剂1.0-1.5％，孕育剂0.4-0.8％，锰铁1.6-4％、镍18-26％，铬铁0.5-2％、硅铁0.1-1.0％、铜0.5-1％、余量为低硫增碳剂。

所述熔炼炉为中频感应电炉。

所述添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，该石墨电极增碳剂为市售产品，其规格为固定碳量≥95％，硫≤0.08％。

所述球化处理采用的球化剂为镍镁球化剂，镁含量15-20％，余量为铁，球化剂使用量为1.0-1.5％；

球化剂上覆盖的孕育剂采用高效硅钡孕育剂，该孕育剂加入量为精炼物料液重量的0.4-0.8％。

所述随流孕育处理时，孕育剂采用硅锶锆孕育剂,加入量为浇注铁液重量的0.1至0.2％。

所述硅钡孕育剂为市售产品，其规格为Si＝65至70％，Ba＝4至6％，Ca＝0.5至1.0％，Al≤1.5％，余量为Fe；所述硅锶锆孕育剂为市售产品，其规格为Si＝73至78％，Zr＝1.0至1.5％，Sr＝0.8至1.2％，Ca≤0.1％，Al≤0.5％，余量为Fe。

所述减应力热处理工艺条件与普通铸铁件相同。

实施例1

本发明超低温奥氏体耐磨球铁材质压缩机缸套的制备包括以下步骤：

1、原料配比(质量百分比)为：生铁25％，返回料32％，碳素钢14％，球化剂1.0％，孕育剂0.5％，锰铁2.4％、镍22％，铬铁1.5％、硅铁0.1％、铜0.8％、低硫增碳剂0.3％，碳化硅0.4％。

2、熔炼炉采用中频感应电炉，将上述质量百分比的碳化硅、生铁、返回料、废钢、纯镍按顺序投入中频感应电炉底部，同时将上述质量百分比的低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁放入储料斗中待用，将中频感应电炉升温，使投入的物料开始熔化，待中频感应电炉内物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁，进行精炼及成分调整。

3、铁液温度高于1500℃后取样进行光谱分析成分。

4、成分合格后升温过热至1600至1650℃静置3-8分钟准备球化处理。

5、球化处理采用冲入法，孕育剂覆盖于球化剂上，孕育剂上覆盖球铁铁屑及10至15毫米厚钢板延缓球化剂反应时间。球化剂为镍镁球化剂，镁含量15-20％，余量为铁。该球化剂使用量为1.0％。球化剂上覆盖的孕育剂采用高效硅钡孕育剂，该孕育剂加入量为熔炼和精炼物料液重量的0.5％，硅钡孕育剂为市售产品，其规格为Si＝65至70％，Ba＝4至6％，Ca＝0.5至1.0％，Al≤1.5％，余量为Fe。

6、将感应电炉内铁液倒入球化包进行球化处理，球化处理后去除浮渣及氧化渣并进行浇注温度控制。浇注温度控制在1490℃。

7、铁液在浇注时进行随流孕育处理，随流孕育处理时，孕育剂采用硅锶锆孕育剂,加入量为浇注铁液重量的0.15％。其中硅锶锆孕育剂为市售产品，其规格为Si＝73至78％，Zr＝1.0至1.5％，Sr＝0.8至1.2％，Ca≤0.1％，Al≤0.5％，余量为Fe。

8、铸件浇注冷却后温度降至低于150℃时开箱落砂清理。

9、将落砂清理好的铸件进行减应力热处理，热处理工艺采用550℃温度下保温3小时，出炉空冷至室温，得到成品。

10、本实施例取试样进行光谱分析结果是：碳(C)为2.2％，硅(Si)为1.3％，锰(Mn)为1.6％，磷(P)为0.06％，硫(S)为0.015％，镍(Ni)为21％，铬(Cr)为0.9％，铜(Cu)为0.8％，镁(Mg)为0.055％，余量为Fe；材质的球化率达到85％以上，显微组织由奥氏体及碳化物组成(见图1)。

11、采用本实施例生产的超低温奥氏体耐磨球铁材质制备的压缩机缸套，其机械性能参数如表2所示。

表1：压缩机缸套结构尺寸

实例编号	外径mm	内径mm	长度mm
				1	500	530	1100
2	550	470	1200

表2：压缩机缸套力学性能

实施例2

1、原料配比(质量百分比)为：生铁20％，返回料32％，碳素钢19％，球化剂1.2％，孕育剂0.5％，锰铁2.9％、镍23％，铬铁1.5％、硅铁0.2％、铜0.8％、低硫增碳剂0.6％，碳化硅0.4％。

熔炼炉采用中频感应电炉，将上述质量百分比的碳化硅、生铁、返回料、废钢、纯镍按顺序投入中频感应电炉底部，同时将上述质量百分比的低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁放入储料斗中待用，将中频感应电炉升温，使投入的物料开始熔化，待中频感应电炉内物料完全熔化后添加低硫增碳剂、锰铁、铬铁、硅铁，进行精炼及成分调整。

3、铁液温度高于1500℃后取样进行光谱分析成分。

5、球化处理采用冲入法，孕育剂覆盖于球化剂上，孕育剂上覆盖球铁铁屑及10至15毫米厚钢板延缓球化剂反应时间。球化剂为镍镁球化剂，镁含量15-20％，余量为铁。该球化剂使用量为1.2％。球化剂上覆盖的孕育剂采用高效硅钡孕育剂，该孕育剂加入量为熔炼和精炼物料液重量的0.5％，硅钡孕育剂为市售产品，其规格为Si＝65至70％，Ba＝4至6％，Ca＝0.5至1.0％，Al≤1.5％，余量为Fe。

6、将感应电炉内铁液倒入球化包进行球化处理，球化处理后去除浮渣及氧化渣并进行浇注温度控制。浇注温度控制在1480℃。

8、铸件浇注冷却后温度降至低于150℃时开箱落砂清理。

9、将落砂清理好的铸件进行减应力热处理，热处理工艺采用550℃温度下保温4小时，出炉空冷至室温，得到成品。

10、本实施例取试样进行光谱分析结果是：碳(C)为2.5％，硅(Si)为1.3％，锰(Mn)为1.9％，磷(P)为0.06％，硫(S)为0.015％，镍(Ni)为22％，铬(Cr)为0.9％，铜(Cu)为0.8％，镁(Mg)为0.06％，余量为Fe；材质的球化率达到85％以上，显微组织由奥氏体及碳化物组成(见图2)。

本发明超低温奥氏体耐磨球铁材质消除了球化不良、缩孔、缩松等缺陷，具有良好的铸造性能和机加工性能，采用这种材质制造的压缩机缸套既具有良好的超低温韧性，同时又具有超低温耐磨性能，可以满足-190℃温度的工作环境需要。本发明超低温奥氏体耐磨球铁材质的制备方法工艺条件设计合理，容易控制，有益于铸件生产。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：

成分按质量百分比为：

碳(C)为2.2％，硅(Si)为1.5％，锰(Mn)为2.0％，磷(P)为0.05％，硫(S)为0.01％，镍(Ni)为25％，铬(Cr)为1.0％，铜(Cu)为0.6％，镁(Mg)为0.05％，余量为铁(Fe)；

制备方法：

(3)待铁液温度高于1500℃后取样进行光谱分析成分；

2.根据权利要求1所述的一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：

所述熔炼炉为中频感应电炉。

4.根据权利要求2所述的一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：

所述添加的低硫增碳剂为石墨电极增碳剂，规格为固定碳量≥95％，硫≤0.08％。

5.根据权利要求1所述的一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种超低温奥氏体耐磨球铁材质，其特征在于：