CN104862450B - 纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，加入纳米铁水净化变质剂的方法为：铁液在常规脱氧之后，在钢包中又加入了一定数量的纳米铁水净化剂进行强化脱氧脱硫，同时进行进一步除气，利用出铁时铁水的冲击力量进行充分搅拌，这样便大大净化了铁液。纳米铁水净化变质剂有细化晶粒的作用，既能提高材料的强度,又能提高材料塑性,同时也能显著提高其力学性能，本发明能显著地提高奥铁体球墨耐磨铸件的强度、硬度和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，具体涉及纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法。
背景技术
变质剂广泛用于冶金行业，变质处理是改善合金微观组织，提高合金力学性能的常用有效手段，尤其在细化合金微观组织，进而改善合金的强度、硬度、伸长率、冲击韧性及热稳定性等方面，具有重要作用和意义。常用变质剂分为合金变质剂和化合物变质剂两大类。合金变质剂中的变质元素以单质和(或)金属间化合物形式存在，加入金属熔体后熔融并扩散到熔体中，发挥变质作用。盐类变质剂中的变质元素以化合物形式存在，加入金属熔体后与熔体金属发生置换反应，变质元素进入熔体，发挥变质作用，从变质剂的制备及应用全流程看，合金变质经历异地的冶炼、变质剂制备、变质处理等多个环节，经历多次加热及重熔，能耗大，烧损大，资源、能源利用率低，还可能存在变质合金不良组织遗传恶化变质效果等问题。与合金变质剂相比，化合物变质剂制造成本较低，技术经济性更好。化合物变质剂加入熔体金属后，必须与熔体金属发生置换反应，变质元素才能进入熔体，发挥变质作用。因此要求变质剂与熔体间有足够的接触界面，以实现化学反应和界面传质的动力学和热力学过程。现有技术的化合物变质剂多为粉状，无论以固相形式与熔体接触，还是以熔盐形式与熔体接触，其接触面积均较小，化学反应和界面传质阻力大，导致变质剂利用率(吸收率)低，增加变质剂用量则会加大生产成本并带入较多杂质，而且，有时增加变质剂用量后，金属熔体中变质元素含量仍达不到要求。
根据国内外研究资料显示,要大幅度提高钢铁材料的综合性能最有效的办法就是净化铁水和铁水、细化晶粒、弥散硬化、合理的热处理工艺等技术是提高材料性能和质量的最有效的措施。
近年来人们将纳米材料作为变质剂引入到刚铁的冶炼过程中，纳米材料具有许多特殊的性能，如韧性高、耐磨性高等。纳米变质技术打破了钢铁耐磨材料生产中的一些常规规律。通常，在钢铁耐磨材料强化过程中提高硬度必然伴随韧性下降，但由于纳米合金变质剂的高表面活性以及它在细化晶粒过程中同时起到弥散硬化作用，所以经常能够达到同时提高合金硬度及韧性的综合效果。由于纳米材料特有的性质，如何将纳米粒子加入到钢铁材料液体中的始终是一个非常困难的课题，这也制约着纳米材料的应用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，本发明奥铁体球墨耐磨铸件中加入的纳米铁水净化变质剂是以分散尺寸极细并有巨大表面能的纳米材料为主体的特种添加剂，既能增加结晶核心，明显的细化晶粒和改变基体组织结构，又能在组织中形成均匀分布的硬质点，阻碍晶体滑移和磨损，同时提高钢铁材料的强度、硬度和韧性。纳米铁水净化变质剂应用在奥铁体球墨耐磨铸件工艺中，既保证产品的使用性又可减少生产加工工艺，减少部分稀贵金属的使用，降低成本，节约资源。
(二)技术方案
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来是实现:
纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，加入纳米铁水净化变质剂的方法为：铁液在常规脱氧之后，在钢包中又加入了一定数量的纳米铁水净化剂进行强化脱氧脱硫，同时进行进一步除气，利用出钢时铁水的冲击力量进行充分搅拌，这样便大大净化了铁液。
所述纳米铁水净化变质剂由纳米SiC2-8份，硅铝合金粉10-20份，K2O粉5-16份，Na2O粉3-12份，BaO粉5-12份，CaCO3粉3-10份，CaF2粉5-8份，Mg粉2-5份，钛铁粉2-6份，余量为铁粉，羟基纤维素3-8份，混合压制成块状。
所述纳米SiC的粒径小于50nm。
所述纳米铁水净化变质剂的加入量按铁水重量的0.2～0.4％加入。
纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法步骤，包括以下步骤：
步骤一，炼熔铁水；
步骤二，将纳米铁水净化变质剂与铁水混合；采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂；
步骤三，浇注：铁水浇注温度为1360℃，在球化反应结束后的8分钟内完成浇注；
步骤四，热处理：冷却后开模，再进行热处理，淬火液中淬火，然后回火，取出自然冷却即可。
(三)有益效果
本发明提供了纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，(1)净化剂具有造渣脱氧、脱硫脱磷的功能，从而大幅减少铁液中的夹杂物。
(2)细化晶粒，改善了钢的力学性能，使其韧性、塑性都大大提高。
(3)减少铸件中的夹渣、气孔、冷隔等缺陷，提高钢材轧制过程中铸件的成品率。
(4)由于钢材综合力学性能大幅度提高，可以在保持原材料要求前提下，适当降低合金的含量。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，加入纳米铁水净化变质剂的方法为：钢液在常规脱氧之后，在钢包中又加入了一定数量的纳米铁水净化剂进行强化脱氧脱硫，同时进行进一步除气，利用出钢时铁水的冲击力量进行充分搅拌，这样便大大净化了钢液，包括以下步骤：
步骤一，炼熔铁水；
步骤二，球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1500℃，球化处理反应时间为：50s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加1.2kg的覆盖剂；
第三步，浇注：铁水浇注温度为1380℃，在球化反应结束后的9分钟内完成浇注；
第四步，热处理：冷却3小时后开模，将冷却后的铸件放入热处理炉里，保温温度在700℃，保温2小时后，淬火液中淬火，然后回火6小时，取出自然冷却即可。
所述纳米铁水净化变质剂由纳米SiC2-8份，硅铝合金粉10-20份，K2O粉5-16份，Na2O粉3-12份，BaO粉5-12份，CaCO3粉3-10份，CaF2粉5-8份，Mg粉2-5份，钛铁粉2-6份，余量为铁粉，羟基纤维素3-8份，混合压制成块状。
所述纳米SiC的粒径小于50nm。
所述纳米铁水净化变质剂的加入量按铁水重量的0.2～0.4％加入。将本发明制备的纳米铁水净化剂用于奥铁体中应用，进行铁水净化的试验，试验过程如下：
铁水量1吨，纳米铁水净化剂添加量10kg，纳米铁水净化剂的加入时间是在加入钒氮合金后添加，纳米铁水净化剂加入铁水包后从铁水包底部吹氩气8分钟，铁水吊运现场进行浇铸。
表1净化前后韧性对比表
从上述净化前后韧性对比表可以看出，加入本发明纳米净化剂净化后，奥铁体的韧性、抗拉强度等机械性能有了明显的提高，大大提升了产品的机械性能和使用寿命。
本发明采用纳米粉体材料和氧化钙、氟化钙、氯化钾、氯化钠、硼铁粉、钛铁粉等材料按一定比例混合压制成块状，加入到已脱氧良好的铁液中，纳米粉体因耐高温，在钢液凝固过程中形成细小的第二相晶核，增加晶核心数量，达到细化晶粒的目的。钾、钠与其它合金经过高温还原形成了微合金或微形夹杂物，微合金或微形夹杂物在钢液中又产生异质核心，促使晶粒细化和碳化物错位转化，达到团球化，微弱碳化物等有害杂质，由水镁石、纤维旋浮形成熔渣，达到净化铁水晶粒细化的作用。
钢液在常规脱氧之后，在钢包中又加入了一定数量的纳米铁水净化剂进行强化脱氧脱硫，而且它们还具有进一步除气(H、N、O)功能，这样便大大净化了铁液，从而使铁的内在质量和表面质量显著提高，特别是铁的腐蚀性和抗氧性都有了很大的提高，同时铁的塑性、韧性也大大改善。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，其特征在于，加入纳米铁水净化变质剂的方法为：铁液在常规脱氧之后，在钢包中又加入了一定数量的纳米铁水净化剂进行强化脱氧脱硫，同时进行进一步除气，利用出钢时铁水的冲击力量进行充分搅拌，这样便大大净化了铁液；所述纳米铁水净化变质剂由纳米SiC2-8份，硅铝合金粉10-20份，K2O粉5-16份，Na2O粉3-12份，BaO粉5-12份，CaCO3粉3-10份，CaF2粉5-8份，Mg粉2-5份，钛铁粉2-6份，余量为铁粉，羟基纤维素3-8份，混合压制成块状。
2.根据权利要求1所述的纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，其特征在于：所述纳米SiC的粒径小于50nm。
3.根据权利要求1所述的纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，其特征在于，所述纳米铁水净化变质剂的加入量按铁水重量的0.2～0.4％加入。
4.一种如权利要求1～3其中之一所述的纳米铁水净化变质剂用于奥铁体球铁耐磨铸件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，炼熔铁水；
步骤二，将纳米铁水净化变质剂与铁水混合；采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂；
步骤三，浇注：铁水浇注温度为1380℃，在球化反应结束后的9分钟内完成浇注；
步骤四，热处理：冷却后开模，再进行热处理，淬火液中淬火，然后回火，取出自然冷却即可。
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Denomination of invention: Method of using nano molten iron purification modifier for wear-resistant castings of austenitic nodular iron Effective date of registration: 20220429 Granted publication date: 20170308 Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: NINGGUO HUAFENG WEAR-RESISTANT MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2022980005018 |
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