CN105420592A - 耐低温球墨铸铁件及其制备方法 - Google Patents

耐低温球墨铸铁件及其制备方法 Download PDF

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CN105420592A CN201510808525.2A CN201510808525A CN105420592A CN 105420592 A CN105420592 A CN 105420592A CN 201510808525 A CN201510808525 A CN 201510808525A CN 105420592 A CN105420592 A CN 105420592A
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张坤
刘建东
宋贤发
傅明康
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Abstract

本发明涉及耐低温球墨铸铁件，其各组分含量的重量百分比是：C：3.6％～3.7％；Si：1.9％～2.0％；Mn：＜0.015％；P：＜0.015％；S：＜0.012％；Mg：0.04％～0.055％；Re：0.01％～0.02％；其余为铁。该耐低温球墨铸铁件的制备方法依序包括以下步骤：一、配置原料；二、熔炼；三、取样分析和调配；四、添加预处理剂；五、出铁、球化及孕育处理；六、除渣；七、浇注。本发明的优点是：球墨铸铁件中Mn、P含量低，球墨铸铁件无需进行热处理，在温度达到-40℃、-50℃和-60℃时，球墨铸铁件的平均冲击功均不低于10J。

Description

耐低温球墨铸铁件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁件及其制备方法，特别是一种耐低温球墨铸铁件及其制备方法。
背景技术
耐低温高韧性球墨铸铁件的市场需求正处于快速增长状态，它主要应用于高寒地区的设备中，如风电设备的变速箱、轮毂、底座等，或是铁路及地铁配件等等。目前，在国家知识产权局网站上，授权公告号为“CN102534090B”的发明专利公开了一种-60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法，通过该制备方法制造出来的球墨铸铁件在-60℃低温环境下的冲击功的平均值能够大于10J。但是，该制备方法也存在以下问题：1、由于该制备方法中使用了生铁、废钢和回炉料作为原料，而这些材料中均会含有Mn、P元素，因此导致了通过该制备方法制造出来的球墨铸铁件中Mn、P元素含量较多，而Mn可增加偏析的倾向性，促进基体中碳化物和珠光体的形成，对韧性非常不利，尤其对耐低温球墨铸铁的冲击功有严重损害；而P则会降低球墨铸铁件的韧性和塑性，从而大大降低球墨铸铁的低温冲击性能；2、制备方法最后需要对球墨铸铁件进行热处理，因此在不但增加了球墨铸铁件的制造难度，而且也提高了球墨铸铁件的生产成本；3、耐低温球墨铸铁件的冲击韧性受很多因素影响，要掌握球墨铸铁件的冲击性能，仅仅知道单一特定温度下的冲击数据是不全面的，如果测定温度处于塑-脆性转变温度的转变区域，那么温度稍有变化即可出现冲击韧度的较大变化，从而会引起较大的性能波动。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种球墨铸铁件中Mn、P含量低，球墨铸铁件无需进行热处理，在温度达到-40℃、-50℃和-60℃时，球墨铸铁件的平均冲击功均不低于10J的耐低温球墨铸铁件。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种耐低温球墨铸铁件，其中，其各组分含量的重量百分比是：
C：3.6％～3.7％；Si：1.9％～2.0％；Mn：＜0.015％；P：＜0.015％；S：＜0.012％；Mg：0.04％～0.055％；Re：0.01％～0.02％；其余为铁。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种上述耐低温球墨铸铁件的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案依序包括以下步骤：
一、配置原料，所述原料包括下述重量百分比的物质：
纯铁：87％～91％、生铁：5％～6％、增碳剂：2.8％～5％、硅铁：0.8％～2％、Ni：0.2％～0.3％；
二、熔炼，即先将原料中全部的生铁、20％的纯铁、99％的增碳剂依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化，再将剩余的80％的纯铁、全部的硅铁和全部的Ni依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化；
三、取样分析和调配，即待原料完全溶化并升温到1370℃～1400℃后，取铁水做样品化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；
四、将剩余的1％的增碳剂作为预处理剂加入到电炉中；
五、出铁、球化及孕育处理，即先将稀土镁球化剂放置在球化包底部堤坝的一侧，并用纯铁片包覆稀土镁球化剂表面，然后用电炉将铁水升温到1480℃～1500℃，并待步骤四中加入的增碳剂完全熔化后，将铁水倒入到球化包中，铁水倒入的位置为未放置有稀土镁球化剂的球化包底部堤坝的一侧，待球化反应开始后，向铁水中加入孕育剂进行随流孕育；
六、除渣，待铁水完全倒入到球化包中后，用扒渣耙对铁水进行搅拌，然后扒掉浮在铁水表面的渣，接着让铁水静置1-2分钟，再用扒渣耙扒掉后来上浮到铁水表面的渣；
七、浇注，将铁水浇注到模具中，浇注温度为1360℃～1380℃。
本发明所述的耐低温球墨铸铁件的制备方法，其中，步骤五中的稀土镁球化剂的粒度为10mm～15mm，稀土镁球化剂的加入量为1.1％～1.2％，稀土镁球化剂包括下述重量百分比的物质：
Mg：6％～7％、Re：1.5％～2.5％、Si：38％～40％、Ca：2％～3％、Ba：2.3％～2.7％、其余为铁。
本发明所述的耐低温球墨铸铁件的制备方法，其中，步骤五中的孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，倒包孕育剂的加入量为0.4％～0.5％，倒包孕育剂包括下述重量百分比的物质：
Si：71％～73％、Al：≤1.2％、S：≤0.02％、Ca：0.7％～1.3％、Ba：1.6％～2.4％、其余为铁。
本发明所述的耐低温球墨铸铁件的制备方法，其中，步骤五中用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量为0.8％～1.2％。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：
1、在原料中去除了废钢和回炉料，并大大降低了生铁的重量百分比，而改用纯铁作为主要原料，因此大大减少了原料中Mn和P的含量，从而大大减少了制造出来后的耐低温球墨铸铁件中的Mn和P含量，有效提高了耐低温球墨铸铁件的韧性和塑性，进而有效提高了耐低温球墨铸铁件的低温冲击性能。
2、浇铸成型的耐低温球墨铸铁件不需热处理，因此简化了制造工序，从而不但降低了耐低温球墨铸铁件的制造难度，而且还降低了其制造成本，同时还提高了生产效率。
3、在温度分别达到-40℃、-50℃和-60℃时，球墨铸铁件的平均冲击功均不低于10J。
4、稀土镁球化剂中适量的Re不但能够促进石墨球化，从而有效了提高石墨球化率，而且还具有脱硫、脱氧的功能，从而起到了净化铁水的作用；另外，添加适量的Re还能有效减小耐低温球墨铸铁件的脆性，从而大大减低耐低温球墨铸铁件在制造时的废品率。
5、通过有效的球化处理，能够保证铁水出到铁水总量的1/3以上后才开始球化反应，从而能够使石墨的球化更为充分，球化率更高。
6、将1％的增碳剂做为预处理剂加入到电炉中能够增加石墨球的圆整度，从而能够大大提高耐低温球墨铸铁件的冲击韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明一种耐低温球墨铸铁件及其制备方法作进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例中的耐低温球墨铸铁件采用的是GB/T1348-2009标准中的25mmY型试块。
本实施例中的耐低温球墨铸铁件，其各组分含量的重量百分比是：
C：3.7％；Si：2％；Mn：0.014％；P：0.014％；S：0.011％；Mg：0.04％；Re：0.01％；其余为铁。
本实施例中的耐低温球墨铸铁件的制备方法依序包括以下步骤：
一、配置原料，所述原料包括下述重量百分比的物质：纯铁：87％、生铁：6％、增碳剂：4.7％、硅铁：2％、Ni：0.3％；二、熔炼，即先将原料中全部的生铁、20％的纯铁、99％的增碳剂依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化，再将剩余的80％的纯铁、全部的硅铁和全部的Ni依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化；
三、取样分析和调配，即待原料完全溶化并升温到1400℃后，取铁水做样品化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；
四、将剩余的1％的增碳剂作为预处理剂加入到电炉中；
五、出铁、球化及孕育处理，即先将稀土镁球化剂放置在球化包底部堤坝的一侧，并用纯铁片包覆稀土镁球化剂表面，然后用电炉将铁水升温到1500℃，并待步骤四中加入的增碳剂完全熔化后，将铁水倒入到球化包中，铁水倒入的位置为未放置有稀土镁球化剂的球化包底部堤坝的一侧，待球化反应开始后，向铁水中加入孕育剂进行随流孕育，稀土镁球化剂的粒度为10mm～15mm，稀土镁球化剂的加入量为1.2％，稀土镁球化剂包括下述重量百分比的物质：Mg：6％、Re：1.5％、Si：40％、Ca：2％、Ba：2.3％、其余为铁，孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，倒包孕育剂的加入量为0.5％，倒包孕育剂包括下述重量百分比的物质：Si：73％、Al：1.2％、S：0.02％、Ca：1.3％、Ba：2.4％、其余为铁，而用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量为0.8％；
六、除渣，待铁水完全倒入到球化包中后，用扒渣耙对铁水进行搅拌，然后扒掉浮在铁水表面的渣，接着让铁水静置2分钟，再用扒渣耙扒掉后来上浮到铁水表面的渣；
七、浇注，将铁水浇注到模具中，浇注温度为1380℃。
本实施例中的生铁采用的是球墨铸铁用生铁Q10，增碳剂采用的是含碳量大于99％、余量为铁的增碳剂，硅铁采用的规格是牌号为FeSi75Al1.5-A的硅铁，稀土镁球化剂的加入量、用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量以及孕育剂的加入量所表达的意思均是指它们各自的重量与配置而成的原料总重量相比所得出的重量百分比值。
经检测，上述耐低温球墨铸铁件的抗拉强度为408MPa，屈服强度为298MPa，延伸率为24.6％，球化等级为2级，铁素体所占比例为99％，环境温度为-40℃时的平均冲击功为14J,环境温度为-50℃时的平均冲击功为13J，环境温度为-60℃时的平均冲击功为11J。
实施例2：
本实施例中的耐低温球墨铸铁件采用的是GB/T1348-2009标准中的25mmY型试块。
本实施例中的耐低温球墨铸铁件，其各组分含量的重量百分比是：
C：3.6％；Si：1.9％；Mn：0.013％；P：0.014％；S：0.01％；Mg：0.055％；Re：0.02％；其余为铁。
本实施例中的耐低温球墨铸铁件的制备方法依序包括以下步骤：
一、配置原料，所述原料包括下述重量百分比的物质：纯铁：91％、生铁：5％、增碳剂：3％、硅铁：0.8％、Ni：0.2％；二、熔炼，即先将原料中全部的生铁、20％的纯铁、99％的增碳剂依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化，再将剩余的80％的纯铁、全部的硅铁和全部的Ni依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化；
三、取样分析和调配，即待原料完全溶化并升温到1370℃后，取铁水做样品化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；
四、将剩余的1％的增碳剂作为预处理剂加入到电炉中；
五、出铁、球化及孕育处理，即先将稀土镁球化剂放置在球化包底部堤坝的一侧，并用纯铁片包覆稀土镁球化剂表面，然后用电炉将铁水升温到1480℃，并待步骤四中加入的增碳剂完全熔化后，将铁水倒入到球化包中，铁水倒入的位置为未放置有稀土镁球化剂的球化包底部堤坝的一侧，待球化反应开始后，向铁水中加入孕育剂进行随流孕育，稀土镁球化剂的粒度为10mm～15mm，稀土镁球化剂的加入量为1.1％，稀土镁球化剂包括下述重量百分比的物质：Mg：7％、Re：2.5％、Si：38％、Ca：3％、Ba：2.7％、其余为铁，孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，倒包孕育剂的加入量为0.4％，倒包孕育剂包括下述重量百分比的物质：Si：71％、Al：1.0％、S：0.01％、Ca：0.7％、Ba：1.6％、其余为铁，而用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量为1.2％；
六、除渣，待铁水完全倒入到球化包中后，用扒渣耙对铁水进行搅拌，然后扒掉浮在铁水表面的渣，接着让铁水静置2分钟，再用扒渣耙扒掉后来上浮到铁水表面的渣；
七、浇注，将铁水浇注到模具中，浇注温度为1360℃。
本实施例中的生铁采用的是球墨铸铁用生铁Q10，增碳剂采用的是含碳量大于99％、余量为铁的增碳剂，硅铁采用的规格是牌号为FeSi75Al1.5-A的硅铁，稀土镁球化剂的加入量、用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量以及孕育剂的加入量所表达的意思均是指它们各自的重量与配置而成的原料总重量相比所得出的重量百分比值。
经检测，上述耐低温球墨铸铁件的抗拉强度为413MPa，屈服强度为301MPa，延伸率为25％，球化等级为2级，铁素体所占比例为99％，环境温度为-40℃时的平均冲击功为15J,环境温度为-50℃时的平均冲击功为14J，环境温度为-60℃时的平均冲击功为12.6J。
实施例3：
本实施例中的耐低温球墨铸铁件采用的是GB/T1348-2009标准中的25mmY型试块。
本实施例中的耐低温球墨铸铁件，其各组分含量的重量百分比是：
C：3.64％；Si：1.97％；Mn：0.014％；P：0.013％；S：0.011％；Mg：0.045％；Re：0.015％；其余为铁。
本实施例中的耐低温球墨铸铁件的制备方法依序包括以下步骤：
一、配置原料，所述原料包括下述重量百分比的物质：纯铁：89％、生铁：5.5％、增碳剂：3.8％、硅铁：1.4％、Ni：0.3％；二、熔炼，即先将原料中全部的生铁、20％的纯铁、99％的增碳剂依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化，再将剩余的80％的纯铁、全部的硅铁和全部的Ni依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化；
三、取样分析和调配，即待原料完全溶化并升温到1390℃后，取铁水做样品化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；
四、将剩余的1％的增碳剂作为预处理剂加入到电炉中；
五、出铁、球化及孕育处理，即先将稀土镁球化剂放置在球化包底部堤坝的一侧，并用纯铁片包覆稀土镁球化剂表面，然后用电炉将铁水升温到1490℃，并待步骤四中加入的增碳剂完全熔化后，将铁水倒入到球化包中，铁水倒入的位置为未放置有稀土镁球化剂的球化包底部堤坝的一侧，待球化反应开始后，向铁水中加入孕育剂进行随流孕育，稀土镁球化剂的粒度为10mm～15mm，稀土镁球化剂的加入量为1.15％，稀土镁球化剂包括下述重量百分比的物质：Mg：6.5％、Re：2％、Si：39％、Ca：2.5％、Ba：2.5％、其余为铁，孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，倒包孕育剂的加入量为0.45％，倒包孕育剂包括下述重量百分比的物质：Si：72％、Al：1.1％、S：0.01％、Ca：1％、Ba：2％、其余为铁，而用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量为1％；
六、除渣，待铁水完全倒入到球化包中后，用扒渣耙对铁水进行搅拌，然后扒掉浮在铁水表面的渣，接着让铁水静置2分钟，再用扒渣耙扒掉后来上浮到铁水表面的渣；
七、浇注，将铁水浇注到模具中，浇注温度为1370℃。
本实施例中的生铁采用的是球墨铸铁用生铁Q10，增碳剂采用的是含碳量大于99％、余量为铁的增碳剂，硅铁采用的规格是牌号为FeSi75Al1.5-A的硅铁，稀土镁球化剂的加入量、用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量以及孕育剂的加入量所表达的意思均是指它们各自的重量与配置而成的原料总重量相比所得出的重量百分比值。
经检测，上述耐低温球墨铸铁件的抗拉强度为410MPa，屈服强度为299MPa，延伸率为24.8％，球化等级为2级，铁素体所占比例为99％，环境温度为-40℃时的平均冲击功为14.4J,环境温度为-50℃时的平均冲击功为14J，环境温度为-60℃时的平均冲击功为13.2J。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种耐低温球墨铸铁件，其特征在于其各组分含量的重量百分比是：
C：3.6％～3.7％；Si：1.9％～2.0％；Mn：＜0.015％；P：＜0.015％；S：＜0.012％；Mg：0.04％～0.055％；Re：0.01％～0.02％；其余为铁。
2.一种如权利要求1所述耐低温球墨铸铁件的制造方法，其特征在于依序包括以下步骤：
一、配置原料，所述原料包括下述重量百分比的物质：
纯铁：87％～91％、生铁：5％～6％、增碳剂：2.8％～5％、硅铁：0.8％～2％、Ni：0.2％～0.3％；
二、熔炼，即先将原料中全部的生铁、20％的纯铁、99％的增碳剂依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化，再将剩余的80％的纯铁、全部的硅铁和全部的Ni依次加入到电炉中熔炼，直至上述原料完全熔化；
三、取样分析和调配，即待原料完全溶化并升温到1370℃～1400℃后，取铁水做样品化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；
四、将剩余的1％的增碳剂作为预处理剂加入到电炉中；
五、出铁、球化及孕育处理，即先将稀土镁球化剂放置在球化包底部堤坝的一侧，并用纯铁片包覆稀土镁球化剂表面，然后用电炉将铁水升温到1480℃～1500℃，并待步骤四中加入的增碳剂完全熔化后，将铁水倒入到球化包中，铁水倒入的位置为未放置有稀土镁球化剂的球化包底部堤坝的一侧，待球化反应开始后，向铁水中加入孕育剂进行随流孕育；
六、除渣，待铁水完全倒入到球化包中后，用扒渣耙对铁水进行搅拌，然后扒掉浮在铁水表面的渣，接着让铁水静置1-2分钟，再用扒渣耙扒掉后来上浮到铁水表面的渣；
七、浇注，将铁水浇注到模具中，浇注温度为1360℃～1380℃。
3.根据如权利要求2所述的耐低温球墨铸铁件及其制备方法，其特征在于：所述步骤五中的稀土镁球化剂的粒度为10mm～15mm，所述稀土镁球化剂的加入量为1.1％～1.2％，所述稀土镁球化剂包括下述重量百分比的物质：
Mg：6％～7％、Re：1.5％～2.5％、Si：38％～40％、Ca：2％～3％、Ba：2.3％～2.7％、其余为铁。
4.根据权利要求2所述耐低温球墨铸铁件及其制备方法的制造方法，其特征在于：所述步骤五中的孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，所述倒包孕育剂的加入量为0.4％～0.5％，所述倒包孕育剂包括下述重量百分比的物质：
Si：71％～73％、Al：≤1.2％、S：≤0.02％、Ca：0.7％～1.3％、Ba：1.6％～2.4％、其余为铁。
5.根据如权利要求2或3或4所述的耐低温球墨铸铁件及其制备方法，其特征在于：所述步骤五中用于包覆稀土镁球化剂的纯铁片的加入量为0.8％～1.2％。
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