CN105950954A - 一种高强度厚大件球铁的熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，在中频感应电炉中加入废钢熔炼，再加入回炉料，待炉中铁液温度达到1500‑1520℃时保温5‑10min，同时进行调质处理，形成原铁水；将球化剂加入到球化包的球化反应坑内，再将孕育剂覆盖在球化剂上，最后将0矽钢片覆盖在孕育剂上；当原铁水温度达到1430‑1460℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入孕育剂，球化后形成终铁水；球化结束后，在10min内将终铁水在1320‑1340℃的温度下浇注铸形，同时加入三次孕育剂，浇注后待铸件冷却至830‑880℃开箱空冷，得到球铁珠光体。本发明的优点在于：该熔炼方法不仅能防止铁水中结晶形核的烧损，提高铁水质量，还能大幅度提高强度。

Description

一种高强度厚大件球铁的熔炼方法
技术领域
本发明属于化学熔炼领域，特别涉及一种高强度厚大件球铁的熔炼方法。
背景技术
球墨铸铁是铸铁中的石墨呈现球状的一种铸铁，通过球化处理使石墨形成球状，这种球状石墨可使应力集中小，减小对基体的割裂。由于球墨铸铁的强度、塑度、韧性高，疲劳强度接近于中碳钢，耐磨性优于非合金钢，切削性能可与灰铸铁相媲美，制造成本低等优点，它受到了广泛的应用。特别是厚大件球墨铸铁在材料市场上更是占有极其重要的地位，随着装备制造业向大功率、大吨位、高强度的方向发展，球墨铸铁的单件质量从最初的几公斤发展到如今的几十吨、上百吨，最大断面由最初的十几毫米发展到如今的1米多。
厚大件球墨铸铁的生产过程中，将不同配比的原料熔化后即可形成铁液，铁液的质量、球化孕育处理效果等对铸件的质量有着决定性的作用。铁液的质量好，则凝固时能够形成数量更多、更小的石墨球和共晶团，石墨球和共晶团越多、越细小，则铸件形成时的膨胀应力越大，从而能更有效地克服基体组织疏松，提高球墨铸铁的力学性能。因此，铁液的质量与最终的球墨铸铁的质量有直接关系，铁液的质量好坏又直接与原料的配比以及原料中各元素化学组分的含量有直接的关系。影响球墨铸铁质量的另外一个因素是球化过程，球化处理的目的是使石墨球化，同时除去硫和氧等活性元素。众所周知，在球墨铸铁的制备过程中，人们希望硫含量越多越好，普遍认为硫是一种有害元素，它的存在会破坏石墨形核的形成过程，进而影响球墨铸铁的力学性能等；另外，球化过程中，球化反应速率及整个球化反应时间决定着镁的吸收率、石墨的圆整度、数量及分布情况，而这些因素会影响球墨铸铁的力学性能。目前，常规的制造厂在生产厚大件球墨铸铁时，存在以下缺点：1. 铁液中容易使石墨异质行核的微观固相质点严重烧损；2.一般厚大件球墨铸铁强度虽然达到了国标中规定强度的合格标准，但仍然处于偏低的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法不仅能防止铁水中结晶形核的烧损，提高铁水质量，还能大幅度提高强度。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，其创新点在于：所述熔炼方法按下述步骤进行：
（1）在中频感应电炉中加入28-32质量份的废钢熔炼，再加入68-72质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1500-1520℃时保温5-10min，同时通过加入65锰铁0.3-0.4质量份、电解铜0.2-0.3质量份和金属锡0.01-0.02质量份进行调质处理，将铁水化学成分调到符合原铁水的标准；
（2）将0.8-1质量份的球化剂加入到球化包的球化反应坑内，再将0.2-0.4质量份的一次孕育剂覆盖在球化剂上，最后将0.9-1.1质量份的矽钢片覆盖在一次孕育剂上；
（3）当原铁水温度达到1430-1460℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入0.1-0.3质量份的二次孕育剂，球化反应时间控制在50-70s，球化后形成终铁水；
（4）球化结束后，在10min内将终铁水在1320-1340℃的温度下浇注铸形，同时加入三次孕育剂，随铁水流一同流入铸型型腔，三次孕育剂的加入量为终铁水总量的0.12%，浇注后待铸件冷却至830-880℃开箱空冷，得到球铁珠光体。
进一步地，所述废钢中各组成成分的质量分数分别为C：0.020-0.030%，Si：0.30-0.40%，Mn：0.35-0.42 % ，P≤ 0.03% ，S≤ 0.01%，Cr：0.03-0.04%，Ti ≤0.05% ，V ≤0.040%，余量为Fe。
进一步地，所述球化剂是粒度为5-30mm的钇基重稀土复合球化剂，其各组成成分的质量分数分别为Mg：6-8%，Si：42%-45%，Ca：1.5-2.5%，REO（Y)：2.5-3.5%，余量为Fe。
进一步地，所述一次孕育剂和二次孕育剂是粒度为3-8mm的高钙钡孕育剂，其各组成成分的质量分数分别为Al:0-1.5%,Si：70-75%，Ca:1.2-2.4%,Ba:2.0-3.0%，余量为Fe。
进一步地，所述三次孕育剂是粒度为0.2-0.7mm的硅钙钡孕育剂，其各组成成分的质量分数分别为Si：70%-75%，Ca：1.0-2.0%，Ba:3.0-5.0%，余量为Fe。
进一步地，所述原铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.4～
3.5% ，Si：1.75～1.85%，Mn：0.6%～0.7%，P≤0.03%，S：0.020～0.030%，Cu： 0.7～0.8%，Sn:0.03-0.04%，余量为Fe。
进一步地，所述终铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.35～
3.45% ，Si：2.50～2.60%，Mn：0.6%～0.7%，P≤0.03%，S：0.010～0.018%，Mg：0.040～0.050% ，Sn:0.03-0.04%，余量为Fe。
本发明的优点在于：
（1）与现有技术相比，本发明铁水在炉中的保温时间为5-10分钟，保温时间过长，容易使铁液中有利于石墨异质行核的微观固相质点严重烧损，使铁水在凝固过程中石墨难以形核，因而有效防止了铁水中结晶形核的烧损；本发明选用钇基重稀土复合球化剂，其特性抗球化衰退、抗石墨畸变、抗球化干扰元素能力强，能有效解决由于厚大铸件凝固速度慢，石墨球在液体环境下生长的时间较长容易产生畸变、球化衰退的现象，因而大大提高了厚大件球铁的质量，还将合金元素加入量进行有效控制以获得较高的强度；此外，830-880℃开箱空冷，加快铸件的冷却速度，促进奥氏体转变成珠光体，增加球铁的圆整度；
（2）本发明高强度厚大件球铁的熔炼方法，一次孕育剂和二次孕育剂选用高钙钡孕育剂，钙可以提高孕育剂的孕育效果与钡元素可以产生叠加效果，钡有强烈的抗球化孕育衰退的能力，厚大件在凝固的过程中减温慢凝固时间较长，容易出现球化孕育衰退的现象，固选用高钙钡孕育剂；且本发明进行三次孕育，还有一次孕育是在浇注时通过硅钙钡孕育剂进行的，进一步增加了铁水孕育的效果，防止球化衰退。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行：
（1）在中频感应电炉中加入32质量份的废钢熔炼，废钢中各组成成分的质量分数分别为C： 0.030%，Si： 0.40%，Mn： 0.42 % ，P：0.03% ，S：0.01% ，Cr： 0.04%，Ti：0.05% ，V :0.040%，余量为Fe；再加入68质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1510℃时保温8min，同时通过加入0.4质量份的65锰铁、0.2质量份的电解铜和0.01质量份金属锡进行调质处理，形成原铁水，原铁水中各组成成分的质量分数分别为C： 3.5% ，Si： 1.85%，Mn： 0.7%，P：0.03%，S： 0.030%，Cu： 0.8% ，Sn: 0.04%，余量为Fe；
（2）将0.8质量份粒度为20mm的钇基重稀土复合球化剂加入到球化包的球化反应坑内，且球化剂各组成成分的质量分数分别为Mg： 8%，Si： 45%，Ca： 2.5%，REO（Y)： 3.5%，余量为Fe；再将0.2质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，孕育剂各组成成分的质量分数分别为Al: 1.5%,Si： 75%，Ca: 2.4%,Ba: 3.0%，余量为Fe，最后将0.9质量份的矽钢片覆盖在孕育剂上；
（3）当原铁水温度达到1445℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入0.3质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂，球化反应时间控制在60s，球化后形成终铁水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C： 3.45% ，Si： 2.60%，Mn： 0.7%，P：0.03%，S：0.018%，Mg： 0.050% ，Sn: 0.04%，余量为Fe；
（4）球化结束后，在10min内将终铁水在1330℃的温度下浇注铸形，同时加入终铁水总量的2%的0.5mm的硅钙钡孕育剂，硅钙钡孕育剂各组成成分的质量分数分别为Si： 75%，Ca：1.0%，Ba:3.0%，余量为Fe，且硅钙钡孕育剂随铁水流一同流入铸型型腔，浇注后待铸件冷却至855℃开箱空冷，得到球铁珠光体，其力学性能见表1。
实施例2
本实施例高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行：
（1）在中频感应电炉中加入28质量份的废钢熔炼，废钢中各组成成分的质量分数分别为C：0.020%，Si：0.30%，Mn：0.35% ，P：0.01% ，S：0.008% ，Cr：0.03%，Ti：0.03% ，V：0.0:20%，余量为Fe；再加入72质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1510℃时保温8min，同时通过加入0.3质量份的65锰铁、0.3质量份的电解铜和0.02质量份金属锡进行调质处理，形成原铁水，原铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.4% ，Si：1.75%，Mn：0.6%，P：0.01%，S：0.020%，Cu： 0.7% ，Sn:0.03%，余量为Fe；
（2）将1质量份粒度为20mm的钇基重稀土复合球化剂加入到球化包的球化反应坑内，且球化剂各组成成分的质量分数分别为Mg：6%，Si：42%，Ca：1.5%，REO（Y)：2.5%，余量为Fe；再将0.4质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，孕育剂各组成成分的质量分数分别为Al:0.5%,Si：70%，Ca:1.2%,Ba:2.0%，余量为Fe，最后将1.1质量份的矽钢片覆盖在孕育剂上；
（3）当原铁水温度达到1445℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入0.1质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂，球化反应时间控制在60s，球化后形成终铁水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.35% ，Si：2.50%，Mn：0.6%，P：0.01%，S：0.010%，Mg：0.040% ，Sn:0.03%，余量为Fe；
（4）球化结束后，在10min内将终铁水在1330℃的温度下浇注铸形，同时加入终铁水总量的2%的0.5mm的硅钙钡孕育剂，硅钙钡孕育剂各组成成分的质量分数分别为Si：70%，Ca：2.0%，Ba: 5.0%，余量为Fe，且硅钙钡孕育剂随铁水流一同流入铸型型腔，浇注后待铸件冷却至855℃开箱空冷，得到球铁珠光体，其力学性能见表1。
实施例3
本实施例高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行：
（1）在中频感应电炉中加入30质量份的废钢熔炼，废钢中各组成成分的质量分数分别为C：0.025%，Si：0.35%，Mn：0.39 % ，P：0.0:2% ，S： 0.0:09% ，Cr：0.035%，Ti ：0.04% ，V ：0.030%，余量为Fe；再加入70质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1510℃时保温8min，同时通过加入0.35质量份的65锰铁、0.25质量份的电解铜和0.015质量份金属锡进行调质处理，形成原铁水，原铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.45% ，Si：1.8%，Mn：0.65%，P：0.0:2%，S：0.025%，Cu： 0.75% ，Sn:0.035%，余量为Fe；
（2）将0.9质量份粒度为20mm的钇基重稀土复合球化剂加入到球化包的球化反应坑内，且球化剂各组成成分的质量分数分别为Mg：7%，Si：44%，Ca：2.0%，REO（Y)：3.0%，余量为Fe；再将0.3质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，孕育剂各组成成分的质量分数分别为Al:1.0%,Si：73%，Ca:1.8%,Ba:2.5%，余量为Fe，最后将1.0质量份的矽钢片覆盖在孕育剂上；
（3）当原铁水温度达到1445℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入0.2质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂，球化反应时间控制在60s，球化后形成终铁水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.4% ，Si：2.55%，Mn：0.65%，P：0.0:2%，S：0.014%，Mg：0.045% ，Sn:0.035%，余量为Fe；
（4）球化结束后，在10min内将终铁水在1330℃的温度下浇注铸形，同时加入终铁水总量的2%的0.5mm的硅钙钡孕育剂，硅钙钡孕育剂各组成成分的质量分数分别为Si：72%，Ca：1.5%，Ba:4.0%，余量为Fe，且硅钙钡孕育剂随铁水流一同流入铸型型腔，浇注后待铸件冷却至855℃开箱空冷，得到球铁珠光体，其力学性能见表1。
表1 实施例1-3制得的厚大件球铁力学性能结果
力学性能 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率 本体硬度
实施例1 711 430 8 233
实施例2 723 416 4 240
实施例3 705 421 6 234
由上表可以看出，本发明将原铁水与其他辅料进行合理配比，不仅能保证厚大件较强的强度，还能提升延伸率，从而提高产品性能；其抗拉强度＞700 MPa，屈服强度＞400MPa。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于：所述熔炼方法按下述步骤进行：
(1)在中频感应电炉中加入28-32质量份的废钢熔炼，再加入68-72质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1500-1520℃时保温5-10min，同时通过加入65锰铁0.3-0.4质量份、电解铜0.2-0.3质量份和金属锡0.01-0.02质量份进行调质处理，将铁水化学成分调到符合原铁水的标准；
(2)将0.8-1质量份的球化剂加入到球化包的球化反应坑内，再将0.2-0.4质量份的一次孕育剂覆盖在球化剂上，最后将0.9-1.1质量份的矽钢片覆盖在一次孕育剂上；
(3)当原铁水温度达到1430-1460℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入0.1-0.3质量份的二次孕育剂，球化反应时间控制在50-70s，球化后形成终铁水；
(4)球化结束后，在10min内将终铁水在1320-1340℃的温度下浇注铸形，同时加入三次孕育剂，随铁水流一同流入铸型型腔，三次孕育剂的加入量为终铁水总量的0.12%，浇注后待铸件冷却至830-880℃开箱空冷，得到球铁珠光体。
2.根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于：所述废钢中各组成成分的质量分数分别为C：0.020-0.030%，Si：0.30-0.40%，Mn：0.35-0.42%，P≤0.03% ，S≤0.01%，Cr：0.03-0.04%，Ti ≤0.05% ，V ≤0.040%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于：所述球化剂是粒度为5-30mm的钇基重稀土复合球化剂，其各组成成分的质量分数分别为Mg：6-8%，Si：42%-45%，Ca：1.5-2.5%，REO（Y)：2.5-3.5%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于：所述一次孕育剂和二次孕育剂是粒度为3-8mm的高钙钡孕育剂，其各组成成分的质量分数分别为Al:0-1.5%,Si：70-75%，Ca:1.2-2.4%,Ba:2.0-3.0%，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在
于：所述三次孕育剂是粒度为0.2-0.7mm的硅钙钡孕育剂，其各组成成分的质量分数分别为Si：70%-75%，Ca：1.0-2.0%，Ba:3.0-5.0%，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在
于：所述原铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.4～3.5% ，Si：
1.75～1.85%，Mn：0.6%～0.7%，P≤0.03%，S：0.020～0.030%，Cu：
0.7～0.8% ，Sn:0.03-0.04%，余量为Fe。
7.根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在
于：所述终铁水中各组成成分的质量分数分别为C：3.35～3.45% ，
Si：2.50～2.60%，Mn：0.6%～0.7%，P≤0.03%，S：0.010～0.018%，Mg：0.040～0.050% ，Sn:0.03-0.04%，余量为Fe。
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