CN105970076B - 高强度耐低温球墨铸铁的制备方法 - Google Patents

高强度耐低温球墨铸铁的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及球墨铸铁领域，具体涉及一种高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.2％‑3.5％，硅2.1％‑2.3％，锰0.4％‑0.5％，铜0.4％‑0.6％，镍0.2％‑0.4％，钼0.2％‑0.4％，镁0.04％‑0.06％，铬0.05％‑0.08％，钛0.005％‑0.008％，钒0.002％‑0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。其制备方法包括以下步骤：(1)原料熔炼；(2)球化处理及孕育处理；(3)热处理，本发明通过合理配置各元素成分，使球墨铸铁抗拉强度增强，并配制合适的孕育剂，采用包内孕育配合型内孕育，加强孕育效果，同时在热处理时合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式，有效提高其强度及耐低温性，本发明中的球墨铸铁强度高、耐低温性优异，制备方法简单高效。

Description

高强度耐低温球墨铸铁的制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁领域，具体涉及一种高强度耐低温球墨铸铁的制备方法。
背景技术
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。高强度耐低温球墨铸铁因其特殊的使用性能，日益成为国内高寒地区机器等重要设备重要部件，比如风电、机车及车辆、石油及化工管道配件等等。普通的球墨铸铁的耐低温性不够，强度仍需要做进一步提高，不能满足低温及高强度下的使用要求。
中国专利CN 105420592 A公开了一种“耐低温球墨铸铁及其制备方法”，其提供的球墨铸铁具有较好的耐低温性能及韧性，但对于在低温环境下，其强度需要做进一步提高。
发明内容
本发明提供了一种高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，所述球墨铸铁具有较好的耐低温性及优异的强度，且制备方法简单高效。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.2％-3.5％，硅2.1％-2.3％，锰0.4％-0.5％，铜0.4％-0.6％，镍0.2％-0.4％，钼0.2％-0.4％，镁0.04％-0.06％，铬0.05％-0.08％，钛0.005％-0.008％，钒0.002％-0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
优选地，所述球墨铸铁中各元素成分的质量百分比为：碳3.3％，硅2.2％，锰0.45％，铜0.5％，镍0.3％，钼0.3％，镁0.05％，铬0.07％，钛0.006％，钒0.002％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450-1500℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.4％-0.6％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400-1430℃，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4％-0.6％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至890-920℃，保温3-5h，以5-8℃/min的速度降温至650-700℃，保温2-4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至890-920℃，以13-15℃/min的速度降温至400-450℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
优选地，所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2-3:7-9。
优选地，所述球化剂的加入量为铁水总重量的1.4％-1.6％，所述球化剂的粒度为2-4mm。
优选地，所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅42％-50％、钙1.5％-2.5％、锆0.3％-0.6％、锰2％-3％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅45％-55％、钡2％-3％、铼0.1％-0.3％，余量为铁。
本发明的有益效果为：本发明加入的铜为正偏析元素，其与锰复合使用，可以部分抵消锰的偏析趋势，使锰的用量提高，从而促使抗拉强度提高。同时，加入铜可以在一定程度上改善球化，提高强度。第一孕育剂中的硅与钙在1400-1430℃下同时使用效果倍增，其中加入锆能延缓衰退时间，锰能够降低熔点，使孕育均匀，第二孕育剂中的铼在铁水含硫量低时，可提高抗拉强度，抑制白口化。包内孕育配合型内孕育，增加了石墨形核能力，细化晶粒，孕育效果好，使得铸件的球墨化程度好，提高成品强度和低温冲击性能。在热处理中，合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式，有效提高球墨铸铁的强度及耐低温性。本发明中的球墨铸铁强度高、耐低温性优异，制备方法简单高效。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1：
一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.3％，硅2.2％，锰0.45％，铜0.5％，镍0.3％，钼0.3％，镁0.05％，铬0.07％，钛0.006％，钒0.002％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1500℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入铁水总重量1.4％的球化剂(粒度为4mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.4％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1430℃，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至920℃，保温5h，以5℃/min的速度降温至700℃，保温2h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至920℃，以15℃/min的速度降温至400℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为3:7。
所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅50％、钙1.5％、锆0.6％、锰2％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅55％、钡2％、铼0.3％，余量为铁。
实施例2：
一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.5％，硅2.1％，锰0.5％，铜0.4％，镍0.4％，钼0.2％，镁0.06％，铬0.05％，钛0.008％，钒0.002％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入铁水总重量1.6％的球化剂(粒度为2mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.6％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400℃，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.6％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至890℃，保温3h，以8℃/min的速度降温至650℃，保温4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至890℃，以13℃/min的速度降温至450℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:9。
所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅42％、钙2.5％、锆0.3％、锰3％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅45％、钡3％、铼0.1％，余量为铁。
实施例3：
一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.2％，硅2.3％，锰0.4％，铜0.6％，镍0.2％，钼0.4％，镁0.04％，铬0.08％，钛0.005％，钒0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1480℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入铁水总重量1.5％的球化剂(粒度为3mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.6％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1430℃，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至900℃，保温4h，以8℃/min的速度降温至650℃，保温3h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至900℃，以14℃/min的速度降温至400℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:7。
所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅50％、钙2.5％、锆0.3％、锰2％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅55％、钡3％、铼0.1％，余量为铁。
实施例4：
一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.5％，硅2.3％，锰0.4％，铜0.6％，镍0.2％，钼0.4％，镁0.06％，铬0.05％，钛0.008％，钒0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入铁水总重量1.6％的球化剂(粒度为2mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.5％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1410℃，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.5％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至920℃，保温5h，以7℃/min的速度降温至680℃，保温4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至920℃，以13℃/min的速度降温至430℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为3:9。
所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅46％、钙2％、锆0.5％、锰2.5％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅50％、钡2.5％、铼0.2％，余量为铁。
实施例5：
一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.4％，硅2.3％，锰0.45％，铜0.56％，镍0.2％，钼0.4％，镁0.04％，铬0.07％，钛0.007％，钒0.002％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入铁水总重量1.4％-1.6％的球化剂(粒度为4mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.5％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400℃，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至910℃，保温3h，以5℃/min的速度降温至700℃，保温3h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至910℃，以13℃/min的速度降温至410℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:8。
所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅45％、钙2.5％、锆0.6％、锰3％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅45％、钡3％、铼0.3％，余量为铁。
性能测试：对由实施例1-5所制得的高强度耐低温球墨铸铁进行性能测试，经检测，本发明高强度耐低温球墨铸铁件的抗拉强度为650-658MPa，屈服强度为448-456MPa，延伸率为7.2-8.6％，球化等级为1-2级，环境温度为-40℃时的冲击性能为14.8-15.3J。

Claims (4)

1.一种高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.2％-3.5％，硅2.1％-2.3％，锰0.4％-0.5％，铜0.4％-0.6％，镍0.2％-0.4％，钼0.2％-0.4％，镁0.04％-0.06％，铬0.05％-0.08％，钛0.005％-0.008％，钒0.002％-0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁；
其制备方法具体包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450-1500℃，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.4％-0.6％的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400-1430℃，完成球化处理和包内孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4％-0.6％的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
(3)热处理：将所述铸件升温至890-920℃，保温3-5h，以5-8℃/min的速度降温至650-700℃，保温2-4h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至890-920℃，以13-15℃/min的速度降温至400-450℃，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁；
所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅42％-50％、钙1.5％-2.5％、锆0.3％-0.6％、锰2％-3％，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅45％-55％、钡2％-3％、铼0.1％-0.3％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球墨铸铁中各元素成分的质量百分比为：碳3.3％，硅2.2％，锰0.45％，铜0.5％，镍0.3％，钼0.3％，镁0.05％，铬0.07％，钛0.006％，钒0.002％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2-3:7-9。
4.根据权利要求1所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球化剂的加入量为铁水总重量的1.4％-1.6％，所述球化剂的粒度为2-4mm。
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