CN106011607A - 一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺。硅固熔强化铁素体球墨铸铁中各组分按重量百分比计为C含量为3.05~3.30%，Si含量为3.80~4.00%，Mn含量为0.15~0.25%，Mg含量为0.035~0.050%，P含量≤0.035%，S含量≤0.015%，Ce含量为0.0030~0.0040%，Sb含量为0.0045~0.0055%，其余为铁。制备时选用优质生铁、废钢，电炉熔化铁水并控制碳硅锰含量，球化包中加入一定量的预处理剂、球化剂A和B、孕育剂进行铁水处理，同时加入一定量的锑调节铈量，球化效果好。在浇口盆中埋入孕育块及浇口盆附近布置随流孕育装置进行随流孕育，扒渣浇注。本发明制备方法简单，制备得到的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和延伸率达到并超过了要求值，且不带V形缺口的‑20℃冲击值也达到了要求，金相效果较好。

Description

一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺，属于铁素体球墨铸铁制备技术领域。
背景技术
由于风电技术的发展，目前世界各地都在大力支持风力发电机项目。随着世界各地风力发电机项目的发展，作为风电项目中的核心部件：轮毂、底座、轴承座等件，其选用的铸件材料也在发生变化。现已有世界多家知名的风力发电机制造企业提出采用固熔强化铁素体球墨铸铁材料。
发明内容
本发明的目的是为了解决对于风电项目中使用的核心铸铁部件性能要求较高，现有工艺制备的材料不能满足应用要求的问题，提供了一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁及其制备工艺，通过选用优质的原材料，调整铁水中碳、硅、锰的含量，及铈和锑的合理匹配，经过预处理，球化孕育处理，获得硅固熔强化铁素体球墨铸铁—QT580-13。
本发明采用如下技术方案：一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁，各组分按重量百分比计为C含量为3.05～3.30％，Si含量为3.80～4.00％，Mn含量为0.15～0.25％，Mg含量为0.035～0.050％，P含量≤0.035％，S含量≤0.015％，Ce含量为0.0030～0.0040％，Sb含量为0.0045～0.0055％，其余为铁。
硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，选取20～65份生铁、15～35份废钢打包成型，10～65份回炉料，通过电炉加温至1430～1480℃全部熔化为铁水，调整铁水中的C、Si、Mn的含量，按C含量为3.05～3.30％，Si含量为2.40～3.10％，Mn含量为0.15～0.25％进行调整；
(2)球化包中原料的配置：在球化包内放入球化剂A和球化剂B，球化剂A的加入量为铁水重量的0.50～0.65％，球化剂B的加入量为铁水重量的0.50～0.65％，紧实；上面均匀覆盖铁水质量0.2～0.3％的75硅铁，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.1～0.2％的干净的废钢片，紧实；随后上面均匀散铁水质量0.05～0.15％的增碳剂，并加入铁水质量0.0030～0.0045％的Sb元素；
(3)铁水预处理、球化孕育处理：根据出铁重量将铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内；球化反应温度为1420～1470℃，铁水预处理、球化反应时间为80～150s；在球化反应即将结束时，再将孕育剂加入球化包内，孕育剂的加入量为铁水重量的0.40～0.70％，孕育时间控制在30～60s，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，首先将0.10％的孕育块埋入浇口盆中，并把0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中安放好，铁水浇注时，孕育块溶解并进行孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品硅固熔强化铁素体球墨铸铁。
进一步的，所述球化剂A组成为按重量百分比计，稀土0.35～0.65％，Mg 5.0～6.0％，Si 44.0～48.0％，Ca 0.8～1.2％，其余为铁。
进一步的，所述球化剂B组成为按重量百分比计，Mg 5.0～6.0％，Si 44.0～48.0％，Ca 0.8～1.2％，其余为铁。
进一步的，所述孕育剂组成为按重量百分比计，Si 72.0～78.0％，Ca 1.0～2.0％，Ba 2.0～3.0％，其余为铁。
进一步的，所述预处理剂组成为按重量百分比计，碳≥99％，灰分＜0.10％，硫＜0.015％。
进一步的，所述生铁中磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％。
进一步的，所述废钢中锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％。
进一步的，所述孕育块组成为按重量百分比计，Si 68.0～76.0％，Al 3.2～4.5％，Ca 0.3～1.5％，其余为铁。
进一步的，随流孕育剂组成为按重量百分比计，Si 70.0～76.0％，Ca 0.75～1.25％，Ce 1.5～2.0％，Al 0.75～1.25％，其余为铁。
本发明制备方法简单，步骤易于操作，适用于制备QT580-13铁素体球墨铸铁，在制备过程中通过两种含有不同稀土量的球化剂，来调整球化剂中的稀土含量，又通过加入锑量，来中和稀土中铈的影响，使得获取铸件本体中芯部良好的球化效果，制备得到的铁素体球墨铸铁抗拉强度、屈服强度、延伸率均达到了要求值，同时-20℃冲击值也达到要求值，铸件本体金相较好。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
QT580-13铁素体球墨铸铁的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份计，选取20份磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％的生铁、15份锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％的废钢，然后打包成型，65份本公司风电铸件球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，调整化学成分，加温至1430～1480℃，至全部熔化成铁水；
(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入球化剂A和B，球化剂A和B的加入量均为铁水重量的0.55％，紧实；上面均匀覆盖铁水重量0.3％的75硅铁，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.2％的干净的废钢片，紧实；随后上面均匀散铁水重量0.05％的增碳剂，并加入铁水重量0.0030％Sb；
(3)铁水预处理、球化孕育处理：先将铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，直到预先设定量；铁水预处理、球化反应温度为1420～1470℃，铁水预处理、球化反应时间为130秒；在球化反应即将结束时，再将孕育剂加入球化包内，孕育剂的加入量为铁水重量的0.6％，孕育时间控制在45秒，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，事先把0.10％的孕育块埋入浇口盆中，并把0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中安放好，铁水浇注时，开始孕育块孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品QT580-13铁素体球墨铸铁。
球化剂A组成为按重量百分比计，稀土0.35％，Mg 6.0％，Si 48.0％，Ca 0.8％，其余为铁。
球化剂B组成为按重量百分比计，Mg 6.0％，Si 44.0％，Ca 1.2％，其余为铁。
孕育剂组成为按重量百分比计，Si 72.0％，Ca 2.0％，Ba 2.0％，其余为铁。
预处理剂组成为按重量百分比计，碳≥99％，灰分＜0.10％，硫＜0.015％。
孕育块组成为按重量百分比计，Si 68.0％，Al 4.5％，Ca 1.5％，其余为铁。
随流孕育剂组成为按重量百分比计，Si 76.0％，Ca 1.25％，Ce 1.5％，Al0.75％，其余为铁。
经检测，该QT580-13铁素体球墨铸铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.21％，Si含量为3.87％，Mn含量为0.19％，Mg含量为0.040％，P含量0.029％，S含量0.009％，Ce含量为0.0033％，Sb含量为0.0049％，其余为铁。性能测试结果如表1所示。
实施例2：
QT580-13铁素体球墨铸铁的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份计，选取60份磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％的生铁、35份锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％的废钢，然后打包成型，15份本公司风电铸件球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，调整化学成分，加温至1430～1480℃，至全部熔化成铁水；
(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入球化剂A和B，球化剂A和B的加入量均为铁水重量的0.60％，紧实；上面均匀覆盖铁水重量0.2％的75硅铁，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.2％的干净的废钢片，紧实；随后上面均匀散铁水重量0.15％的增碳剂，并加入铁水重量0.0045％Sb；
(3)铁水预处理、球化孕育处理：先将铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，直到预先设定量；铁水预处理、球化反应温度为1420～1470℃，铁水预处理、球化反应时间为120秒；在球化反应即将结束时，再将孕育剂加入球化包内，孕育剂的加入量为铁水重量的0.5％，孕育时间控制在50秒，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，事先把0.10％的孕育块埋入浇口盆中，并把0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中安放好，铁水浇注时，开始孕育块孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品QT580-13铁素体球墨铸铁。
球化剂A组成为按重量百分比计，稀土0.5％，Mg 5.5％，Si 45.0％，Ca 1.0％，其余为铁。
球化剂B组成为按重量百分比计，无稀土，Mg 5.5％，Si 45.0％，Ca 1.0％，其余为铁。
孕育剂组成为按重量百分比计，含Si 75.0％，Ca 1.5％，Ba 2.5％，其余为铁。
预处理剂组成为按重量百分比计，含碳≥99％，灰分＜0.10％，硫＜0.015％。
孕育块组成为按重量百分比计，含Si 70.0％，Al 3.5％，Ca 1.0％，其余为铁。
随流孕育剂组成为按重量百分比计，含Si 75.0％，Ca 1.00％，Ce 1.75％，Al1.00％，其余为铁。
经检测，该QT580-13铁素体球墨铸铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.11％，Si含量为3.93％，Mn含量为0.15％，Mg含量为0.043％，P含量0.027％，S含量0.008％，Ce含量为0.0043％，Sb含量为0.0053％，其余为铁。性能检测结果如表1所示。
实施例3：
QT580-13铁素体球墨铸铁的制备工艺，包含如下步骤：
(1)原料选择：按重量份计，选取65份磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％的生铁、25份锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％的废钢，然后打包成型，10份本公司风电铸件球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，调整化学成分，加温至1430～1480℃，至全部熔化成铁水；
(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入球化剂A和B，球化剂A和B的加入量均为铁水重量的0.50％，紧实；上面均匀覆盖铁水重量0.2％的75硅铁，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.2％的干净的废钢片，紧实；随后上面均匀散铁水重量0.10％的增碳剂，并加入铁水重量0.0035％Sb；
(3)铁水预处理、球化孕育处理：先将铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，直到预先设定量；铁水预处理、球化反应温度为1420～1470℃，铁水预处理、球化反应时间为129秒；在球化反应即将结束时，再将孕育剂加入球化包内，孕育剂的加入量为铁水重量的0.55％，孕育时间控制在55秒，反应完毕后扒渣准备浇注；
(4)孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，事先把0.10％的孕育块埋入浇口盆中，并把0.15％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中安放好，铁水浇注时，开始孕育块孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品QT580-13铁素体球墨铸铁。
球化剂A组成为按重量百分比计，稀土0.65％，Mg 5.0％，Si 44.0％，Ca 1.2％，其余为铁。
球化剂B组成为按重量百分比计，Mg 5.0％，Si 48.0％，Ca 0.8％，其余为铁。
孕育剂组成为按重量百分比计，Si 78.0％，Ca1.0％，Ba 3.0％，其余为铁。
预处理剂组成为按重量百分比计，碳≥99％，灰分＜0.10％，硫＜0.015％。
孕育块组成为按重量百分比计，Si 76.0％，Al 3.2％，Ca 0.3％，其余为铁。
随流孕育剂组成为按重量百分比计，Si 70.0％，Ca 0.75％，Ce 2.0％，Al1.25％，其余为铁。
经检测，该QT580-13铁素体球墨铸铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.16％，Si含量为3.83％，Mn含量为0.17％，Mg含量为0.038％，P含量0.026％，S含量0.007％，Ce含量为0.0037％，Sb含量为0.0048％，其余为铁。性能检测结果如表1所示。
表1
由表1可知，采用本发明制备方法的实施例1-3制备得到的QT580-13铁素体球墨铸铁的抗拉强度分别达到561MPa、585MPa和566MPa，抗拉强度均达到要求值，屈服强度最高达到483MPa，延伸率分别为18.1％、17.1％和18.3％达到了要求值，实施例1-3的硬度、-20℃冲击值以及球化率均达到要求值的范围，因此可知采用本发明方法能够制备出性能较优的QT580-13铁素体球墨铸铁。

Claims (10)

1.一种硅固熔强化铁素体球墨铸铁，其特征在于：各组分按重量百分比计为C含量为3.05~3.30%，Si含量为3.80~4.00%，Mn含量为0.15~0.25%，Mg含量为0.035~0.050%，P含量≤0.035%，S含量≤0.015%，Ce含量为0.0030~0.0040%，Sb含量为0.0045~0.0055%，其余为铁。
2.权利要求1所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按重量份计，选取20~65份生铁、15~35份废钢打包成型，10~65份回炉料，通过电炉加温至1430~1480℃全部熔化为铁水，调整铁水中的C、Si、Mn的含量，按C含量为 3.05~3.30%，Si含量为2.40~3.10%，Mn含量为0.15~0.25%进行调整；
（2）球化包中原料的配置：在球化包内放入球化剂A和球化剂B，球化剂A的加入量为铁水重量的0.50~0.65%，球化剂B的加入量为铁水重量的0.50~0.65%，紧实；上面均匀覆盖铁水质量0.2~0.3%的75硅铁，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.1~0.2%的干净的废钢片，紧实；随后上面均匀散铁水质量0.05~0.15%的增碳剂，并加入铁水质量0.0030~0.0045%的Sb元素；
（3）铁水预处理、球化孕育处理：根据出铁重量将铁水冲入球化包放置在步骤（2）中球化剂对面的坑内；球化反应温度为1420~1470℃，铁水预处理、球化反应时间为80~150s；在球化反应即将结束时，再将孕育剂加入球化包内，孕育剂的加入量为铁水重量的0.40~0.70%，孕育时间控制在30~60s，反应完毕后扒渣准备浇注；
（4）孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，首先将0.10%的孕育块埋入浇口盆中，并把0.15%的随流孕育剂放置在随流孕育斗中安放好，铁水浇注时，孕育块溶解并进行孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品硅固熔强化铁素体球墨铸铁。
3.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述球化剂A组成为按重量百分比计，稀土0.35~0.65%，Mg 5.0~6.0%，Si 44.0~48.0%，Ca 0.8~1.2%，其余为铁。
4.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述球化剂B组成为按重量百分比计，Mg 5.0~6.0%，Si 44.0~48.0%，Ca 0.8~1.2%，其余为铁。
5.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述孕育剂组成为按重量百分比计，Si 72.0~78.0%，Ca 1.0~2.0%， Ba 2.0~3.0%，其余为铁。
6.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述预处理剂组成为按重量百分比计，碳≥99%，灰分＜0.10%，硫＜0.015%。
7.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述生铁中磷含量小于等于0.035%、硫含量小于等于0.020%。
8.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述废钢中锰含量小于等于0.1%、磷含量小于等于0.030%、硫含量小于等于0.030%。
9.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述孕育块组成为按重量百分比计，Si 68.0~76.0%，Al 3.2~4.5%，Ca 0.3~1.5%，其余为铁。
10.如权利要求2所述的硅固熔强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：随流孕育剂组成为按重量百分比计，Si 70.0~76.0%，Ca 0.75~1.25%，Ce 1.5~2.0%，Al 0.75~1.25%，其余为铁。
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