CN106222526A

CN106222526A - 一种高硅钼球铁材料的合成制备工艺

Info

Publication number: CN106222526A
Application number: CN201610723567.0A
Authority: CN
Inventors: 董福元; 尤国庆; 韩军; 郭亮; 潘俊
Original assignee: Kocel Machinery Co Ltd
Current assignee: Kocel Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: CN106222526B

Abstract

本发明涉及高硅钼球铁材料的合成制备工艺，具体包括如下步骤：配置原材料：所述原材料包括下述质量百分比的物质：废钢60%～70%；生铁25%～35%；硅铁1%～1.2%，钼铁1%～1.3%；增碳剂2～2.5%；原料熔化过程分三批分别加入炉料：第一批加入全部的生铁，1/3质量的废钢；第二批炉料：5/11质量的增碳剂和1/3质量的废钢，第三批炉料：5/11质量的增碳剂和1/3质量的废钢，当第三批炉料全部熔清后，加入全部的硅铁、钼铁，待铁水升温至1400℃～1410℃，扒渣除杂后将剩余的1/11质量的增碳剂镜面加入；取样分析和调配、出铁、球化及孕育处理直至浇注完成。本发明的工艺，以废钢为主要原料，采用中间加入和镜面加入的联合加碳方式制备具有高强度和高冲击韧性的高硅钼球墨铸铁。

Description

一种高硅钼球铁材料的合成制备工艺

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种高硅钼球铁材料的合成制备工艺。

背景技术

高硅钼球铁具有较高的高温强度、耐热疲劳性、优异的高温抗氧化性、以及良好的耐高温抗蠕变性能，因此在排气管、涡轮壳、中压外缸等耐高温部件上获得广泛应用。由于硅和钼的含量较高，因此，脆性较大，容易产生碎块石墨以及石墨恶化层，由于高硅低碳的制约，还容易产生显微缩松。

中国专利文献CN105154759A公开了一种高硅钼球墨铸铁，该球墨铸铁含有碳3.3～3.5%、硅3.0～3.2%，锰0.1%以下，磷 0.04%以下，硫 0.01以下，镁0.04～0.07%、钼0.5～0.6%、稀土0.08～0.15%、锑0.004～0.005%、剩余部分由铁及不可避免的夹杂构成。该文献配料原料中生铁40%～50%；废钢20%～30%；回炉料20%～30%；加料顺序为生铁、回炉料、废钢、硅铁、钼铁依次加入到电炉中。使用以生铁为主的传统配方，对铁液成分要求严格，如低锰、低钛、低硫、低磷以及低的微量元素含量。因此对普通生铁有严格的要求，生产成本较高。同时高硅钼球铁有冲击韧性要求，也时常出现不合格情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用废钢为主要原料，采用中间加入和镜面加入的联合加碳方式的合成制备工艺，制备高强度和高冲击韧性的高硅钼球墨铸铁材料。

本发明的目的是这样实现的，一种高硅钼球铁材料的合成制备工艺，所述高硅钼球铁材料各组份的质量百分含量为C:3.3%～3. 5%；Si:2.7%～2.9%；Mo：0.4%～0.5%；P:＜0.03%；S:＜0.015%；Mn:0.25%～0.30%；Mg:0.04%～0.05%，Sb: 0.001%～0.01%,其余为Fe；所述高硅钼球铁材料的合成制备工艺包括如下步骤：

步骤一：配置原材料：所述原材料包括下述质量百分比的配料：废钢60%～70%；生铁25%～35%；硅铁1%～1.2%，钼铁1%～1.3%；增碳剂2～2.5%；

步骤二：熔炼：原料熔化过程中，炉料采用分批加入的方式：第一批加入全部的生铁，1/3质量的废钢；待炉料熔清后，加入第二批炉料：5/11质量的增碳剂和1/3质量的废钢，其中废钢压在增碳剂表面采用压碳的方式加入，待第二批炉料熔清后，加入第三批炉料：5/11质量的增碳剂和1/3质量的废钢同样采用压碳的方式加入，当第三批炉料全部熔清后，加入全部的硅铁、钼铁，待铁水升温至1400℃～1410℃，扒渣除杂后将剩余的1/11质量的增碳剂镜面加入；

步骤三：取样分析和调配：持续加热，待铁水升温到1430℃～1440℃，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，直至铁水中除Sb外的其它各组分含量均符合要求；

步骤四：出铁、球化及孕育处理，先将稀土镁球化剂放置在球化包底部横档的一侧，并用废钢片包覆稀土镁球化剂表面，然后将铁水升温到1500℃～1520℃后，保温3-5min后将铁水向球化包中没有放置球化剂的一侧倒入，同时向铁水中随流加入铁水质量0.001%～0.01%的Sb，球化结束后，进行倒包孕育；

步骤五：除渣，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌均匀后进行扒渣。

步骤六：浇注，将铁水浇注到模具中，并且在浇注时随铁水流加入随流孕育剂进行随流孕育。

为优化球化及孕育工艺，所述步骤四中，球化处理采用的球化剂为0.9%硅镁合金+0.1%重稀土球化剂；所述球化剂的粒度为10mm～25mm, 同时将0.2%SiC孕育剂放置包内覆盖在球化剂上，孕育剂的粒度为3mm～8mm；倒包孕育剂为铁水质量的0.6%硅钡＋0.4%硅铁孕育，孕育剂的粒度为3mm～8mm。

为进一步优化随流孕育，所述步骤六中的随流孕育采用的孕育剂是粒度为0.2mm～0.7mm的硫氧孕育剂，其加入量为铁水质量的0.15%。

本发明的方法具有如下有益效果：

（1）本发明通过各化学元素比的合理搭配，有效改善了铸件的脆性倾向，明显提高了高硅钼球墨铸铁件的力学性能，经检测，采用本发明的方法制备的高硅钼球墨铸铁件的抗拉强度抗拉强度＞500MPa，屈服强度＞320MPa，延伸率＞12%，室温冲击＞7J，硬度为＞170HB；

（2）原料中以废钢为主，并且废钢在生铁后面加入,因生铁熔点比废钢低，可以使生铁更快的熔化，另一方面，能使废钢在融化前得到足够的烘烤，从而消除废钢其表面的油渍及水分，使废钢熔化前得到净化，从而使熔化的铁水更纯净；

（3）压碳方式添加增碳剂，使增碳剂加入铁水内后被废钢迅速压入铁水内与铁液充分接触，增大增碳剂与铁液的接触面，促进增碳剂中的碳向铁液的熔解和扩散，另一方面，金属覆盖料的迅速熔化，可有效隔绝增碳剂与空气的接触面，防止增碳剂的氧化烧损，从而提高增碳效果；

（4）扒渣后将剩余的增碳剂镜面加入，不仅实现了增碳、还可以除去铁水表层残留的少量氧，使铁液变得更纯净；

（5）本发明在将铁水倒入浇包的同时进行倒包孕育，这样加上之前球化时的孕育以及之后浇注时的随流孕育，总共具有三次孕育，而且孕育剂均采用长效的Si-Ba孕育剂，从而有效防止铁水孕育衰退，保证铁水的球化率大于90%，改善球化效果，从而有效避免组织显微缩松；

（6）制备过程中加入微量的合金元素Sb，可以有效消除碎块石墨，提高石墨数量和圆整度。

附图说明

图1为实施例1的制得的高硅钼球铁材料的球化率图。

图2为实施例1的制得的高硅钼球铁材料的金相组织图。

图3为实施例3的制得的高硅钼球铁材料的球化率图。

图4为实施例3的制得的高硅钼球铁材料的金相组织图。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的高硅钼球铁材料各组份的质量百分含量为C:3.495%；Si:2.73%；Mo：0.408%%；P:＜0.03%；S:＜0.015%；Mn:0.266%；Mg:0.0401%，Sb: 0.001%,其余为Fe。

本实施例的高硅钼球铁材料的合成制备工艺包括如下步骤：

步骤一：配置下述质量百分比的原材料：废钢68%；生铁28%；硅铁1%，钼铁1.0%；增碳剂2%。步骤二：熔炼：原料熔化过程中，炉料采用分批加入的方式：第一批加入全部的生铁，1/3质量的废钢；待炉料熔清后，加入第二批炉料：5/11质量的增碳剂和1/3质量的废钢，其中废钢压在增碳剂表面采用压碳的方式加入，既先向铁水中投入增碳剂，然后快速投入废钢，将增碳剂压入铁入液面内部，使增碳剂与铁水充分接触，增大增碳剂与铁液的接触面，促进增碳剂中的碳向铁水的熔解和扩散，另一方面，废钢覆盖料的迅速熔化，可有效隔绝增碳剂与空气的接触面，防止增碳剂的氧化烧损，从而提高增碳效果；待第二批炉料熔清后，加入第三批炉料：5/11质量的增碳剂和1/3质量的废钢同样采用压碳的方式加入，当第三批炉料全部熔清后，加入全部的硅铁、钼铁，待铁水升温至1400℃时，扒渣除杂后将剩余的1/11质量的增碳剂镜面加入，既直接向铁水表面加入，不仅现了增碳、还可以除去铁水表层残留的少量氧，使铁水变得更纯净。步骤三：持续加热，待铁水升温到1430℃～1440℃，取铁水样品做化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水中除Sb外的其它各组分含量均符合表1的要求。

表1

步骤四：先将稀土镁球化剂放置在球化包底部横档的一侧，并用废钢片包覆稀土镁球化剂表面，然后将铁水升温到1500℃后，保温3-5min后将铁水向球化包中没有放置球化剂的一侧倒入，同时向铁水中随流加入铁水质量0.001%的Sb，球化结束后，进行倒包孕育；本步骤中球化处理采用的球化剂为0.9%硅镁合金+0.1%重稀土球化剂；球化剂的粒度为10mm～25mm, 同时将0.2%SiC孕育剂放置在球化包内覆盖在球化剂上，随流孕育剂的粒度为3mm～8mm；倒包孕育剂的用量为铁水质量的0.6%硅钡＋0.4%硅铁孕育，孕育剂的粒度为3mm～8mm。步骤五：向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌均匀后进行扒渣。步骤六：浇注，将铁水浇注到模具中，并且在浇注时随铁水流加入随流孕育剂进行随流孕育。本步的随流孕育采用的孕育剂是粒度为0.2mm～0.7mm的硫氧孕育剂，其加入量为铁水质量的0.15%。浇注结束8h后，进行落砂，接着铸件与浇注系统进行分离，在将分离好的铸件进行抛丸，即得高硅钼球铁材料。同时取同炉浇注的试块进行材料力学性能测试结果如表2所述。图1为本实施例的高硅钼球铁材料的球化率图，图2为本实施例的高硅钼球铁材料的金相组织图。

表2

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处主要在于以下几方面：

本实施例中的高硅钼球铁材料的组分为：

C:3.48%；Si:2.73%；Mo：0.423%；P:＜0.03%；S:＜0.015%；Mn:0.251%；Mg:0.0457%，Sb:0.003%,其余为Fe。

原材料质量配比为：废钢61%；生铁26%；硅铁1.2%，钼铁1.3%；增碳剂2.5%。

本实施例的材料熔炼注浇后的试块的力学性能测试结果如表3所述。

表3

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处主要在于以下几方面：

本实施例中的高硅钼球铁材料的组分为：

C:3.4%；Si:2.79%；Mo：0.472%；P:＜0.03%；S:＜0.015%；Mn:0.263%；Mg:0.045%，Sb:0.006%,其余为Fe。

原材料质量配比为：废钢61%；生铁30.4%；硅铁1.1%，钼铁1.2%；增碳剂2.3%。

本实施例的材料熔炼注浇后的试块的力学性能测试结果如表4所述

表4

图3为本实施例的高硅钼球铁材料的球化率图，图4为本实施例的高硅钼球铁材料的金相组织图。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处主要在于以下几方面：

本实施例中的高硅钼球铁材料的组分为：

C:3.17%；Si:2.76%；Mo：0.495%；P:＜0.03%；S:＜0.015%；Mn:0.279%；Mg:0.046%，Sb:0.004%,其余为Fe。

原材料质量配比为：废钢70%；生铁25%；硅铁1.2%，钼铁1.32%；增碳剂2.5%。

本实施例的材料熔炼注浇后的试块的力学性能测试结果如表5所述

表5

。

Claims

1.一种高硅钼球铁材料的合成制备工艺，所述高硅钼球铁材料各组份的质量百分含量为C:3.1%～3.5%；Si:2.7%～2.9%；Mo：0.4%～0.5%；P:＜0.03%；S:＜0.015%；Mn:0.25%～0.30%；Mg:0.04%～0.05%，Sb: 0.001%～0.01%,其余为Fe；所述高硅钼球铁材料的合成制备工艺包括如下步骤：

步骤五：除渣，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌均匀后进行扒渣；

2.根据权利要求1所述的高硅钼球铁材料的合成制备工艺，其特征在于，所述步骤四中，球化处理采用的球化剂为0.9%硅镁合金+0.1%重稀土球化剂；所述球化剂的粒度为10mm～25mm, 同时将0.2%SiC孕育剂放置包内覆盖在球化剂上，孕育剂的粒度为3mm～8mm；倒包孕育剂为铁水质量的0.6%硅钡＋0.4%硅铁孕育，孕育剂的粒度为3mm～8mm。

3.根据权利要求1所述的高硅钼球铁材料的合成制备工艺，其特征在于，所述步骤六中的随流孕育采用的孕育剂是粒度为0.2mm～0.7mm的硫氧孕育剂，其加入量为铁水质量的0.15%。