CN106367672B - 一种球墨铸铁及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

一种球墨铸铁，所述球墨铸铁的化学成分的质量百分比为：3.10％≤C≤3.90％，2.00％≤Si≤3.40％，0.2％≤Mn≤0.9％，P≤0.07％，S≤0.03％，0.1％≤Mo≤0.30％，0％≤Cu≤0.40％，0％≤Ni≤0.60％，余量为铁，本发明提供一种经济效益好的加工方法，本加工方法制备获得的球墨铸铁具有耐冲击性能好、耐高温的优点。

Description

一种球墨铸铁及其加工工艺

技术领域

本发明专利涉及冶金领域，特别涉及一种球墨铸铁及其加工工艺。

背景技术

球墨铸铁是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，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。用球墨铸铁铸造技术生产出的产品具有高强度、高韧性和低价格等优点，广泛应用于各大领域。球墨铸铁具有高强度的塑韧性，其在国内外发展非常快，产量已经超过铸钢和可锻铸铁，成为仅次于灰铸铁的铸造合金材料。

焦化厂熄焦车底板和隔热件等铸件需承受高温、和一定冲击力，现有产品寿命短，耐冲击性能差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种球墨铸铁及其加工工艺，本发明具有耐冲击性能好，耐高温的优点。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是一种球墨铸铁，所述球墨铸铁的化学成分按重量百分比包括：3.10％≤C≤3.90％，2.00％≤Si≤3.40％，0.2％≤Mn≤0.9％，P≤0.07％，S≤0.03％，0.1％≤Mo≤0.30％，0％≤Cu≤0.40％，0％≤Ni≤0.60％，余量为铁。

优选的，所述球墨铸铁的化学成分按重量百分比包括：3.70％≤C≤3.90％，2.60％≤Si≤2.90％，0.3％≤Mn≤0.9％，P≤0.04％，S≤0.01％，0.2％≤Mo≤0.3％，0.3％≤Cu≤0.4％，0.5％≤Ni≤0.6％，余量为铁。。

优选的，所述球墨铸铁的化学成分按重量百分比包括：C＝3.8％，Si＝2.8％，Mn＝0.3％，P＝0.03％，S＝0.01％，Mo＝0.3％，Cu＝0.4％，Ni＝0.6％，余量为铁。

一种球墨铸铁的加工工艺，所述加工工艺为：

1)将生铁，废钢，废球墨铸铁，钼铁，硅铁和稀土合金混合，得到混合物；

2)将所述混合物放入500Kg中频电炉进行熔炼，熔炼得到的铁水经熔清去渣后转移至铁水包；

3)使用冲入法对铁水进行球化；

4)将所述球化后的铁水进行浇注，得到预制件；

5)对所述预制件进行热处理，得到球墨铸铁制件。

优选的，所述混合物中生铁、废钢、废球墨铸铁、钼铁、硅铁和稀土合金的重量比为：6.25∶1.6∶2∶(0.013-0.015)∶(0.02-0.04)∶(0.015-0.02)。

优选的，所述球化工艺为：所述球化工艺为：将干燥预热后的球化剂加入铁水包底部，球化剂覆盖1.5-2.5kg硅铁，再覆盖铁屑后将其压实并压上6mm厚的钢板，将铁水从铁水包底部的另一侧加入，对所述铁水进行球化处理。

优选的，所述球化工艺中使用的球化剂与铁水的质量比为1.5:100，球化剂粒度大小为5-10mm。

优选的，所述铁水的出炉温度为1520℃-1580℃，浇注温度为1410℃-1460℃。

优选的，所述热处理工艺为：

1)将所述预制件升温至800-850℃，并保温2-3小时；

2)将所述预制件随炉冷却至室温，得到球墨铸铁。

本发明提供一种球墨铸铁及其加工工艺，本发明获得的球墨铸铁具有良好的延展性，耐冲击性能好，适用于高温环境，且稀土元素需求量低，具有经济效益好的优点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

碳：在铸铁中C含量在2.0质量％以下，容易生成碳化物，在4.0质量％以上，引起石墨析出，影响球化质量，降低铸铁的强度及韧性，因此，本发明中C的重量百分比为3.10％≤C≤3.90％。

硅：Si具有促进碳的石墨化及基体的铁素体化的效果，当Si含量较大时，球墨铸铁的韧性降低，因此上限为4.0质量％。为了进一步提高耐氧化性，因此本发明中Si的重量百分比为2.00％≤Si≤3.40％。

锰：Mn是为了将材料的不可避免的杂质，即S以MnS的形式固定而使其无害化所需要的元素，Mn能稳定和细化珠光体，锰溶于铁素体中可以提高强度、硬度。但是，锰量增加时逐渐形成网状，使球墨铸铁的塑性、韧性下降，因此本发明中Mn的重量百分比为0.2％≤Mn≤0.9％。

钼：Mo是通过固熔于基体中来提高高温下的抗拉强度及屈服应力的元素，当Mo含量变多时，Mo与C结合而成生碳化物，硬度上升而延性降低。因此，本发明中Mo的重量百分比为0.1％≤Mo≤0.30％。

铜：球墨铸铁铸件尺寸较大时，碳含量较低、浇注温度较低，导致金相组织石墨球化不良，石墨球数少或石墨析出等问题，铜可以改善中心组织和石墨形态，促进珠光体的形成，有利于获得均匀的组织，提高球墨铸铁铸件的力学性能，铜的含量较大时，对石墨铸铁的退火不利，且会降低延展性因此，因此本发明中Cu的重量百分比为0％≤Cu≤0.40％。

镍：有利于改善石墨铸铁的基体组织，提高硬度和强度，因镍成本较高，因此本发明中Ni的重量百分比为0％≤Ni≤0.60％。

实施例1

一种球墨铸铁，所述球墨铸铁的化学成分按重量百分比包括：C＝3.8％，Si＝2.8％，Mn＝0.3％，P＝0.03％，S＝0.01％，Mo＝0.3％，Cu＝0.4％，Ni＝0.6％，余量为铁。

所述金属的加工工艺为：

1)将生铁，废钢，废球墨铸铁，钼铁，硅铁和稀土合金混合，得到混合物，所述混合物的重量比为：6.25∶1.6∶2∶(0.013-0.015)∶(0.02-0.04)∶(0.015-0.02)；

2)将所述混合物放入500Kg中频电炉进行熔炼，熔炼得到的铁水经熔清去渣后转移至铁水包；

3)使用冲入法对铁水进行球化：在球化包一侧加入总质量为出炉铁液质量的1.5％的球化剂，球化剂加入铁水包底部，将球化剂覆盖1.5-2.5kg硅铁，再覆盖铁屑后逐层压实并压上6mm厚的钢板，铁液从包底另一侧加入，避免直接冲至钢板上，铁液进入球化包后，球化剂对其球化处理；

4)将所述球化后的铁水进行浇注，得到预制件，其中，铁水出炉温度为1520℃-1580℃，浇注温度为1410℃-1460℃，且自铁水出炉、球化工艺、铸件浇注完毕，整个过程用时小于或等于4分30秒；

5)对所述预制件进行热处理，得到球墨铸铁制件。

本发明所公开的一种球墨铸铁及其加工工艺，适用于重复利用钢厂中的废旧生铁和废旧球墨铸铁，为保证所得球墨铸铁的化学成分符合实际使用情况下的焦化厂熄焦车底板和隔热件等铸件的力学性能，对其加工工艺还应做出如下限定：

为保证熔清后的铁水的球化质量，球化工艺中球化剂粒度大小应为3-8mm；

为保证获得的球墨铸铁的化学成分和力学性能符合实际需求，在浇注前应对铁水进行炉前检测，其工艺为：

铁水球化处理后，取样化验，检测化学成分，浇注三角试块，观察断口呈现的白口程度，初步判断球化情况。球化处理后，在搅拌、倒包时，铁液表面窜出火苗是镁逸出燃烧的现象。火苗愈多愈长愈有力，球化愈好，判断如下：

1)观察火苗：

a)大火苗长度大于40mm，3个以上；小火苗多而有力，球化情况良好；

b)大火苗1—2个，夹有小火苗10个以上，球化情况稍好；

c)小火苗小于15mm，少而无力，球化情况一般(衰退快)；

d)看不见火苗，未球化；

2)观察铁液表面膜：

a)铁液表面平静，覆盖一层氧化皱皮，温度下降，浮皮五颜六色。铁水包内中心部位铁水表面向上凸起，四周下沉，表明铁水球化良好；

b)铁水表面部分凸起，或凸起状态不均匀，表明半球化；

c)表面翻腾严重，氧化皮极少，且集中在中央，表明未球化。

为保证浇注的预制件符合实际生产需要，避免铸件出现气孔、缩孔、裂纹、夹渣等铸造缺陷，浇注工艺为：

制作白模，白模外形修补，因白模浇注的铸铁表面易产生缺陷，因此白模表面应保留不小于5mm的加工余量。

浇筑前白模涂刷涂料，涂料经烘干后进行第二次喷涂，涂料厚度控制在2-3mm。

为保证每一浇注的预制件符合实际生产需要，注模过程中同箱浇注抗拉强度试棒，并对试棒进行化学成分及力学性能进行检测分析。

为消除球化铸铁预制件的内应力，改善金属组织以获得更好的力学性能，热处理工艺为：

1)将所述预制件升温至800-850℃，并保温2-3小时；

2)将所述预制件随炉冷却至室温，得到球墨铸铁。

表1实施例1的试棒性能分析

实施例2-6

通过上述的一种球墨铸铁的加工方法，制备得到化学成分不同质量百分比的实施例2-6，各实施例得到的球墨铸铁化学成分及其性能如下表所示：

表2实施例2-6的化学成分及对应的试棒性能分析

铸件石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，球化率80-90％，达到球化三级或三级以上；基体组织珠光体数量≥80％。

本发明的球墨铸铁具有较高的高温强度和良好的延展性。由此,能够在800℃以上的温度区域使用，且稀土元素需求量低，具有经济效益好的优点。

在上述球墨铸铁中,优选石墨的球化率为80％以上。通过使石墨的球化率为80％,能够提高高温下的抗拉强度和屈服应力。使用上述的球墨铸铁制造的熄焦车底板、隔热件的耐高温强度和耐冲击性优良,在800℃以上的温度区域也能够使用。根据本发明,通过形成上述组成,能够以低成本制造高温强度和耐冲击性优良并且具有优良的延性的球墨铸铁。

本发明提供一种球墨铸铁及其加工工艺，本发明获得的球墨铸铁具有良好的延展性，耐冲击性能好，适用于高温环境，且稀土元素需求量低，具有经济效益好的优点。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺为：

1)将生铁，废钢，废球墨铸铁，钼铁，硅铁和稀土合金混合，得到混合物；

2)将所述混合物放入500Kg中频电炉进行熔炼，熔炼得到的铁水经熔清去渣后转移至铁水包；

3)使用冲入法对铁水进行球化；

4)将所述球化后的铁水进行浇注，得到预制件；

5)对所述预制件进行热处理，得到球墨铸铁，所述球墨铸铁的化学成分按重量百分比包括：C＝3.8％，Si＝2.8％，Mn＝0.3％，P＝0.03％，S＝0.01％，Mo＝0.3％，Cu＝0.4％，Ni＝0.6％，余量为铁；

其中,所述铁水出炉温度为1520℃-1580℃，浇注温度为1410℃-1460℃，且自铁水出炉、球化工艺、铸件浇注完毕，整个过程用时小于或等于4分30秒；

热处理工艺为：

1)将所述预制件升温至800-850℃，并保温2-3小时；

2)将所述预制件随炉冷却至室温，得到球墨铸铁。

2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，球化工艺为：将干燥预热后的球化剂加入铁水包底部，球化剂覆盖1.5-2.5kg硅铁，再覆盖铁屑后将其压实并压上6mm厚的钢板，将铁水从铁水包底部的另一侧加入，对所述铁水进行球化处理。

3.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，球化工艺中使用的球化剂与铁水的质量比为1.5:100，球化剂粒度大小为5-10mm。