CN106834893B - 一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，将原料生铁、低碳钢和球墨铸铁回炉料，加入中频熔炼炉，升温进行熔化，向中频熔炼炉加入高效增碳剂、锰铁合金和硅铁合金，熔炼成铁水；首先将球化包预热，将球化剂加入球化包堤坝靠炉体的一侧，取孕育剂覆盖在球化剂表面，将金属镍和金属钛加入球化包堤坝靠炉体的另一侧，在球化剂表面用珍珠岩覆盖剂覆盖，倒入部分铁水反应，平稳后，倒入剩余的铁水，并随流加入剩余孕育剂，进行孕育，充分搅拌，扒渣后，加入铁水除渣剂，打渣，加入硅粒，做浮硅孕育后，用珍珠岩覆盖剂覆盖，进行浇注，空冷，得到产品。优点是：工艺简单合理，无需热处理，生产成本低，提高产品延伸率，产品力学性能好。

Description

一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺。
背景技术
球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，球墨铸铁的应用十分广泛，它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，逐步实现“以铁代钢”。球墨铸铁QT900-2以其较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性正在被应用于汽车配件—如汽车曲轴上。
目前，球墨铸铁QT900-2在生产过程中，先将原料经熔炼、浇注后，进行淬火、再正火，以改善铸件的力学性能，提高它的硬度、强度和耐磨性，达到QT900-2的要求。处理工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，工艺简单合理，无需热处理，生产成本低，提高产品延伸率，各项性能达到QT900-6的要求，产品力学性能好，具有较高的硬度、强度和良好的耐磨性。
本发明的技术解决方案是：
一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其具体步骤如下：
(1)、选料
选用生铁、低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料；
其中，生铁中C的质量含量为4％-4.3％、Si的质量含量为0.78％-1％、Mn的质量含量为0.23％-0.45％、P的质量含量≤0.05％、S的质量含量≤0.04％；
低碳钢中C的质量含量为0.2％-0.4％、Si的质量含量为0.25％-0.35％、Mn的质量含量为0.45％-0.6％、P的质量含量≤0.03％、S的质量含量≤0.03％；
球墨铸铁回炉料中C的质量含量为3.45％-3.9％、Si的质量含量为2.6％-2.85％、Mn的质量含量为0.3％-0.5％、P的质量含量≤0.04％、S的质量含量≤0.03％；
(2)配料
按照质量百分含量，原材料配比如下：
(3)熔炼制成铁水
将原材料生铁、低碳钢、球墨铸铁回炉料和电解铜加入中频熔炼炉，升温进行熔化，升温过程中，向中频熔炼炉的中下部加入占原材料总重量0.3％-2.5％的高效增碳剂，在50％-80％物料熔化时，加入占原材料总重量0.15％-0.3％的锰铁合金，物料完全熔化后，升温前，加入占原材料总重量0.8％-1.5％的硅铁合金，继续熔化升温形成铁水后，达到要求温度出炉；
(4)球化处理
采用堤坝式冲入法进行球化处理，首先将球化包预热，在经预热的球化包内，将Mg6Re2球化剂加入球化包堤坝靠炉体的一侧，取INOPARA-A孕育剂和2/3的SiCaBa高效孕育剂覆盖在Mg6Re2球化剂表面，将金属镍和金属钛加入球化包堤坝靠炉体与Mg6Re2球化剂加入位置对应的另一侧，在Mg6Re2球化剂表面用珍珠岩覆盖剂覆盖，倒入1/2-2/3的步骤(3)熔炼的铁水反应1min-2min，平稳后，倒入剩余的铁水，并随流加入剩余1/3的SiCaBa高效孕育剂，进行孕育，其中，金属镍的加入量占铁水总重量的0.3％-0.5％，金属钛的加入量占铁水总重量0.02％-0.05％，Mg6Re2球化剂的加入量为铁水总重量的1.1％-1.5％，INOPARA-A孕育剂的加入量占铁水总重量的0.008％-0.015％，SiCaBa高效孕育剂的加入量占铁水总重量的0.8％-1％，充分搅拌，扒渣后，加入占铁水总重量0.1％-0.3％的铁水除渣剂，打渣，加入铁水总重量0.1％-0.2％的硅粒，硅粒的粒度为3mm-8mm，做浮硅孕育后，用珍珠岩覆盖剂覆盖，进行浇注；
(5)打箱出货
浇注成型后，在表面温度达到400℃-500℃，出货，进行自然空冷，得到QT900-6铸态高强度高韧性球墨铸铁。
进一步的，锰铁合金中Mn的质量含量为64.5％-65.5％，Si的质量含量为1.2％-1.54％，C的质量含量为6％-6.8％，P的质量含量≤0.18％，S的质量含量≤0.03，余量为Fe。
进一步的，硅铁合金中Si的质量含量为71.5％-72.5％，Al的质量含量为1.2％-1.45％，Ca的质量含量为0.5％-0.65％，C的质量含量为0.03％-0.035％，P的质量含量≤0.008％，S的质量含量≤0.003％，余量为Fe。
进一步的，Mg6Re2球化剂中Mg的质量含量为6％-7％，Ca的质量含量为1.5％-2％，Re的质量含量为1.5％-2.5％，Si的质量含量为40％-50％，余量为Fe。
进一步的，INOPARA-A孕育剂中Sb的质量含量为38％-40％，Si的质量含量为38％-42％，Ca的质量含量为1.5％-2.1％。
进一步的，SiCaBa高效孕育剂中Si的质量含量≥72％，Ba的质量含量为0.8％-2.0％，Ca的质量含量为1.5％-2％，Al的质量含量为1.5％-2％。
进一步的，步骤(3)的出炉温度控制在1480℃-1510℃。
进一步的，所述生铁的牌号为Q10，电解铜的纯度为99％-99.99％，高效增碳剂中含碳的质量含量为95％-98％。
本发明的有益效果：
(1)、原材料配方科学合理，并且配适当的强化工艺，保证球墨铸铁石墨晶体球径细小，晶体组织致密，精致细化，残渣物少，晶粒间的间隙小，球化率85％-90％，研制出铸态高强度高韧性QT900-6材料。
(2)、工艺简单，生产成本低。在中频炉熔炼是通过优选生铁，使用特殊的复合预处理变质剂，优化生铁与废钢的配比，通过加入合金、高效孕育剂提高球化率的作用，细化晶体组织，提高抗拉强度和断后伸长率；通过球化处理，提高产品的力学性能，特别是加入INOPARA-A孕育剂含Sb(锑)孕育剂和SiCaBa高效孕育剂，可以严格控制高球化率，球径细小，保证产品的力学性能。
附图说明
图1-图3是本发明实施例1和实施例2的检测评估报告；
图4是本发明实施例3的QT900-6铸态高强度高韧性球墨铸铁的金相图。
具体实施方式
实施例1
(1)、选料
选用生铁、低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料；
其中，生铁中C的质量含量为4％、Si的质量含量为1％、Mn的质量含量为0.23％、P的质量含量≤0.05％、S的质量含量≤0.04％；
低碳钢中C的质量含量为0.2％、Si的质量含量为0.35％、Mn的质量含量为0.45％、P的质量含量≤0.03％、S的质量含量≤0.03％；
球墨铸铁回炉料中C的质量含量为3.45％、Si的质量含量为2.85％、Mn的质量含量为0.3％、P的质量含量≤0.04％、S的质量含量≤0.03％；
(2)配料
原材料配比：生铁500kg，低碳钢374.5kg，球墨铸铁回炉料100kg，99％电解铜8kg；其中锰铁合金中Mn的质量含量为64.5％，Si的质量含量为1.54％，C的质量含量为6％，P的质量含量≤0.18％，S的质量含量≤0.03，余量为Fe；硅铁合金中Si的质量含量为71.5％，Al的质量含量为1.45％，Ca的质量含量为0.5％，C的质量含量为0.035％，P的质量含量≤0.008％，S的质量含量≤0.003％，余量为Fe；
(3)熔炼制成铁水
将生铁、低碳钢、球墨铸铁和电解铜物料加入中频熔炼炉，升温进行熔化，升温过程中，向中频熔炼炉的中下部加入碳含量95％高效增碳剂17kg，该高效增碳剂的吸收率可以达到85％，在50％物料熔化时，加入锰铁合金3kg，物料完全熔化后，加入硅铁合金8kg，继续熔化形成铁水后，升温至1480℃，出炉；
(4)球化处理
采用堤坝式冲入法进行球化处理，首先将球化包预热，在经预热的球化包内，将Mg6Re2球化剂11kg加入球化包堤坝靠炉体的一侧，取INOPARA-A孕育剂0.15kg和SiCaBa高效孕育剂5.4g覆盖在Mg6Re2球化剂表面，将金属镍3kg和金属钛0.5kg加入球化包堤坝靠炉体的另一侧(球化剂对面)，在球化剂表面用珍珠岩覆盖剂覆盖，倒入骤(3)熔炼的660kg铁水，反应1min，反应平稳后，倒入剩余的铁水，并随流加入SiCaBa高效孕育剂2.7kg，进行孕育，充分搅拌，扒渣后，加入3kg铁水除渣剂，打渣，加入粒度为3mm-8mm的硅粒1kg，做浮硅孕育后，用珍珠岩覆盖剂覆盖，进行浇注；
球化剂指标：Mg6Re2球化剂中Mg的质量含量为6％，Ca的质量含量为2％，Re的质量含量为1.5％，Si的质量含量为50％，余量为Fe；
孕育剂指标：INOPARA-A孕育剂中Sb的质量含量为38％，Si的质量含量为42％，Ca的质量含量为1.5％；SiCaBa高效孕育剂中Si的质量含量≥72％，Ba的质量含量为0.8％，Ca的质量含量为2％，Al的质量含量为1.5％；
(5)打箱出货
浇注成型后，在表面温度达到表面温度400℃，出货，进行自然空冷，得到QT900-6铸态高强度高韧性球墨铸铁。球化率85％。
实施例2
(1)、选料
选用生铁、低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料；
其中，生铁中C的质量含量为4.3％、Si的质量含量为0.78％、Mn的质量含量为0.45％、P的质量含量≤0.05％、S的质量含量≤0.04％；
低碳钢中C的质量含量为0.4％、Si的质量含量为0.25％、Mn的质量含量为0.6％、P的质量含量≤0.03％、S的质量含量≤0.03％；
球墨铸铁回炉料中C的质量含量为3.9％、Si的质量含量为2.6％、Mn的质量含量为0.5％、P的质量含量≤0.04％、S的质量含量≤0.03％；
(2)配料
原材料配比：生铁562.5kg，低碳钢200kg，球墨铸铁回炉料195kg，99.99％电解铜3kg；其中，锰铁合金中Mn的质量含量为65.5％，Si的质量含量为1.2％，C的质量含量为6.8％，P的质量含量≤0.18％，S的质量含量≤0.03，余量为Fe；硅铁合金中Si的质量含量为72.5％，Al的质量含量为1.2％，Ca的质量含量为0.65％，C的质量含量为0.03％，P的质量含量≤0.008％，S的质量含量≤0.003％，余量为Fe；
(3)熔炼制成铁水
将生铁、低碳钢、球墨铸铁和电解铜物料加入中频熔炼炉，升温进行熔化，升温过程中，向中频熔炼炉的中下部加入碳含量98％高效增碳剂10kg，该增碳剂吸收率为80％，在80％物料熔化时，加入锰铁合金1.5kg，物料完全熔化后，加入硅铁合金14kg，继续熔化形成铁水后，1510℃，出炉；
(4)球化处理
采用堤坝式冲入法进行球化处理，首先将球化包预热，在经预热的球化包内，将加Mg6Re2球化剂15kg加入球化包堤坝靠炉体的一侧，取INOPARA-A孕育剂0.08kg和2/3的SiCaBa高效孕育剂6.6kg覆盖在Mg6Re2球化剂表面，将5kg金属镍和0.2kg金属钛球化包堤坝靠炉体的另一侧(球化剂加入位置的对面)，在球化剂表面用珍珠岩覆盖剂覆盖，倒入骤(3)熔炼的600kg铁水，反应2min，反应平稳后，倒入剩余的铁水，并随流加入剩余的SiCaBa高效孕育剂3.3kg，进行孕育，充分搅拌，扒渣后，加入铁水除渣剂1kg，对覆盖在表面废渣进行打渣，加入粒度为3mm-8mm的硅粒2kg，做浮硅孕育后，用珍珠岩覆盖剂覆盖，进行浇注；
球化剂指标：Mg6Re2球化剂中Mg的质量含量为7％，Ca的质量含量为1.5％，Re的质量含量为2.5％，Si的质量含量为40％，余量为Fe；
孕育剂指标：INOPARA-A孕育剂中Sb的质量含量为40％，Si的质量含量为38％，Ca的质量含量为2.1％；SiCaBa高效孕育剂中Si的质量含量≥72％，Ba的质量含量为2.0％，Ca的质量含量为1.5％，Al的质量含量为2％；
(5)打箱出货
浇注成型后，在表面温度达到表面温度500℃，出货，进行自然空冷，得到QT900-6铸态高强度高韧性球墨铸铁。球化率90％
实施例3
(1)、选料
选用本钢生产的Q10生铁、低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料；
其中，生铁中C的质量含量为4.2％、Si的质量含量为0.85％、Mn的质量含量为0.3％、P的质量含量≤0.05％、S的质量含量≤0.04％；
低碳钢中C的质量含量为0.3％、Si的质量含量为0.3％、Mn的质量含量为0.5％、P的质量含量≤0.03％、S的质量含量≤0.03％；
球墨铸铁回炉料中C的质量含量为3.5％、Si的质量含量为2.7％、Mn的质量含量为0.4％、P的质量含量≤0.04％、S的质量含量≤0.03％；
(2)配料
原材料配比：生铁662kg，低碳钢210kg，球墨铸铁回炉料105kg，99.9％电解铜4kg；
锰铁合金中Mn的质量含量为65％，Si的质量含量为1.4％，C的质量含量为6.5％，P的质量含量≤0.18％，S的质量含量≤0.03，余量为Fe；
硅铁合金中Si的质量含量为72％，Al的质量含量为1.3％，Ca的质量含量为0.6％，C的质量含量为0.032％，P的质量含量≤0.008％，S的质量含量≤0.003％，余量为Fe；
(3)熔炼制成铁水
将生铁、低碳钢、球墨铸铁和电解铜物料加入中频熔炼炉，升温进行熔化，升温过程中，向中频熔炼炉的中下部加入碳含量96.5％高效增碳剂9.2kg，高效增碳剂的吸收率为83％，在60％物料熔化时，加入锰铁合金1.8kg，物料完全熔化后，加入硅铁合金9.2kg，继续熔化形成铁水后，加热到1500℃，出炉；
(4)球化处理
采用堤坝式冲入法进行球化处理，首先将球化包预热，在经预热的球化包内，将Mg6Re2球化剂12kg加入球化包堤坝靠炉体的一侧，取INOPARA-A孕育剂0.1kg和SiCaBa高效孕育剂6kg覆盖在球化剂表面，将4kg金属镍和0.3kg金属钛加入球化包堤坝靠炉体的另一侧(球化剂对面)，在球化剂表面用珍珠岩覆盖剂覆盖，倒入骤(3)熔炼的500kg铁水，反应1.5min，反应平稳后，倒入剩余的铁水，并随流加入SiCaBa高效孕育剂3kg，进行孕育，充分搅拌，扒渣后，加入铁水除渣剂2kg，打渣，加入粒度为3mm-8mm的单一硅粒1.5kg均匀撒在铁水表面，进行浮硅孕育后，用珍珠岩覆盖剂覆盖，进行浇注；
球化剂指标：Mg6Re2球化剂中Mg的质量含量为6.5％，Ca的质量含量为1.8％，Re的质量含量为2％，Si的质量含量为45％，余量为Fe；
孕育剂指标：INOPARA-A孕育剂中Sb的质量含量为39％，Si的质量含量为40％，Ca的质量含量为2％；
SiCaBa高效孕育剂中Si的质量含量≥72％，Ba的质量含量为1.2％，Ca的质量含量为1.8％，Al的质量含量为1.8％；
(5)打箱出货
浇注成型后，在表面温度达到表面温度450℃，出货，进行自然空冷，得到QT900-6铸态高强度高韧性球墨铸铁。球化率88％。
本发明实施例1-实施例3的球墨铸铁各元素指标表
C％ Si％ Mn％ Cu％ Sb％ Ti％ P％ S％ Mg％(残) Re％(残) Ni％
实施例1 3.54 2.66 0.35 0.68 0.007 0.03 0.03 0.021 0.046 0.027 0.32
实施例2 3.62 2.71 0.32 0.65 0.009 0.03 0.03 0.021 0.043 0.03 0.31
实施例3 3.59 2.68 0.33 0.66 0.009 0.028 0.025 0.020 0.041 0.027 0.32
表2本发明实施例1-实施例3力学检验结果
抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 935 643 6
实施例2 933 636 7
实施例3 934 638 6.6
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：
具体步骤如下：
(1)、选料
选用生铁、低碳钢和球墨铸铁回炉料为冶炼原料；
其中，生铁中C的质量含量为4％-4.3％、Si的质量含量为0.78％-1％、Mn的质量含量为0.23％-0.45％、P的质量含量≤0.05％、S的质量含量≤0.04％；
低碳钢中C的质量含量为0.2％-0.4％、Si的质量含量为0.25％-0.35％、Mn的质量含量为0.45％-0.6％、P的质量含量≤0.03％、S的质量含量≤0.03％；
球墨铸铁回炉料中C的质量含量为3.45％-3.9％、Si的质量含量为2.6％-2.85％、Mn的质量含量为0.3％-0.5％、P的质量含量≤0.04％、S的质量含量≤0.03％；
(2)配料
按照质量百分含量，原材料配比如下：
(3)熔炼制成铁水
将原材料生铁、低碳钢、球墨铸铁回炉料和电解铜加入中频熔炼炉，升温进行熔化，升温过程中，向中频熔炼炉的中下部加入占原材料总重量0.3％-2.5％的高效增碳剂，在50％-80％物料熔化时，加入占原材料总重量0.15％-0.3％的锰铁合金，物料完全熔化后，升温前，加入占原材料总重量0.8％-1.5％的硅铁合金，继续熔化升温形成铁水后，达到要求温度出炉；
(4)球化处理
采用堤坝式冲入法进行球化处理，首先将球化包预热，在经预热的球化包内，将Mg6Re2球化剂加入球化包堤坝靠炉体的一侧，取INOPARA-A孕育剂和2/3的SiCaBa高效孕育剂覆盖在Mg6Re2球化剂表面，将金属镍和金属钛加入球化包堤坝靠炉体与Mg6Re2球化剂加入位置对应的另一侧，在Mg6Re2球化剂表面用珍珠岩覆盖剂覆盖，倒入1/2-2/3的步骤(3)熔炼的铁水反应1min-2min，平稳后，倒入剩余的铁水，并随流加入剩余1/3的SiCaBa高效孕育剂，进行孕育，其中，金属镍的加入量占铁水总重量的0.3％-0.5％，金属钛的加入量占铁水总重量0.02％-0.05％，Mg6Re2球化剂的加入量为铁水总重量的1.1％-1.5％，INOPARA-A孕育剂的加入量占铁水总重量的0.008％-0.015％，SiCaBa高效孕育剂的加入量占铁水总重量的0.8％-1％，充分搅拌，扒渣后，加入占铁水总重量0.1％-0.3％的铁水除渣剂，打渣，加入铁水总重量0.1％-0.2％的硅粒，硅粒的粒度为3mm-8mm，做浮硅孕育后，用珍珠岩覆盖剂覆盖，进行浇注；
(5)打箱出货
浇注成型后，在表面温度达到400℃-500℃，出货，进行自然空冷，得到QT900-6铸态高强度高韧性球墨铸铁。
2.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：锰铁合金中Mn的质量含量为64.5％-65.5％，Si的质量含量为1.2％-1.54％，C的质量含量为6％-6.8％，P的质量含量≤0.18％，S的质量含量≤0.03，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：硅铁合金中Si的质量含量为71.5％-72.5％，Al的质量含量为1.2％-1.45％，Ca的质量含量为0.5％-0.65％，C的质量含量为0.03％-0.035％，P的质量含量≤0.008％，S的质量含量≤0.003％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：Mg6Re2球化剂中Mg的质量含量为6％-7％，Ca的质量含量为1.5％-2％，Re的质量含量为1.5％-2.5％，Si的质量含量为40％-50％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：INOPARA-A孕育剂中Sb的质量含量为38％-40％，Si的质量含量为38％-42％，Ca的质量含量为1.5％-2.1％。
6.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：SiCaBa高效孕育剂中Si的质量含量≥72％，Ba的质量含量为0.8％-2.0％，Ca的质量含量为1.5％-2％，Al的质量含量为1.5％-2％。
7.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：步骤(3)的出炉温度控制在1480℃-1510℃。
8.根据权利要求1所述的铸态高强度高韧性球墨铸铁的生产工艺，其特征是：所述生铁的牌号为Q10，电解铜的纯度为99％-99.99％，高效增碳剂中含碳的质量含量为95％-98％。
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