CN107354369A - 一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法。本发明涉及在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法。本发明目的是为了解决现有铸钢材料的制造成本较高以及球墨铸铁材料使用温度较低的问题。产品：按质量分数由3％～4％的C、2.5％～3.5％的Si、0.1％～0.3％的Mn、0.02％～0.04％的P、0.003％～0.005％的S、0.06％～0.08％的Mg、0.02％～0.04％的Cr、0.4％～0.6％的Mo和余量的Fe组成。方法：一、称取炉料；二、铁水的熔炼；三、球化与孕育处理；四、二次孕育处理；五、浇注；六、热处理。本申请球墨铸铁使用温度超过500℃，可应用于球墨铸铁制备领域。

Description

一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
汽轮机主要部件包括汽轮机的转子、动叶、气缸、阀门以及螺栓等，随主蒸汽温度升高，这些部件对材料高温性能要求越来越高。以汽缸为例，由于其直接与蒸汽接触，需要较高的温度，同时还有一定的工作应力，因此，要求汽缸材料具有较好的高温性能。目前，广泛使用的是铸钢材料，比如ZG15Cr2Mo1等，然而铸钢材料制造的汽缸成本较高，且制造工艺难度较大、制造周期较长。
球墨铸铁问世至今40多年来，发展速度之快令人惊讶，即使在经济不景气的情况下，球铁仍然有所发展，球墨铸铁由于其高强度、高韧性和低价格在材料市场上占有重要地位，尽管近年来钢铁铸造总产量有所下降，可球铁产量并未下降。
近二十年来铸钢有利较大的发展，国内外汽轮机汽缸主要采用铸钢材料制造，但是铸钢材料的制造成本普遍较高，且制造工艺复杂，制造周期长。而普通球墨铸铁材料虽然具有较好的各项性能，且成本很低，但是其使用温度较低，无法满足汽轮机汽缸的使用要求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有铸钢材料的制造成本较高以及球墨铸铁材料使用温度较低的问题，而提供一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁及其制备方法。
本发明的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁按质量分数由3％～4％的C、2.5％～3.5％的Si、0.1％～0.3％的Mn、0.02％～0.04％的P、0.003％～0.005％的S、0.06％～0.08％的Mg、0.02％～0.04％的Cr、0.4％～0.6％的Mo和余量的Fe组成。
本发明的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法按以下步骤进行：
一、称取炉料：按质量份数称取55～65份Q10生铁、15～25份回炉料、13～23份废钢、3～3.5份硅铁、0.2～0.3份锰铁、0.8～0.9份钼铁，1.3～1.6份球化剂、0.5～0.7份孕育剂和0.7～0.9份脱硫剂，备用；
二、铁水的熔炼：先向炉底加入13～23份废钢的1/4，然后加入55～65份Q10生铁，开始熔炼，待Q10生铁融化后，再依次加入剩余3/4废钢、15～25份回炉料、3～3.5份硅铁、0.2～0.3份锰铁和0.8～0.9份钼铁，熔炼过程中伴以搅拌，搅拌速度以使炉料不产生搭桥或结壳现象为准，当炉内铁水温度为1300℃时，向熔炼炉中加入稻草灰或覆盖剂，当炉内铁水温度为1400℃时，取样分析铁水的化学成分，若不满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，调整炉料配比至使铁水化学成分的配比满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；若满足即完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；
三、球化与孕育处理：采用包底冲入法进行球化和孕育，先将处理包预热至600～800℃，然后将步骤一称取的1.3～1.6份球化剂放在处理包的包底凹坑处，捣实后上面覆盖步骤一称取的0.5～0.7份孕育剂中的0.4～0.6份，再在上面盖一块5mm厚的薄铁板，然后在包底一侧加入0.7～0.9份脱硫剂，冲入步骤二得到的铁水的2/3，球化孕育2min～3min后，冲入剩余1/3步骤二得到的铁水，继续球化孕育2min～3min，然后搅拌、扒渣，得到球化后铁液；
四、二次孕育处理：采用倒包孕育，在浇注前从处理包倒入浇注包时加入剩余部分步骤一称取的孕育剂，得到二次孕育后铁液；
五、浇注：在浇注包内进行测温，当铁水在温度为1380～1390℃时进行浇注；
六、热处理：在温度为710±10℃的条件下保温3h～5h，炉冷，得到在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁。
本发明的有益效果：
本申请通过添加少量合金元素Mo，显著提高现有球墨铸铁材料的高温性能，使其使用温度超过500℃，代替铸钢材料用于汽轮机汽缸，降低汽轮机制造成本。
所得500℃高温下使用的含钼球墨铸铁优点如下：
①室温性能：Rp0.2≥250MPa，Rm≥400MPa，A≥10％；
②高温拉伸性能：350℃下Rm≥325MPa，400℃下Rm≥300MPa；450℃下Rm≥275MPa；500℃下Rm≥240MPa。
③持久强度：450℃下保持10万小时，持久强度≥100MPa。
④组织：基体为铁素体组织，珠光体含量≤10％。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁材料按质量分数由3％～4％的C、2.5％～3.5％的Si、0.1％～0.3％的Mn、0.02％～0.04％的P、0.003％～0.005％的S、0.06％～0.08％的Mg、0.02％～0.04％的Cr、0.4％～0.6％的Mo和余量的Fe组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁材料按质量分数由3.27％～3.36％的C、3.10％～3.15％的Si、0.14％～0.20％的Mn、0.025％～0.031％的P、0.003％～0.004％的S、0.065％～0.074％的Mg、0.028％～0.029％的Cr、0.51％～0.52％的Mo和余量的Fe组成。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法按以下步骤进行：
一、称取炉料：按质量份数称取55～65份Q10生铁、15～25份回炉料、13～23份废钢、3～3.5份硅铁、0.2～0.3份锰铁、0.8～0.9份钼铁，1.3～1.6份球化剂、0.5～0.7份孕育剂和0.7～0.9份脱硫剂，备用；
二、铁水的熔炼：先向炉底加入13～23份废钢的1/4，然后加入55～65份Q10生铁，开始熔炼，待Q10生铁融化后，再依次加入剩余3/4废钢、15～25份回炉料、3～3.5份硅铁、0.2～0.3份锰铁和0.8～0.9份钼铁，熔炼过程中伴以搅拌，搅拌速度以使炉料不产生搭桥或结壳现象为准，当炉内铁水温度为1300℃时，向熔炼炉中加入稻草灰或覆盖剂，当炉内铁水温度为1400℃时，取样分析铁水的化学成分，若不满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，调整炉料配比至使铁水化学成分的配比满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；若满足即完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；
三、球化与孕育处理：采用包底冲入法进行球化和孕育，先将处理包预热至600～800℃，然后将步骤一称取的1.3～1.6份球化剂放在处理包的包底凹坑处，捣实后上面覆盖步骤一称取的0.5～0.7份孕育剂中的0.4～0.6份，再在上面盖一块5mm厚的薄铁板，然后在包底一侧加入0.7～0.9份脱硫剂，冲入步骤二得到的铁水的2/3，球化孕育2min～3min后，冲入剩余1/3步骤二得到的铁水，继续球化孕育2min～3min，然后搅拌、扒渣，得到球化后铁液；
四、二次孕育处理：采用倒包孕育，在浇注前从处理包倒入浇注包时加入剩余部分步骤一称取的孕育剂，得到二次孕育后铁液；
五、浇注：在浇注包内进行测温，当铁水在温度为1380～1390℃时进行浇注；
六、热处理：在温度为710±10℃的条件下保温3h～5h，炉冷，得到在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中按质量份数称取60份Q10生铁、20份回炉料、18份废钢、3.2份硅铁、0.25份锰铁、0.85份钼铁。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤一中所述球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤一中所述孕育剂为硅铁粉，其化学成分及质量百分含量为Si：74％～79％、Ca：0.5％～1.0％、Al：0.5％～1.6％。其它与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤一中所述Q10生铁满足其中Mn≤0.20％，S≤0.020％，Ti≤0.050％。其它与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤一中所述回炉料为球墨铸铁回炉料。其它与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤一中所述硅铁为FeSi75Al0.5-A，步骤一中所述锰铁为FeMn70C7.0，步骤一中所述钼铁为FeMo60-B。其它与具体实施方式三至八之一相同。
具体实施方式十：实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤二中所述稻草灰或覆盖剂的加入量以将铁水完全覆盖为准。其它与具体实施方式三至九之一相同。
用以下试验验证本发明有益效果
试验一、本试验的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法按以下步骤进行：
一、称取炉料：按质量份数称取60份Q10生铁、20份回炉料、18份废钢、3.2份硅铁、0.25份锰铁、0.85份钼铁，1.5份球化剂、0.6份孕育剂和0.8份脱硫剂，备用；
二、铁水的熔炼：先向炉底加入18份废钢的1/4，然后加入60份Q10生铁，开始熔炼，待Q10生铁融化后，再依次加入剩余3/4废钢、20份回炉料、3.2份硅铁、0.25份锰铁和0.85份钼铁，熔炼过程中伴以搅拌，搅拌速度以使炉料不产生搭桥或结壳现象为准，当炉内铁水温度为1300℃时，向熔炼炉中加入稻草灰或覆盖剂，当炉内铁水温度为1400℃时，取样分析铁水的化学成分，满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；
三、球化与孕育处理：采用包底冲入法进行球化和孕育，先将处理包预热至700℃，然后将步骤一称取的1.5份球化剂放在处理包的包底凹坑处，捣实后上面覆盖步骤一称取的0.6份孕育剂中的0.5份，再在上面盖一块5mm厚的薄铁板，然后在包底一侧加入0.8份脱硫剂，冲入步骤二得到的铁水的2/3，球化孕育2.5min后，冲入剩余1/3步骤二得到的铁水，继续球化孕育2.5，然后搅拌、扒渣，得到球化后铁液；
四、二次孕育处理：采用倒包孕育，在浇注前从处理包倒入浇注包时加入剩余部分步骤一称取的孕育剂，得到二次孕育后铁液；
五、浇注：在浇注包内进行测温，当铁水在温度为1380～1390℃时进行浇注；
六、热处理：在温度为710±10℃的条件下保温4h，炉冷，得到在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁。
本试验所得在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁中各元素及质量百分含量为：3.31％的C、3.13％的Si、0.17％的Mn、0.028％的P、0.0035％的S、0.07％的Mg、0.0285％的Cr、0.515％的Mo和余量的Fe组成。
试验一所得在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁性能检测：
(一)室温拉伸性能：
采用INSTON5582电子万能试验机，根据GB/T228.1-2010对试验一所得在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的室温拉伸性能进行检测。
实测值：Rm：465MPa，Rp0.2：338MPa，A：11％。
(二)高温拉伸性能：
采用INSTRON 5982电子万能试验机，根据GB/T228.2-2010对试验一所得在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的高温拉伸性能进行检测。
实测值：350℃下Rm：350MPa，400℃下Rm：325MPa；450℃下Rm：290MPa；500℃下Rm：250MPa。
(三)持久强度：
采用RDL50型电子蠕变试验机，根据GB/T2039-2012对试验一所得在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的持久强度进行检测。
采用L-M参数外推法计算，PLM＝T*(C+log(t))*10-3，其中C＝25，T为温度(单位：K)，t为时间(单位：h)。
实测值：450℃下保持10万小时，持久强度≥100MPa。
(四)组织：
采用GX51立式金相显微镜，根据ISO945-2010《铸铁微观组织》对试验一所得在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的组织进行检测。
实测：铁素体组织，铁素体含量95％。

Claims (10)

1.一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁，其特征在于一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁按质量分数由3％～4％的C、2.5％～3.5％的Si、0.1％～0.3％的Mn、0.02％～0.04％的P、0.003％～0.005％的S、0.06％～0.08％的Mg、0.02％～0.04％的Cr、0.4％～0.6％的Mo和余量的Fe组成。
2.根据权利要求1所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁，其特征在于所述一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁按质量分数由3.27％～3.36％的C、3.10％～3.15％的Si、0.14％～0.20％的Mn、0.025％～0.031％的P、0.003％～0.004％的S、0.065％～0.074％的Mg、0.028％～0.029％的Cr、0.51％～0.52％的Mo和余量的Fe组成。
3.制备如权利要求1所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
一、称取炉料：按质量份数称取55～65份Q10生铁、15～25份回炉料、13～23份废钢、3～3.5份硅铁、0.2～0.3份锰铁、0.8～0.9份钼铁，1.3～1.6份球化剂、0.5～0.7份孕育剂和0.7～0.9份脱硫剂，备用；
二、铁水的熔炼：先向炉底加入13～23份废钢的1/4，然后加入55～65份Q10生铁，开始熔炼，待Q10生铁融化后，再依次加入剩余3/4废钢、15～25份回炉料、3～3.5份硅铁、0.2～0.3份锰铁和0.8～0.9份钼铁，熔炼过程中伴以搅拌，搅拌速度以使炉料不产生搭桥或结壳现象为准，当炉内铁水温度为1300℃时，向熔炼炉中加入稻草灰或覆盖剂，当炉内铁水温度为1400℃时，取样分析铁水的化学成分，若不满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，调整炉料配比至使铁水化学成分的配比满足一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的化学成分配比，完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；若满足即完成铁水的熔炼，铁水出炉温度为1400～1420℃；
三、球化与孕育处理：采用包底冲入法进行球化和孕育，先将处理包预热至600～800℃，然后将步骤一称取的1.3～1.6份球化剂放在处理包的包底凹坑处，捣实后上面覆盖步骤一称取的0.5～0.7份孕育剂中的0.4～0.6份，再在上面盖一块5mm厚的薄铁板，然后在包底一侧加入0.7～0.9份脱硫剂，冲入步骤二得到的铁水的2/3，球化孕育2min～3min后，冲入剩余1/3步骤二得到的铁水，继续球化孕育2min～3min，然后搅拌、扒渣，得到球化后铁液；
四、二次孕育处理：采用倒包孕育，在浇注前从处理包倒入浇注包时加入剩余部分步骤一称取的孕育剂，得到二次孕育后铁液；
五、浇注：在浇注包内进行测温，当铁水在温度为1380～1390℃时进行浇注；
六、热处理：在温度为710±10℃的条件下保温3h～5h，炉冷，得到在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁。
4.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤一中按质量份数称取60份Q10生铁、20份回炉料、18份废钢、3.2份硅铁、0.25份锰铁、0.85份钼铁。
5.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤一中所述球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂。
6.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤一中所述孕育剂为硅铁粉，其化学成分及质量百分含量为Si：74％～79％、Ca：0.5％～1.0％、Al：0.5％～1.6％。
7.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤一中所述Q10生铁满足其中Mn≤0.20％，S≤0.020％，Ti≤0.050％。
8.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤一中所述回炉料为球墨铸铁回炉料。
9.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤一中所述硅铁为FeSi75Al0.5-A，步骤一中所述锰铁为FeMn70C7.0，步骤一中所述钼铁为FeMo60-B。
10.根据权利要求3所述的一种在500℃高温下使用的含钼球墨铸铁的制备方法，其特征在于步骤二中所述稻草灰或覆盖剂的加入量以将铁水完全覆盖为准。
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