CN107779574B - 一种球墨铸铁退火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁退火工艺，包括以下步骤：A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25‑55℃/h速率升温至380‑420℃，保温1.5‑2.5h；B）再以25‑55℃/h速率升温至630‑680℃，保温2‑3h；C）再以55‑65℃/h速率升温至960‑990℃，保温5.5‑8.5h；D）再以25‑35℃/h速率降温至500‑520℃，保温3.5‑4.5h；E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。本发明的退火工艺，是针对球墨铸铁制件壁厚大于300mm开发的，球墨铸铁制件中，Cr含量0.20‑0.35%、V含量0.010‑0.015%、碳化物含量3‑15%。适用本发明退火工艺的球墨铸铁制件可以是圆柱状实心制件，也可以是方形实心制件；本发明的退火工艺具有优秀的消除碳化物的效果，当退火完成后，制件的表面和心部的碳化物均小于0.5%。

Description

一种球墨铸铁退火工艺
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种球墨铸铁退火工艺。
背景技术
随着球墨铸铁技术的不断发展，球墨铸铁逐步代替铸钢，成为一种新型的金属材料，已被广泛应用于工程机械、注塑机基础零部件、压铸机基础零部件和风力发电基础或关键零部件等。
在球墨铸铁件制造过程中，特别在壁厚大于300mm超大断面球墨铸铁件时，由于原材料（如普通生铁、废钢等）含有强烈形成碳化物的元素，如铬（Cr）、钒（V），在铁液凝固过程中容易形成碳化物。当碳化物超过3%时，严重影响球墨铸铁件的力学性能，主要表现硬度高、韧性差，极易导致铸件断裂失效，造成巨大经济损失和安全问题。生产实践表明：在壁厚大于300mm超大断面球墨铸铁件，①当Cr：0.20-0.35%时，会形成碳化物（Cr，Fe）7C3的数量可达到5%-15%；②当V：0.010-0.015%时，会形成碳化物VC的数量可达到3%-10%；③当Cr：0.20-0.35%、V：0.010-0.015%时，会形成各自碳化物，总量达到5-15%。当出现上述碳化物时，一般采用的措施为：要么报废、要么进行热处理，热处理是有效的挽救措施；而目前没有详细用于消除碳化物数量大于或等于3%的热处理工艺，在文献张伯明主编的第3版《铸造手册 铸铁》中也是简单描述而已，如第378页表5-95 球墨铸铁退火的工艺规范所述的高温石墨化退火以及图5-168、图5-169所示，将温度升至900-950℃，并保温2-5h。通过实践证明，在超大断面球铁件采用文献所述的退火工艺，是无法消除数量高的碳化物。
发明内容
本发明的目的在于，为了克服以上技术缺陷，提供一种球墨铸铁退火工艺，能够消除壁厚大于300mm超大断面制件的碳化物。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种球墨铸铁退火工艺，包括以下步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-55℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B）再以25-55℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至960-990℃，保温5.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚大于300mm；优选300-800mm。
所述的球墨铸铁制件中，Cr含量0.20-0.35%、V含量0.010-0.015%、碳化物含量3-15%。
优选的，所述的退火工艺为：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-35℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B）再以25-35℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至970-990℃，保温7.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚300-400mm、Cr含量0.20-0.275%、V含量0.010-0.0125%、碳化物含量3-10%，退火工艺步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以45-55℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B）再以45-55℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至960-990℃，保温5.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚300-400mm、Cr含量0.275-0.35%、V含量0.0125-0.015%、碳化物含量10-15%，退火工艺步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以45-55℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B）再以45-55℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至980-990℃，保温7.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚400-500mm、Cr含量0.20-0.275%、V含量0.010-0.0125%、碳化物含量3-10%，退火工艺步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以35-45℃/h速率升温至380-420℃，保温1.8-2.5h；
B）再以35-45℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至960-990℃，保温5.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚400-500mm、Cr含量0.275-0.35%、V含量0.0125-0.015%、碳化物含量10-15%，退火工艺步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以35-45℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B）再以35-45℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至980-990℃，保温7.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚500-800mm、Cr含量0.20-0.275%、V含量0.010-0.0125%、碳化物含量3-10%，退火工艺步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-35℃/h速率升温至380-420℃，保温1.8-2.5h；
B）再以25-35℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至960-980℃，保温5.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
所述的球墨铸铁制件壁厚500-800mm、Cr含量0.275-0.35%、V含量0.0125-0.015%、碳化物含量10-15%，退火工艺步骤：
A）球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-35℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B）再以25-35℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C）再以55-65℃/h速率升温至980-990℃，保温7.5-8.5h；
D）再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E）最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
本发明使用的设备为高温电阻炉，功率1200kW。
本发明具有如下有益效果：
本发明的退火工艺，针对球墨铸铁制件壁厚大于300mm时进行的优化，可以是圆柱状实心制件，也可以是方形实心制件；具有优秀的消除碳化物的效果，当退火完成后，制件的表面和心部的碳化物小于0.5%，满足制件的要求；本发明的退火工艺，加工过程的制件断裂率极低，是因为在升温过程中，分别在380-420℃保温1.5-2.5h和630-680℃保温2-3h，使球墨铸铁制件内外受热均匀，达到制件心部和表面温度一致，且在降温过程中，在500-520℃下保温3.5-4.5h，消除了制件在960-990℃时产生的热处理应力。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
实施例1：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以50℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以50℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至960℃，保温6小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
实施例2：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.275-0.35%、V:0.0125-0.015%，碳化物数量：10-15%：
从室温以50℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以50℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至970℃，保温8小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
实施例3：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.275-0.35%、V:0.0125-0.015%，碳化物数量：10-15%：
从室温以30℃/h升温至 420℃，保温2小时，继续以30℃/h升温至650℃，保温 2.5小时，继续以60℃/h升温至990℃，保温 8.5小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
实施例4：
球墨铸铁制件主要壁厚：400-500mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以40℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以40℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至970℃，保温6小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
实施例5：
球墨铸铁制件主要壁厚：400-500mm，Cr：0.275-0.35%、V:0.0125-0.015%，碳化物数量：10-15%：
从室温以40℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以40℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至990℃，保温8小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
实施例6：
球墨铸铁制件主要壁厚：500mm-800mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以30℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以30℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至960℃，保温6小时；然后30℃/h随炉冷却至520℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
实施例7：
球墨铸铁制件主要壁厚：500mm-800mm，Cr：0.275-0.35%、V:0.0125-0.015%，碳化物数量：10-15%：
从室温以30℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以30℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至990℃，保温8小时；然后30℃/h随炉冷却至520℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
对比例1：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以50℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以50℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至960℃，保温6小时；然后30℃/h随炉冷却至小于等于50℃出炉。
对比例2：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以50℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以50℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至960℃，保温4小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
对比例3：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以50℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以50℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以60℃/h升温至950℃，保温6小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
对比例4：
球墨铸铁制件主要壁厚：300-400mm，Cr：0.20-0.275%、V:0.010-0.0125%，碳化物数量：3-10%：
从室温以60℃/h升温至400℃，保温2小时，继续以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，继续以70℃/h升温至960℃，保温6小时；然后30℃/h随炉冷却至500℃，保温4小时；最后随炉冷却至小于等于50℃出炉。
性能测试方法：
（1）碳化物含量（金相检验）：在球墨铸铁制件本体上（心部和表面），经过打磨抛光并经5%硝酸酒精溶液浸蚀后，使用手提式显微镜检验，放大倍数为100倍，观察整个受检面，以数量最多的视场对照GB/T9441-2009球墨铸铁金相检验中第12、13页表3和图36～图40。
（2）断裂率：制件断裂是指经目视检查发现制件断开、明显裂纹或经着色检查或磁粉探伤检测发现存在的微裂纹。制件存在上述不合格情况的数量占总数的比例，称为制件断裂率。
测试结果见表1。
表1：实施例和对比例性能检测结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
碳化物含量，% 0 0.5 0 0 0.5 ＜0.5 0.5 0.5 5 碳化物不降低 0.5
断裂率，% 0 ＜0.5 0 0 0 ＜1.5 ＜1.8 约55 0 约3.1 约65
从实施例1-7可以看出，本发明的球墨铸铁退火工艺，能有效消除制件内的碳化物，并且成品断裂率极低；对比例1的工艺在降温的过程中，不在500℃左右停留，导致制件断裂率高；对比例2的工艺在最高温960℃保温时间不足，无法有效消除制件内的碳化物；对比例3的工艺最高温只有950℃，不能消除制件内的碳化物；对比例4的工艺，升温速度过快，导致制件内部受热不均匀，制件断裂率高。

Claims (9)

1.一种球墨铸铁退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-55℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B)再以25-55℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至960-990℃，保温5.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉；
所述的球墨铸铁制件壁厚大于等于300mm；所述的球墨铸铁制件中，Cr含量0.20-0.35％、V含量0.010-0.015％、碳化物含量3-15％。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚为300-800mm。
3.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的退火工艺为：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-35℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B)再以25-35℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至970-990℃，保温7.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
4.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚300-400mm、Cr含量0.20-0.275％、V含量0.010-0.0125％、碳化物含量3-10％，退火工艺步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以45-55℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B)再以45-55℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至960-990℃，保温5.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
5.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚300-400mm、Cr含量0.275-0.35％、V含量0.0125-0.015％、碳化物含量10-15％，退火工艺步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以45-55℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B)再以45-55℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至980-990℃，保温7.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
6.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚400-500mm、Cr含量0.20-0.275％、V含量0.010-0.0125％、碳化物含量3-10％，退火工艺步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以35-45℃/h速率升温至380-420℃，保温1.8-2.5h；
B)再以35-45℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至960-990℃，保温5.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
7.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚400-500mm、Cr含量0.275-0.35％、V含量0.0125-0.015％、碳化物含量10-15％，退火工艺步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以35-45℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B)再以35-45℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至980-990℃，保温7.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
8.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚500-800mm、Cr含量0.20-0.275％、V含量0.010-0.0125％、碳化物含量3-10％，退火工艺步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-35℃/h速率升温至380-420℃，保温1.8-2.5h；
B)再以25-35℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至960-980℃，保温5.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
9.根据权利要求2所述的球墨铸铁退火工艺，其特征在于，所述的球墨铸铁制件壁厚500-800mm、Cr含量0.275-0.35％、V含量0.0125-0.015％、碳化物含量10-15％，退火工艺步骤：
A)球墨铸铁制件在退火炉中，炉温以25-35℃/h速率升温至380-420℃，保温1.5-2.5h；
B)再以25-35℃/h速率升温至630-680℃，保温2-3h；
C)再以55-65℃/h速率升温至980-990℃，保温7.5-8.5h；
D)再以25-35℃/h速率降温至500-520℃，保温3.5-4.5h；
E)最后随退火炉冷却至小于等于50℃，出炉。
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