CN108220752A

CN108220752A - 一种高强度耐高温球墨铸铁及球墨铸铁管件铸造工艺

Info

Publication number: CN108220752A
Application number: CN201810021709.8A
Authority: CN
Inventors: 孙述全; 孙雄; 高峰
Original assignee: Wuhu Jinmao Liquid Science and Technolgoy Co Ltd
Current assignee: Wuhu Jinmao Liquid Science and Technolgoy Co Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2018-06-29

Abstract

本发明涉及一种高强度耐高温球墨铸铁，由以下重量份数的原料构成：回炉铁10%—25%、原生铁10%—25%、铁镍合金0.1—1%、锰铁合金0.5%—3.5%、钨钼合金1%—7.5%、增碳剂1%—3.5%、改性剂1.1%—3.6%、球化剂1%—3%、孕育剂1%—3%、稀土0.5%—2%，余量为废钢。其铸造方法包括原料熔炼，变质调制，浇包预处理，调质浇铸及改性热处理等五步。本发明一方面利用稀土元素来提高球墨铸铁晶相组织分布的均匀性，达到在提高球墨铸铁硬度高的同时而不降低延伸率和韧性，另一方面通过变质、调质处理，使球墨铸铁工件抗疲劳性能和耐磨性能得到全面提高，除此之外，通过本发明的球墨铸铁铸造工艺还可有效的降低球墨铸铁工件内部应力集中、裂痕及沙眼等缺陷，提高球墨铸铁工件的产品质量的结构强度。

Description

一种高强度耐高温球墨铸铁及球墨铸铁管件铸造工艺

技术领域

本发明涉及一种高强度耐高温球墨铸铁及球墨铸铁管件铸造工艺，属铸造加工技术领域。

背景技术

目前铸铁管件往往均采用球墨铸铁为基材进行生产制备，虽然可以有效满足使用的需要，但在使用中也发现，通过传统的球墨铸铁配方和铸造工艺加工的铸铁管件一方面存在管材耐磨性、结构强度、结构韧性、耐高温性及抗热伸缩性均相对较差，另一方面也导致管材浇铸作业工作效率较低，且铸铁管材内部易存在沙眼、裂痕、应力集中的缺陷，从而严重影响了铸铁管件的使用可靠性和使用寿命，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的铸铁管件用球墨铸铁及与之配套的铸造工艺，以满足实际生产使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种高强度耐高温球墨铸铁及球墨铸铁管件铸造工艺。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高强度耐高温球墨铸铁，由以下重量份数的原料构成：回炉铁10%—25%、原生铁10%—25%、铁镍合金0.1—1%、锰铁合金0.5%—3.5%、钨钼合金1%—7.5%、增碳剂1%—3.5%、改性剂1.1%—3.6%、球化剂1%—3%、孕育剂1%—3%、稀土0.5%—2%，余量为废钢。

进一步的，所述的增碳剂为含碳百分重量为85%以上焦碳沫，焦碳沫颗粒直径≤400nm。

进一步的，所述的改性剂为SiC单质微粉颗粒，SiC单质微粉颗粒直径≤400nm。

进一步的，所述的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。

进一步的，所述的高强度耐高温球墨铸铁化学元素含量为C：3.5-3.7%、Si：2.8-5.3%、Ni：0.2—0.3%、W：0.5—2.5%、Mn：0.1—1.5%、Mo ：1.3—4.6%、Zr：0.11—0.2%、Ce：0.05—0.1%、Hf：0.1—0.25%、Dy：0.03—0.08%、Sm：0.01—0.05%、Gd：0.01—0.05%、Lu：0.03—0.06%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。

一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，包括以下步骤：

第一步，原料熔炼，首先将回炉铁、球墨铸铁切、屑锰铁合金、硅铁合金和废钢一同添加到熔炼炉内，并沿着熔炼炉自下而上安装按照原料直径从小到大进行摆放，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在1.1—3个标准大气压，然后在5—10分钟内将熔炼炉加热至1400℃—1600℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为10—30分钟；

第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向语速搅拌，搅拌速度为10—50分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置5—20分钟；

第三步，浇包预处理，将球化剂铺设在浇包侧壁上并舂紧，然后在球化剂外表面铺设孕育剂，然后在孕育剂外表面铺设占浇包金属液总量10%—30%的除渣剂，最后在5—15分钟，匀速将浇包预热到800℃—1000℃；

第四步，调质浇铸，完成第三步后，首先将稀土原料在1—3分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后熔融态的金属液中加入占金属液总量3%—10%的除氮剂进行调质处理，并在调质处理后将熔融态的金属液的60%—75%匀速倒入浇包内，并同时对浇包在1400℃—1600℃恒温环境下保温1—10分钟，然后将剩余的熔融态金属液倒入到浇包内并继续在在1400℃—1600℃恒温环境下保温1—10分钟，然后将浇包内的熔融态金属浇铸到成型模具中；

第五步，改性热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至800℃—850℃时，通过加热设备在30—120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至900℃—980℃并保温1—10小时，然后以20℃—50℃/小时速度匀速降温至180℃—300℃，然后再次通过加热设备在30—120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至600℃—800℃并保温1—10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品铸件毛坯。

进一步的，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。

进一步的，所述的第三步中，在完成对浇包内铺设球化剂、孕育剂和除渣剂后，有氩气将浇包内的空气排出。

进一步的，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。

本发明与现有技术相比，一方面利用稀土元素来提高球墨铸铁晶相组织分布的均匀性，达到在提高球墨铸铁硬度高的同时而不降低延伸率和韧性，另一方面通过变质、调质处理，使球墨铸铁工件抗疲劳性能和耐磨性能得到全面提高，除此之外，通过本发明的球墨铸铁铸造工艺还可有效的降低球墨铸铁工件内部应力集中、裂痕及沙眼等缺陷，提高球墨铸铁工件的产品质量的结构强度。

附图说明

图1为本发明的铸造工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种高强度耐高温球墨铸铁，由以下重量份数的原料构成：回炉铁10%、原生铁10%、铁镍合金0.5%、锰铁合金3%、钨钼合金5%、增碳剂1.5%、改性剂2.1%、球化剂1.2%、孕育剂2.1%、稀土0.5%—2%，余量为废钢。

进一步的，所述的高强度耐高温球墨铸铁化学元素含量为C：3.5%、Si：2.8%、Ni：0.3%、W：2.5%、Mn：1.5%、Mo ：4%、Zr：0.2%、Ce：0.1%、Hf：0.25%、Dy：0.08%、Sm：0.01%、Gd：0.05%、Lu：0.06%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。

一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，包括以下步骤：

第一步，原料熔炼，首先将回炉铁、球墨铸铁切、屑锰铁合金、硅铁合金和废钢一同添加到熔炼炉内，并沿着熔炼炉自下而上安装按照原料直径从小到大进行摆放，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在2.5个标准大气压，然后在5分钟内将熔炼炉加热至1480℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为15分钟；

第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向语速搅拌，搅拌速度为10分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置5分钟；

第三步，浇包预处理，将球化剂铺设在浇包侧壁上并舂紧，然后在球化剂外表面铺设孕育剂，然后在孕育剂外表面铺设占浇包金属液总量15%的除渣剂，最后在8分钟，匀速将浇包预热到900℃；

第四步，调质浇铸，完成第三步后，首先将稀土原料在2分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后熔融态的金属液中加入占金属液总量10%的除氮剂进行调质处理，并在调质处理后将熔融态的金属液的60%匀速倒入浇包内，并同时对浇包在1450℃恒温环境下保温10分钟，然后将剩余的熔融态金属液倒入到浇包内并继续在在1450℃恒温环境下保温8分钟，然后将浇包内的熔融态金属浇铸到成型模具中；

第五步，改性热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至800℃—850℃时，通过加热设备在60分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至900℃并保温2小时，然后以50℃/小时速度匀速降温至180，然后再次通过加热设备在120分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至800℃并保温10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品铸件毛坯。

本实施例中，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。

本实施例中，所述的第三步中，在完成对浇包内铺设球化剂、孕育剂和除渣剂后，有氩气将浇包内的空气排出。

本实施例中，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。

实施例2

如图1所示一种高强度耐高温球墨铸铁，由以下重量份数的原料构成：回炉铁10%、原生铁15%、铁镍合金1%、锰铁合金3.5%、钨钼合金6.5%、增碳剂1%、改性剂1.1%、球化剂1.1%、孕育剂1.5%、稀土0.5%，余量为废钢。

本实施例中，所述的增碳剂为含碳百分重量为85%以上焦碳沫，焦碳沫颗粒直径≤400nm。

本实施例中，所述的改性剂为SiC单质微粉颗粒，SiC单质微粉颗粒直径≤400nm。

本实施例中，所述的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。

本实施例中，所述的高强度耐高温球墨铸铁化学元素含量为C：3.7%、Si： 5.3%、Ni：0.3%、W：0.5%、Mn：1.5%、Mo ：4.6%、Zr：0.2%、Ce：0.1%、Hf：0.25%、Dy：0.08%、Sm：0.01%、Gd：0.05%、Lu：0.06%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。

一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，包括以下步骤：

第一步，原料熔炼，首先将回炉铁、球墨铸铁切、屑锰铁合金、硅铁合金和废钢一同添加到熔炼炉内，并沿着熔炼炉自下而上安装按照原料直径从小到大进行摆放，然后由氩气将熔炼炉内的空气排出并使熔炼炉内的气压恒定在1.1个标准大气压，然后在5分钟内将熔炼炉加热至1550℃，直至熔炉内原料均呈熔融态并搅拌均匀后，从熔炉内却金属液样本进行成份分析，并根据成份分析结果对熔炉内金属液成份含量进行调整，直至金属液化学成份达到要求后进行静置保温，且保温时间为15分钟；

第二步，变质调制，完成第一步作业后，对熔炉内熔融态金属液进行单向语速搅拌，搅拌速度为30分钟/转，并在转速稳定后通过增碳剂和改性剂分别吹送到熔炉内，并使增碳剂和改性剂与熔炉内的熔融态金属液充分搅拌均匀，然后保温静置5分钟；

第三步，浇包预处理，将球化剂铺设在浇包侧壁上并舂紧，然后在球化剂外表面铺设孕育剂，然后在孕育剂外表面铺设占浇包金属液总量25%的除渣剂，最后在10分钟，匀速将浇包预热到1000℃；

第四步，调质浇铸，完成第三步后，首先将稀土原料在2分钟时间内添加到熔融态金属液中搅拌均匀，然后熔融态的金属液中加入占金属液总量7%的除氮剂进行调质处理，并在调质处理后将熔融态的金属液的75%匀速倒入浇包内，并同时对浇包在1550℃恒温环境下保温8分钟，然后将剩余的熔融态金属液倒入到浇包内并继续在在1550℃恒温环境下保温3分钟，然后将浇包内的熔融态金属浇铸到成型模具中；

第五步，改性热处理，在金属液浇铸到成型模具内并冷却至850℃时，通过加热设备在40分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至980℃并保温10小时，然后以50℃/小时速度匀速降温至200℃，然后再次通过加热设备在50分钟内将成型模具及成型模具内的金属加热至750℃并保温10小时，然后自然冷却至常温即可拆模得到成品铸件毛坯。

进一步的，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种高强度耐高温球墨铸铁，其特征在于，所述的高强度耐高温球墨铸铁由以下重量份数的原料构成：回炉铁10%—25%、原生铁10%—25%、铁镍合金0.1—1%、锰铁合金0.5%—3.5%、钨钼合金1%—7.5%、增碳剂1%—3.5%、改性剂1.1%—3.6%、球化剂1%—3%、孕育剂1%—3%、稀土0.5%—2%，余量为废钢。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温球墨铸铁，其特征在于，所述的增碳剂为含碳百分重量为85%以上焦碳沫，焦碳沫颗粒直径≤400nm。

3.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温球墨铸铁，其特征在于，所述的改性剂为SiC单质微粉颗粒，SiC单质微粉颗粒直径≤400nm。

4.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温球墨铸铁，其特征在于，所述的稀土为包含Ce、H、Dy、Sm、Gd和Lu等元素的镧系元素。

5.根据权利要求1所述的一种高强度耐高温球墨铸铁，其特征在于，所述的高强度耐高温球墨铸铁化学元素含量为C：3.5-3.7%、Si：2.8-5.3%、Ni：0.2—0.3%、W：0.5—2.5%、Mn：0.1—1.5%、Mo ：1.3—4.6%、Zr：0.11—0.2%、Ce：0.05—0.1%、Hf：0.1—0.25%、Dy：0.03—0.08%、Sm：0.01—0.05%、Gd：0.01—0.05%、Lu：0.03—0.06%、S：<0.02%； P：0.15-0.4%；余量为Fe。

6.一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述的高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6述的一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，其特征在于，所述的第一步中，在将铁合金加入到熔炉内后，由惰性气体将熔炉内空气排出，并使得熔炉内部环境自第一步至第三步结束均处于惰性气体保护中。

8.根据权利要求6述的一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，其特征在于，所述的第三步中，在完成对浇包内铺设球化剂、孕育剂和除渣剂后，有氩气将浇包内的空气排出。

9.根据权利要求6述的一种高强度耐高温球墨铸铁的铸造方法，其特征在于，所述的除渣剂为粒度为30—50目的珍珠岩。