CN109182635A - 球墨铸铁的孕育处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球墨铸铁的孕育处理方法，包括以下步骤：在电炉内原铁水出炉时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为5‑10mm的硅钡孕育剂进行第一次随流孕育；在装包时，使用占铁液质量百分比为0.4％、粒度为3‑25mm的75硅铁孕育剂进行包内孕育；在铁水球化反应结束后，将占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2‑1mm的含铋硅钡复合孕育剂加入铁水包内进行补充孕育；在浇注时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2‑0.7mm的锶锆复合孕育剂进行第二次随流孕育。本发明提供的球墨铸铁的孕育处理方法，适用于铁水处理到浇注时间间隔较长、抗衰退能力较强的高强韧性球墨铸铁。

Description

球墨铸铁的孕育处理方法

技术领域

本发明涉及球墨铸铁生产技术领域，尤其涉及一种球墨铸铁的孕育处理方法。

背景技术

在铸件的浇注阶段，将少量材料加入熔融金属，促使形成洁净核心以改善金属组织和物理、力学性能的方法叫做孕育处理。球墨铸铁通过孕育处理可以消除结晶过冷倾向，促进石墨球化，减小晶间偏析，因此孕育处理对于球墨铸铁材料的强韧性具有决定性作用。

现有技术中常用的球墨铸铁孕育处理技术一般是包内孕育或者随流孕育。其中，包内孕育也称一次孕育，是指在采用冲入法球化时，把孕育剂全部盖在浇包的球化剂之上，待冲入铁液进行球化处理时，同时发生孕育作用；或把孕育剂部分盖在浇包的球化剂上，其余部分放在出铁槽上，靠铁液冲入包内。随流孕育是指采用人工漏斗或者自动感应装置，在铁液浇注时随铁流将孕育剂加入，完成孕育过程。

上述两种常用的孕育处理技术的孕育效果有限，尤其是对于从铁水出炉距离铁水浇注间隔时间较长的情况，采用包内孕育和随流孕育的处理工艺无法应对孕育衰退，不能满足球墨铸铁对强韧性的要求。

发明内容

本发明提供一种球墨铸铁的孕育处理方法，适用于铁水处理到浇注时间间隔较长、抗衰退能力较强的高强韧性球墨铸铁。

本发明提供一种球墨铸铁的孕育处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

在电炉内原铁水出炉时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为5-10mm的硅钡孕育剂进行第一次随流孕育；

在装包时，使用占铁液质量百分比为0.4％、粒度为3-25mm的75硅铁孕育剂进行包内孕育；

在铁水球化反应结束后，将占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2-1mm的含铋硅钡复合孕育剂加入铁水包内进行补充孕育；

在浇注时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2-0.7mm的锶锆复合孕育剂进行第二次随流孕育。

如上所述的孕育处理方法，所述第二次随流孕育步骤具体包括：

将随流装置安装于水口箱上方，将所述锶锆复合孕育剂放在所述随流装置的装料斗中，铁水翻入所述水口箱时，打开所述随流装置的挡料板，使所述锶锆复合孕育剂匀速加在铁流之上。

如上所述的孕育处理方法，所述第一次随流孕育步骤具体包括：

电炉内原铁水出炉时，在电炉出铁槽的上方，采用手持漏斗，将所述硅钡孕育剂加入铁流中。

如上所述的孕育处理方法，所述第一次随流孕育步骤之前，还包括：

熔炼：将高纯生铁和低合金碳素结构钢板加入电炉中熔化，铁液熔清后，加入一定量的合金材料，调整铁液的化学成分和质量百分比处于一定的控制范围内，将炉温升到一定温度，静置一定时间后出炉。

如上所述的孕育处理方法，所述熔炼步骤具体包括：

将Q10高纯生铁85％-90％质量份，Q235低合金碳素结构钢板10％-15％质量份加入电炉中熔化；铁液熔清后，加入一定量的合金材料，然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，根据检测结果进行调整后，升温到1500℃再次取样化验，调整铁液化学成分及质量百分比处于一定的控制范围内将炉温升到1530-1540℃，静置1-3分钟后出炉。

如上所述的孕育处理方法，所述硅钡孕育剂的主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

如上所述的孕育处理方法，所述75硅铁孕育剂的主要元素的质量百分比为72％-80％Si，0.5-1.0％Ca，1.0-1.5％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

如上所述的孕育处理方法，所述含铋硅钡复合孕育剂的主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，0.005-0.01％Bi，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

如上所述的孕育处理方法，所述锶锆复合孕育剂主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，≤2.0％Al，Bi≤0.01％，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

如上所述的孕育处理方法，所述电炉为中频感应电炉。

本发明提供的球墨铸铁的孕育处理方法，通过将随流孕育、包内孕育等多种孕育方式结合进行多次孕育，保证了从铁水出炉到浇注这段时间的间隔比较长时仍有良好的孕育效果，减缓孕育衰退；在铁水出炉直至浇注的不同阶段，采用了与不同阶段相适应的孕育剂种类和粒度，提升了孕育效果，提高了球墨铸铁的强度和强韧性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的球墨铸铁的孕育处理方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的第一次随流孕育的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的补充孕育的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二次随流孕育的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的球墨铸铁金相组织照片。

附图标记：

10-电炉

20-手持漏斗

30-铁水包

40-水口箱

50-随流装置

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

需要理解的是，球墨铸铁的孕育处理至少有以下几个目的：1)消除结晶过冷倾向：孕育剂分散在铁液中，其主要组成元素硅形成富集区，使在此微区内碳的活度增加，从而直接削弱渗碳体的结合，阻碍渗碳体的形成，另外孕育剂中的微量的合金元素(如铝、钙)加进铁液之后和稳定渗碳体而阻碍石墨化的氮、氧、硫反应，形成化合物而将其除去；2)促进石墨球化：孕育处理能增加石墨核心，细化球状石墨，提高球状石墨生长的相对稳定性，提高石墨圆整度。3)减小晶间偏析；孕育处理使共晶团细化，从而可减少共晶团间的偏析程度，提高铸铁的塑性和韧性。

正是由于孕育处理具有以上作用，其对于球墨铸铁材料的强韧性具有决定性作用，铸铁的孕育处理工艺已成为其生产工艺中最为关键的环节。随着机械工业的快速发展，各类高端机械装备对于球墨铸铁件用量日益增加，对其材质性能的要求也日益提高。

然而，在球墨铸铁的实际生产过程中，孕育处理的效果会随时间的推延而减弱，称为孕育衰退，具体表现为石墨形态恶化，开花状畸变石墨数量增多，石墨球数量减少，分布不均等等，导致力学性能下降，无法满足技术要求。特别是对于从铁水出炉距离铁水浇注间隔时间过长的生产企业，一般的孕育处理方法无法应对这样的孕育衰退。

下面参考附图并结合具体的实施例描述本发明。

图1为本发明实施例提供的球墨铸铁的孕育处理方法的示意图，参考图1所示，本发明提供一种球墨铸铁的孕育处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、在电炉内原铁水出炉时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为5-10mm的硅钡孕育剂进行第一次随流孕育。

图2为本发明实施例提供的第一次随流孕育的结构示意图，参考图2所示，第一次随流孕育步骤具体包括：电炉10内原铁水出炉时，在电炉出铁槽的上方，采用手持漏斗20，将硅钡孕育剂加入铁流中。

其中，硅钡孕育剂的主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

S102、在装包时，使用占铁液质量百分比为0.4％、粒度为3-25mm的75硅铁孕育剂进行包内孕育。

具体地，球墨铸铁在铁水出炉前，要将球化剂等合金材料装入铁水包内，待铁水冲入后进行球化孕育处理，第二次包内孕育在装包时将75硅铁孕育剂放置在球化剂上方，铁水冲入包内后，与包内的球化剂孕育剂发生反应。

其中，75硅铁孕育剂的主要元素的质量百分比为72％-80％Si，0.5-1.0％Ca，1.0-1.5％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

S103、在铁水球化反应结束后，将占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2-1mm的含铋硅钡复合孕育剂加入铁水包内进行补充孕育。

图3为本发明实施例提供的补充孕育的结构示意图，参考图3所示，具体地，铁水球化反应持续2-3分钟，结束后操作人员将铁液表面的渣用铁耙扒掉，然后将含铋硅钡复合孕育剂，用塑料袋包装后，扔入铁水包30内并进行搅拌，使其充分吸收。

其中，含铋硅钡复合孕育剂的主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，0.005-0.01％Bi，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

S104、在浇注时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2-0.7mm的锶锆复合孕育剂进行第二次随流孕育。

图4为本发明实施例提供的第二次随流孕育的结构示意图，参考图4所示，第二次随流孕育步骤具体包括：将随流装置50安装于水口箱40上方，将锶锆复合孕育剂放在随流装置50的装料斗中，铁水翻入水口箱40时，打开随流装置50的挡料板，使锶锆复合孕育剂匀速加在铁流之上。

其中，锶锆复合孕育剂主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，≤2.0％Al，Bi≤0.01％，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

具体地，在上述补充孕育步骤后，操作人员需要再次将铁液表面的渣用铁耙扒掉，并测量温度，温度符合浇注温度要求时，运至浇注现场进行浇注，浇筑时，提前将随流装置50安装在水口箱40的上方，再将锶锆复合孕育剂匀速加在铁流之上。待铁水全部翻入水口箱40后，测量温度，起堵浇注，整个孕育过程完成。

本发明实施例设计了一种适用于铁水处理到浇注时间时间间隔较长，抗衰退能力较强的高强韧性球墨铸铁的孕育处理工艺方法，采用多种方式结合采用多次孕育的方法，在铁水出炉到浇注过程中的不同阶段加入合适质量分数合适粒度合适种类的孕育剂，保证铸件良好的进行组织，从而提升其强度和韧性。

在上述发明实施例的基础上，实际生产时，在第一次随流孕育步骤之前，还包括：熔炼：将高纯生铁和低合金碳素结构钢板加入电炉中熔化，铁液熔清后，加入一定量的合金材料，调整铁液的化学成分和质量百分比处于一定的控制范围内，将炉温升到一定温度，静置一定时间后出炉。

熔炼步骤具体包括：将Q10高纯生铁85％-90％质量份，Q235低合金碳素结构钢板10％-15％质量份加入电炉中熔化；铁液熔清后，加入一定量的合金材料，然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，根据检测结果进行调整后，升温到1500℃再次取样化验，调整铁液化学成分及质量百分比处于一定的控制范围内；将炉温升到1530-1540℃，静置1-3分钟后出炉。

本发明实施例中，球墨铸铁熔炼时采用的电炉为中频感应电炉。中频感应电炉是一种将三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的电流，供给由电容和感应线圈里流过的交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流，从而使金属材料被加热至熔化。

本发明实施例提供的球墨铸铁的孕育处理方法，通过将随流孕育、包内孕育等多种孕育方式结合并进行多次孕育，保证了从铁水出炉到浇注长时间间隔仍有良好的孕育效果，减缓孕育衰退；在铁水出炉直至浇注的不同阶段，采用了与不同阶段相适应的孕育剂种类和粒度，提升了孕育效果，提高了球墨铸铁的强度和强韧性；进一步地，球墨铸铁孕育处理方法过程简单，不需要复杂的机电设备，成本低。

下面采用更加详细的实施例，以一种交流传动机车用球墨铸铁齿轮箱(QT400-18AL)的孕育处理过程对本发明实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述。

交流传动机车用球墨铸铁齿轮箱(QT400-18AL)的孕育处理过程的生产步骤如下：

首先是熔炼步骤，具体过程为：将Q10高纯生铁85％-90％质量份，Q235低合金碳素结构钢板10％-15％质量份一次加入5T中频感应电炉熔化。铁液熔清后，加入铁液质量0.4％的硅铁，然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，根据检测结果进行调整后，升温到1500℃再次取样化验，调整铁液化学成分及其质量百分比的控制范围为：3.80％-3.85％C，0.8％-0.9％Si，≤0.2％Mn，≤0.035％P，≤0.02％S，余量为Fe和不可避免的杂质；将炉温升到1530-1540℃，静置1-3分钟后出炉，每包2t。

然后是第一次随流孕育步骤，具体过程为：出电炉10时在电炉出铁槽上方，采用手持漏斗20，将4kg粒度为5-10mm的硅钡孕育剂(主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素)，随铁流加入。

接下来进行包内孕育处理及球化处理步骤，具体过程为：铁水出炉前，要将球化剂等合金材料装入铁水包30内，待铁水冲入后进行球化孕育处理，第二次包内孕育是指在装包时将8kg粒度为3-25mm的75硅铁(主要元素的质量百分比为72％-80％Si，0.5-1.0％Ca，1.0-1.5％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素)放置在球化剂上方，铁水冲入包内后，与包内的球化剂孕育剂发生反应。

接着，进行补充孕育步骤，具体过程为：铁水球化反应持续2-3分钟，结束后操作人员将铁液表面的渣用铁耙扒掉，然后将4kg粒度为0.2-1mm的含铋硅钡复合孕育剂(主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，0.005-0.01％Bi，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素)，用塑料袋包装后，扔入铁水包30后进行搅拌，使其充分吸收。

最后，进行第二次随流孕育步骤，具体过程为：在铁水经过上述补充孕育步骤后，再次进行扒渣测温，温度符合浇注温度要求后，运至浇注现场进行浇注，浇注时采用随流装置50进行随流孕育处理，具体操作方法为：在浇注时，提前把随流装置50安装于水口箱40上方，将4kg粒度为0.2-0.7mm的锶锆复合孕育剂(主要元素的质量百分比为72％-78％Si，0.6％-1.0％Sr，0.5-1.0％Ca，0.3-0.5％Al，1.0-1.5％Zr，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素)放在随流装置50的装料斗中。铁水翻入水口箱40时，打开对流装置50的挡料板，缓缓旋转随流装置50的手轮，使锶锆复合孕育剂匀速加在铁流之上。待铁水全部翻入水口箱40后，测温，起堵浇注，整个孕育过程完成。

交流传动机车用球墨铸铁齿轮箱(QT400-18AL)的孕育处理过程的生产结果如下：

一方面，对按上述生产步骤重复进行的其中六个批次的齿轮产品进行了金相组织、机械性能检测，结果如下表：

另一方面，图5为本发明实施例提供的球墨铸铁金相组织照片，图5为一件齿轮箱本体的金相组织照片，参考图5所示，可得出按照上述球墨铸铁的孕育处理方法生产的齿轮箱，其球化率约97.60％，石墨球的大小为6级，石墨球数约235个。

由上述生产结果可看出，本发明所涉及的球墨铸铁孕育处理工艺方法抗衰退能力强，适用与铁水处理至浇注间隔时间长的生产模式，同时也适用与各类厚大断面的球墨铸铁，所生产的球墨铸铁铸件球化率高，石墨数量多，分布均匀，因此其材质强度高，韧性好。

本发明实施例提供的球墨铸铁的孕育处理方法，通过将随流孕育、包内孕育等多种孕育方式结合并进行多次孕育，保证了从铁水出炉到浇注长时间间隔仍有良好的孕育效果，减缓孕育衰退；在铁水出炉直至浇注的不同阶段，采用了与不同阶段相适应的孕育剂种类和粒度，提升了孕育效果，提高了球墨铸铁的强度和强韧性；进一步地，球墨铸铁孕育处理方法过程简单，不需要复杂的机电设备，成本低。

在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种球墨铸铁的孕育处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

在电炉内原铁水出炉时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为5-10mm的硅钡孕育剂进行第一次随流孕育；

在装包时，使用占铁液质量百分比为0.4％、粒度为3-25mm的75硅铁孕育剂进行包内孕育；

在铁水球化反应结束后，将占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2-1mm的含铋硅钡复合孕育剂加入铁水包内进行补充孕育；

在浇注时，使用占铁液质量百分比为0.2％、粒度为0.2-0.7mm的锶锆复合孕育剂进行第二次随流孕育。

2.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于，所述第二次随流孕育步骤具体包括：

将随流装置安装于水口箱上方，将所述锶锆复合孕育剂放在所述随流装置的装料斗中，铁水翻入所述水口箱时，打开所述随流装置的挡料板，使所述锶锆复合孕育剂匀速加在铁流之上。

3.根据权利要求2所述的孕育处理方法，其特征在于，所述第一次随流孕育步骤具体包括：

电炉内原铁水出炉时，在电炉出铁槽的上方，采用手持漏斗，将所述硅钡孕育剂加入铁流中。

4.根据权利要求1-3任一项所述的孕育处理方法，其特征在于，所述第一次随流孕育步骤之前，还包括：

熔炼：将高纯生铁和低合金碳素结构钢板加入电炉中熔化，铁液熔清后，加入一定量的合金材料，调整铁液的化学成分和质量百分比处于一定的控制范围内，将炉温升到一定温度，静置一定时间后出炉。

5.根据权利要求4所述的孕育处理方法，其特征在于，所述熔炼步骤具体包括：

将Q10高纯生铁85％-90％质量份，Q235低合金碳素结构钢板10％-15％质量份加入电炉中熔化；铁液熔清后，加入一定量的合金材料，然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，根据检测结果进行调整后，升温到1500℃再次取样化验，调整铁液化学成分及质量百分比处于一定的控制范围内：将炉温升到1530-1540℃，静置1-3分钟后出炉。

6.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于，所述硅钡孕育剂的主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

7.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于，所述75硅铁孕育剂的主要元素的质量百分比为72％-80％Si，0.5-1.0％Ca，1.0-1.5％Al，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

8.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于，所述含铋硅钡复合孕育剂的主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，1.0-2.0％Al，0.005-0.01％Bi，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

9.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于，所述锶锆复合孕育剂主要元素的质量百分比为70％-75％Si，2.0％-4.0％Ba，0.5-2.0％Ca，≤2.0％Al，Bi≤0.01％，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

10.根据权利要求1所述的孕育处理方法，其特征在于，所述电炉为中频感应电炉。