CN109972025A - 一种球墨铸铁制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸铁，具体为一种球墨铸铁制备方法。目的是提高常规球墨铸铁的屈强比，保证强度不变的前提下增加延伸率。步骤为：1.材料配比：采取废钢：生铁：返回料=20%:60%:20%的比例,2.增加石墨核心：3.成分微调：4.过热处理：5.保温结束，6.球化处理，7.孕育处理，8.浇注。本发明所述材料的技术突破有效的提高了材料的常规性能，增加了强度，延伸不仅没有下降，反而增加。提高了材料的综合性能、加工性能及材料的稳定性和可操作性，同时降低了生产成本，可达到产品轻量化的目的。

Description

一种球墨铸铁制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸铁，具体为一种球墨铸铁制备方法。

背景技术

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，由工业生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到，除Fe外，还含及其它铸铁中的碳以石墨形态析出，若析出的石墨呈条片状时的铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈蠕虫状时的铸铁叫蠕墨铸铁、呈团絮状时的铸铁叫白口铸铁或码铁、而呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。

球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，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。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。

球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%，含锰、磷、硫总量不超过3.0%和适量的稀土、镁等球化元素。近年来，为了遵循可持续发展的理念，除了对铸铁件功能的要求日益增强以外，还增加了轻量化、低成本、节能减排、珍惜资源等多方面的要求。因此，各国铸造行业都非常重视改进铸铁材质方面的研究、开发工作。

发明内容

本发明的目的是提高常规球墨铸铁的屈强比，保证强度不变的前提下增加了延伸率，即：提高了材料的综合性能、加工性能及材料的稳定性和可操作性， 同时降低了生产成本，可达到产品轻量化的目的。提供了一种球墨铸铁制备方法。

本发明的技术方案是，一种球墨铸铁制备方法，步骤为：

1.材料配比：采取废钢：生铁：返回料=20%:60%:20%的比例,废钢采用Q195,球墨生铁采用Q10，返回料使用本材料的浇注系统产生的废料。严格控制材料配比，即解决了返回料的堆存，又解决了资金占用，还有利于化学成分的稳定。使用感应炉熔化，通电初期使用总功率60%，逐步增大功率，熔化过程中不断捅料，防止炉料“搭桥”。

2.增加石墨核心：在熔化过程中添加形核剂碳化硅，碳化硅粒度2-8mm,加入量0.3%，利用碳化硅的高熔点特性，增加石墨核心，提高球铁的石墨球数，改善球铁的石墨形态，

3. 成分微调：升温至1430~1450℃，停电取样分析，将熔化渣打净，根据分析结果将原铁液化学成分调整碳C 3.00～3.50%，硅Si3.20～4.00%，锰Mn≤0.50%，磷P≤0.05%，硫S≤0.030%，余量为铁Fe；

4. 过热处理：将温度提高到1500℃±10℃，保温5-10分钟，强化冶金反应，消除炉料遗传性的不利因素，为后续的球化处理及孕育处理创造条件，

5. 保温结束后，清理好炉嘴，以保证出铁过程中不散流，降温到1470℃左右，快速出铁球化包内球化，铁流对应球化剂另一侧方向，一次性全部出完铁水，理想效果是出尽后起爆。

6.球化处理：球化包内球化，采用堤坝式，高径比为1.5的球化包，球化包底部设置堤坝，堤坝一侧加入稀土镁球化剂，主要成分Si 40-50%；Mg 6-7%； RE 1-1.5%，加入量1.4%，粒度5-25mm, 在稀土镁球化剂上面覆盖铁板或覆盖剂，确保稀土RE≤0.05%，镁Mg0.01～0.06%，

7. 孕育处理：倒包孕育，球化包倒包到浇注包的过程中加入硅钡长效孕育剂，Si 60-70%；Ba4-6%，选择粒度2-6mm，加入量0.4%，

8.浇注控制：球化结束后快速浇注，控制从球化到浇注完成时间≤15分钟，避免由于时间的延长，造成球化衰退，降低球化率等级，从而降低综合性能。

对于金属材料，强度与塑韧性是一对对立的指标，即强度提高，塑韧性必然下降，反之，强度下降，塑韧性提高。本发明所述材料的技术突破有效的提高了材料的常规性能，增加了强度，延伸不仅没有下降，反而增加。提高了材料的综合性能、加工性能及材料的稳定性和可操作性， 同时降低了生产成本，可达到产品轻量化的目的。

附图说明

图1为球化包内球化剂布置示意图；

图1.1为图1的俯视图；

图2为改进前、后抗拉强度的对比效果图；

图3为改进前、后屈服强度的对比图；

图4为改进前、后延伸率的对比图；

图5为改进前、后屈强比的对比图；

图6为本技术方案获得铸铁的金相图；

图中：1-球化包，2-堤坝，3-球化剂，4-覆盖剂。

具体实施方式

实施例1、

一种球墨铸铁制备方法，步骤为：

1.材料配比：采取废钢：生铁：返回料=20%:60%:20%的比例,废钢采用Q195,球墨生铁采用Q10，返回料使用本材料的浇注系统产生的废料。严格控制材料配比，即解决了返回料的堆存，又解决了资金占用，还有利于化学成分的稳定。使用感应炉熔化，通电初期使用总功率60%，逐步增大功率，熔化过程中不断捅料，防止炉料“搭桥”影响熔化。

2.增加石墨核心：在熔化过程中添加形核剂碳化硅，碳化硅粒度2-8mm,加入量0.3%，利用碳化硅的高熔点特性，增加石墨核心，提高球铁的石墨球数，改善球铁的石墨形态，

3. 成分微调：升温至1430~1450℃，停电取样分析，将熔化渣打净，根据分析结果将原铁液化学成分调整碳C 3.00～3.50%，硅Si3.20～4.00%，锰Mn≤0.50%，磷P≤0.05%，硫S≤0.030%，余量为铁Fe；

4. 过热处理：将温度提高到1500℃±10℃，保温5-10分钟，强化冶金反应，消除炉料遗传性的不利因素，为后续的球化处理及孕育处理创造条件，

5. 保温结束后，清理好炉嘴，以保证出铁过程中不散流，降温到1470℃左右，快速出铁到球化包内球化，铁流对应球化剂另一侧方向，一次性全部出完铁水，理想效果是出尽后起爆。

6.球化处理：包内球化，采用堤坝式，高径比为1.5的球化包，球化包1的结构见图1、2，球化包1底部设置堤坝2，堤坝2一侧加入稀土镁球化剂3（球化剂牌号NODALLOY6RE，生产商福士科铸造材料有限公司），主要成分Si 40-50%；Mg 6-7%； RE 1-1.5%，加入量1.4%，粒度5-25mm, 在稀土镁球化剂上面覆盖铁板4或覆盖剂，确保稀土RE≤0.05%，镁Mg0.01～0.06%，

7. 孕育处理：倒包孕育，球化包倒包到浇注包的过程中加入硅钡长效孕育剂（牌号INOCULIN400，生产商福士科铸造材料有限公司），Si60-70%；Ba4-6%，选择粒度2-6mm，加入量0.4%，

8.浇注控制：球化结束后快速浇注，控制从球化到浇注完成时间≤15分钟，避免由于时间的延长，造成球化衰退，降低球化率等级，从而降低综合性能。

本发明所述的球墨铸铁采用新的技术改变传统的（靠增加贵重合金才能提高性能）思维模式，通过调整常规化学成分比例，明显提高屈服强度、屈强比及延伸率，大大高出标准要求，而且可操作性强，性能稳定性好（见图2、3、4、5）冶炼成本以现价计算相对加铜的常规工艺降低127元/t铁水，球化等级3级，本方案球墨铸铁的金相图见图6，上述性能、金相数据均是在75mm试块取得。

实施例2、一种球墨铸铁制备方法，步骤为：

1送电前首先检查水、电、设备是否正常可靠，炉衬烘烤及使用情况良好，方可加料。

2 装料时应先将炉底铺一层生铁，然后将较重的废钢加入至中间，周围用小料填实，废钢加完后再依次加入生铁及循环返回料。

3 首先用约60％的功率送电，待电流冲击停止后，将功率调至最大值，这一过程一般需用15分钟左右。熔化过程中要及时补充加入炉料，并积极进行捣料，避免产生"搭桥"现象。如果产生"搭桥"现象，必须及时捣料处理。

4 配硅量小于1.2%，炉料熔清后，取样前10分钟，先加入0.2%的碳化硅，2分钟后调硅至要求，升温至1430~1450℃,停电取样分析，将熔化渣打净，根据分析结果将原铁液化学成分调整至要求C 3.00～3.50%，硅Si3.20～4.00%，锰Mn≤0.50%，磷P≤0.05%，硫S≤0.030%，余量为铁Fe；炉前成分硅按中限计算调整，硅含量按72%计。

5直接升温到1500℃，停电5分钟静置，清理好炉嘴，以保证出铁过程中不散流，打渣降温到1470℃左右，快速出铁球化，一次性全部出完铁水，理想效果是出尽后起爆。如果反应太迟，可用钢钎捅破覆盖层，反应沸腾大于1分钟。

包内球化，采用堤坝式，高径比为1.5的球化包，加入稀土镁球化剂（球化剂牌号NODALLOY6RE），主要成分Si 40-50%；Mg 6-7%； RE 1-1.5%，加入量1.4%，粒度5-25mm, 确保稀土RE≤0.05%，镁Mg0.01～0.06%，上面覆盖铁板或覆盖剂。

6 处理结束后，加聚渣剂快速扒渣，倒入底注包时将0.4%的INOCULIN75硅钡长效孕育剂撒在球化包的铁液表面，快速倒入底注包，然后加入保温覆盖剂。底注包铸口砖选用φ60口径，底注包烘烤时间20分钟，球化包烘烤时间10分钟。

7浇注

7.1球化处理后应及时进行浇注，处理结束到浇注完毕，间隔不得大于12分钟。浇注过程先慢后快，保证铁水平稳快速上升，浇温1310~1330℃。

7.2 浇注时随流再加入0.2%的INOCULIN400孕育剂。

7.3 浇铸铸件时，应有专人进行挡渣及引火，铁水应当平稳的注入浇口杯，不得产生飞溅或产生旋涡，浇铸过程中不得断流。

球化剂的装填要求，在球化包的球化室先装入1.5%的球化剂，球化室覆盖铁板1块，紧贴球化剂，不得悬空，周围用本体批缝捣碎填充。

改进前技术方案对比例1、改进前球墨铸铁制备方案化学成分见表1

改进前炉料规格及配比见表2

操作工艺 1送电前首先检查水、电、设备是否正常可靠，炉衬坩埚烘烤及使用情况良好，方可加料。 2装料时应先将炉底铺一层生铁，然后加入电极粒（需要增碳时），然后将较重的废钢加入至中间，周围用小料填实，废钢加完后再依次加入生铁及循环返回料。 3 首先用约60％的功率送电，待电流冲击停止后，将功率调至最大值，这一过程一般需用15分钟左右。熔化过程中要及时补充加入炉料，并积极进行捣料，避免产生"搭桥"现象。如果产生"搭桥"现象，必须及时捣料处理。 4 炉料熔清后，1420~1440℃,停电取样分析，将熔化渣打净,然后加入约1%左右的碎玻璃或珍珠岩另造新渣。根据分析结果将原铁液化学成分调整至3.1的要求。 5直接升温到1510℃，停电3分钟，清理好炉嘴，以保证出铁过程中不散流，打渣降温到1490℃左右，快速出铁球化，一次性全部出完铁水，理想效果是出尽后起爆。如果反应太迟，可用钢钎捅破覆盖层。反应沸腾大于1分钟。 6处理结束后，加聚渣剂，快速搅拌扒渣，倒入底注包时将0.5%的硅钡孕育剂撒在球化包的铁液表面，快速倒入底注包，搅拌后加入保温覆盖剂。（底注包铸口砖选用φ60口径），底注包烘烤时间20分钟，球化包烘烤时间10分钟。 7浇注 7.1球化处理后应及时进行浇注，处理结束到浇注完毕，间隔不得大于12分钟。浇注过程先慢后快，保证铁水平稳快速上升，浇温1330~1350℃。 7.2 浇铸铸件时，应有专人进行挡渣及引火，铁水应当平稳的注入浇口杯，不得产生飞溅或产生旋涡，浇铸过程中不得断流。 8球化剂的装填 在球化包的球化室先装入1.5%的球化剂，上覆盖0.3%的75#硅铁孕育剂并捣实，上压5-7mm球铁板2块，缝隙用聚渣剂填充。

改进前后技术效果对比见附图2、3、4、5、6。

Claims (1)

1.一种球墨铸铁制备方法，其特征在于：步骤为：

（1）材料配比：采取废钢：生铁：返回料=20%:60%:20%的比例,废钢采用Q195,球墨生铁采用Q10，使用感应炉熔化，通电初期使用总功率60%，逐步增大功率至熔化，熔化过程中不断捅料，

（2）增加石墨核心：在熔化过程中添加形核剂碳化硅，碳化硅粒度2-8mm,加入量0.3%，

（3）成分微调：升温至1430~1450℃，停电取样分析，将熔化渣打净，根据分析结果将原铁液化学成分调整碳C 3.00～3.50%，硅Si3.20～4.00%，锰Mn≤0.50%，磷P≤0.05%，硫S≤0.030%，余量为铁Fe；

（4）过热处理：将温度提高到1500℃±10℃，保温5-10分钟，

（5）保温结束后，清理好炉嘴，降温到1470℃左右，快速出铁到球化包内球化，铁流对应球化剂另一侧方向，一次性全部出完铁水，

（6）.球化处理：球化包内球化，采用堤坝式，高径比为1.5的球化包，球化包底部设置堤坝，堤坝一侧加入稀土镁球化剂，主要成分Si 40-50%；Mg 6-7%； RE 1-1.5%，加入量1.4%，粒度5-25mm, 在稀土镁球化剂上面覆盖铁板或覆盖剂，确保稀土RE≤0.05%，镁Mg0.01～0.06%，

（7）孕育处理：倒包孕育，球化包倒包到浇注包的过程中加入硅钡长效孕育剂，Si 60-70%；Ba4-6%，选择粒度2-6mm，加入量0.4%，

（8）浇注控制：球化结束后快速浇注，控制从球化到浇注完成时间≤15分钟。