CN110205433A - 一种无稀土球化包芯线及其在球墨铸件中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无稀土球化包芯线及其在球墨铸件中的应用，其中，所述包芯线由钢皮包覆芯粉制成，所述芯粉的组分及其质量百分含量包括：Mg：28~32%，Si：43~46%，Ca：2~4%，Ba：8~10%，其余为Fe和杂质，且满足MgO：≤1.5%；所述无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用包括如下步骤：配料、熔炼、混砂、制芯、造型、浇注、过程检验、落砂、质量检验，所述浇注步骤中包括孕育、球化以及浇注成型，所述球化包芯线应用于所述球化步骤中；本发明提供的技术方案，无稀土元素累积，渗碳体形成元素量少，渗碳体倾向小，渗碳体隔离率≤0.5%，提高了球化质量，且节省了包芯线喂入量，实现无稀土纯镁球化，降低了生产成本。

Description

一种无稀土球化包芯线及其在球墨铸件中的应用

技术领域

本发明涉及钢铁材料铸件技术领域，特别涉及一种无稀土球化包芯线及其在球墨铸件中的应用。

背景技术

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，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，球墨铸铁正是基于接近于钢的优异性能，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。

球墨铸铁经过不断地发展，采用稀土的镁合金材料进行球化处理得到广范运用。利用球墨铸铁铸造铸件，虽然含稀土的镁合金材料在进行球化处理时能使球化衰退倾向小，但也会使铸件渗碳体倾向大。在我公司的实际应用中，稀土元素累积主要有以下影响：（1）会导致曲轴类产品长轴端面渗碳体倾向大，难加工，易打刀；（2）会导致支架类细筋部位渗碳体硬而脆，存在断裂风险；（3）铸件渗碳体隔离率在1%以上；（4）稀土的市场价格高，使用稀土合金材料成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种无稀土球化包芯线及其在球墨铸件中的应用，旨在解决球磨铸件铸造过程中稀土元素累积导致的球墨铸件的渗碳体倾向大、硬而脆难加工、易断裂以及隔离率较高的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种无稀土球化包芯线，由钢皮包覆芯粉制成，所述芯粉的组分及其质量百分含量包括：Mg：28~32%，Si：43~46%，Ca：2~4%，Ba：8~10%，其余为Fe和杂质，且满足MgO：≤1.5%。

优选地，所述芯粉的组分及其质量百分含量为：Mg：30%，Si：45%，Ca：3%，Ba：9%。

优选地，所述芯粉根据技术要求对Mg、Si、Ca、Ba及Fe进行配比，并由电炉熔炼成合金块，然后通过破碎机和碎粒机将合金块制备成粉料，再经振动筛将粉料过筛至0.1~2.5mm粒度，即完成芯粉制备。

优选地，所述球化包芯线是芯粉制备完成后与钢带通过自动包芯机按技术要求生产成φ≥13mm的球化包芯线。所述芯粉质量为230±10g/m，所述钢皮厚度为0.35~0.60mm。

本发明的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用。

本发明的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，所述球墨铸件的布氏硬度HB≥180HBW，抗拉强度≥560MPa，延伸率8%~11.5%。

本发明的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，包括如下步骤：配料、熔炼、混砂、制芯、造型、浇注、过程检验、落砂、质量检验，所述浇注步骤中包括孕育、球化以及浇注成型，所述球化包芯线应用于所述球化步骤中。

优选地，所述球化包芯线采用喂丝机喂线应用于所述球化步骤中，且喂线量为1.8m/100kg，喂线速度为32m/分。

优选地，所述球墨铸件在持续充满氮气的保温浇注炉内浇注成型。

本发明的无稀土球化包芯线的组分设计依据及其在球墨铸件铸造过程中的作用原理如下：

（1）无稀土球化包芯线以钢皮作为外皮材料，是因为球墨铸铁常规生产是通过对铁水进行球化处理才能得到球状石墨，包芯线外面的钢皮可在喂入铁水的瞬间防止铁水快速与芯粉在铁水表面发生反应，直至达到铁水内部一定深度后铁水与芯粉再发生反应，利于镁的吸收，以提高包芯线中有效成分Mg的吸收率。

（2）包芯线芯粉中的Mg与硫、氧结合的能力很强，能够快速与铁液中的硫和氧作用，形成大量细小的硫化物和氧化物，为铸铁的石墨化提供了大量异质晶核，使石墨球的数量大幅度增加，便于铁中的碳向石墨球扩散，形成球状石墨。

（3）包芯线芯粉中的Si可促进石墨化，加强孕育作用。

（4）包芯线芯粉中的Ca可促进石墨化、脱硫、脱氧，防止球化、孕育衰退。

本发明的无稀土球化包芯线在球墨铸件铸造过程中进行应用后，具有以下优点：

（1）采用无稀土球化包芯线，包芯线的喂入量由先前的2m/100kg减少为1.8m/100kg，使用量节省了0.2m/100kg；

（2）提高了球化质量，渗碳体倾向小，球墨铸铁生产取消加硫工艺，渣眼综合废品比例减小1%以上；

（3）无稀土元素累积，渗碳体形成元素量少，渗碳体倾向小，渗碳体隔离率≤0.5%；

（4）实现无稀土纯镁球化，降低了生产成本。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为球化包芯线改进前渣眼综合废品率的柱状图；

图2为本发明球化包芯线改进后渣眼综合废品率的柱状图；

图3为球化包芯线改进前渗碳体隔离率的柱状图；

图4为本发明球化包芯线改进后渗碳体隔离率的柱状图；

图5a和图6a为本发明实施例的本体金相图；

图5b和图6b为本发明实施例的基体组织图；

图7a和图8a为对比例的本体金相图；

图7b和图8b为对比例的本体金相图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本发明提出一种无稀土球化包芯线，由钢皮包覆芯粉制成，所述芯粉的组分及其质量百分含量包括：Mg：28~32%，Si：43~46%，Ca：2~4%，Ba：8-10%，其余为Fe和杂质，且满足MgO：≤1.5%。该芯粉的组分不含稀土元素Re，使用球化元素镁进行球化处理。

下表1为本发明的无稀土球化包芯线的芯粉中所含化学成分的质量百分含量的实施例1~5的数值列表。

表1 实施例1~5中无稀土球化包芯线的芯粉的化学成分表（Wt，%）

实施例1~5中所述芯粉根据技术要求对Mg、Si、Ca、Ba及Fe进行配比，并由电炉熔炼成合金块，然后通过破碎机和碎粒机将合金块制备成粉料，再经振动筛将粉料过筛至0.1~2.5mm粒度，至此芯粉制备完成。

进一步地，所述芯粉的组分及其质量百分含量为：Mg：30%，Si：45%，Ca：3%，Ba：9%。不含稀土元素，使用球化元素镁进行球化处理。

所述球化包芯线是芯粉制备完成后与钢带通过自动包芯机按技术要求生产成φ≥13mm的球化包芯线。所述芯粉质量为230±10g/m，所述钢皮厚度为0.35~0.60mm。

本发明的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，所述球墨铸件的布氏硬度HB≥180HBW，抗拉强度≥560MPa，延伸率8%~11.5%。所述球墨铸件的物理性能及力学性能均满足牌号QT450-10、QT500-7、QT600-3的国家标准要求。

本发明的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，包括如下步骤：配料、熔炼、混砂、制芯、造型、浇注、过程检验、落砂、质量检验，所述浇注步骤中包括孕育、球化以及浇注成型，所述球化包芯线应用于所述球化步骤中。所述球墨铸件在持续充满氮气的保温浇注炉内浇注成型。所述保温浇注炉内持续冲满氮气，可以防止铁水中球化元素镁与空气中的氧气发生反应，减少球化铁水中球化元素镁的损失，从而保证铸件球化质量。具体地：

（1）配料：将生铁、废钢、回炉料按照要求的配料比例及重量进行炉料配比；

（2）熔炼：在工频炉或中频炉中对炉料进行升温、保温，调整电炉功率和调整成份并复样直到合格，延缓出铁、调整温度，控制出铁温度为1490~1530℃，并调整出铁量，控制出铁量2000±20Kg；

（3）混砂：每盘新砂2500~3000kg，混砂时间≥100s，湿压强度160~210kPa，紧实率30~42%，砂温≤40℃，有效膨润土含量7~9%；

（4）制芯：砂芯无批缝、缺肉、破损、松裂等，表面无浮砂，修芯工将外观缺肉、破损的可修复的砂芯采用专用修芯材料进行修补，对涉及铸件尺寸的、严重的破损砂芯不能修补；将修补部位浸入涂料中并取出后点火燃烧，浸烧部位呈灰黑色、无涂料集瘤、流痕为合格。将合格砂芯放入下芯框中，利用自动下芯设备每型自动下芯；

（5）造型：模具预热至50~55℃，检查模具表面无缺陷，备件齐全，刮胶无脱落，标识清晰，造型射砂压力2.0~2.2bar，挤压压力11~13kp，射砂修正时间0~0.5S，压型力1.8~2.2bar，造型速度≤300型/小时，加热板加热温度45~55℃，造型完后，更换标识，在砂型上平面做炉号标识，检查型腔砂型表面硬度≥90N/m，机器及人工辅助吹砂，无带砂、标识清晰、型腔内无浮砂；

（6）浇注：将一次孕育剂60硅钡称量铁水重量的0.5%（10Kg））加入转运包内。电炉出铁2000±20Kg倒入转运包，通过转运包运输至喂丝球化站中开始球化，球化温度使用测温枪控制：1460~1480℃，球化线加入量控制1.8m/100kg，即设定共进线36米，进线速度32米/分钟。球化完成后将铁水倒入保温浇注炉内，保温浇注炉中持续充满氮气保护，防止球化完铁水中镁与空气中氧气发生反应，避免球化衰退。倒入保温浇注炉的铁水温度升降温达到1380-1430℃后可进行浇注。

（7）检验：使用金相显微镜对球磨铸件进行金相检查，利用刨床、车床、液压万能试验机对球磨铸件进行抗拉强度、延伸率及硬度的检测，利用光谱分析仪对球磨铸件进行成分检测。

下述以实施例1~5的球墨铸铁曲轴铸件的铸造工艺为例，来详细解释本发明的无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用。为了方便对比本发明实施例1~5中采用无稀土球化包芯线生产球墨铸铁的曲轴铸件的主要性能，见表2和表3，提供对比例1~5，对比例为常规有稀土的球化包芯线生产球墨铸铁的曲轴铸件的主要性能。具体如下：

表2 实施例1~5与对比例1~5的工艺参数列表

表3 实施例1~5与对比例1~5的球墨铸铁曲轴铸件的主要性能参数表

从表1~3中数据结果分析：通过上述主要性能对比数据可以看出，采用本发明的无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，生产的球磨铸件强度性能达到610MPa，延伸率达到11.4%，且珠光体和铁素体均得到优化，提高了球化质量。

采用无稀土球化包芯线应用于球墨铸件铸造过程中后，可控制渣眼废品比例减小1%以上，参见图1和图2，经过对比改进前后的渣眼综合废品率的柱状图，可知改进后，渣眼综合废品比例3.33%比改进前渣眼综合废品比例5.03%减小1.7%（5.03%-3.33%），无稀土元素累积，实现无稀土纯镁球化，渣眼废品比例减小1%以上。从图1和图2中数据可知，2018年1-9月退废率平均5.03%，2018年9月-2019年6月退废率平均3.33%减小渣眼废品比例1.7%，按1.5%计算231B2线平均每月1500吨球铁产量，每吨球铁铸件平均9000元，回炉料3000元计算，则每月降低废品损失：1500*1.5%*（9000-3000）=135000元，年降低废品损失：135000 *12=162万元。

采用无稀土球化包芯线后，可控制渗碳体隔离率≤0.5%，参见图3和图4，经过对比改进前后的渗碳体隔离率的柱状图，可知改进后，渗碳体隔离率0.26%平均比改进前渗碳体隔离率0.75%降低0.49%（0.75%-0.26%），无稀土元素累积，实现无稀土纯镁球化，渗碳体形成元素量少，渗碳体倾向小，渗碳体隔离率≤0.5%。

采用无稀土球化包芯线应用于球墨铸件铸造过程中，无稀土元素累积，渗碳体形成元素量少，渗碳体倾向小，渗碳体隔离率≤0.5%。

下述以QT500-7牌号铸件的力学性能列表及金相组织图来详细说明采用无稀土球化包芯线应用于球墨铸件渗碳体倾向小。表4为实施例与对比例的力学性能列表，图5a、图5b、图6a和图6b为实施例1~2的本体金相图和基体组织图，图7a、图7b、图8a和图8b为对比例的本体金相图和基体组织图。

表4 QT500-7牌号铸件力学性能列表

由表4、图5a至图6b的实施例、以及图7a至图8b的对比例的本体金相图和基体组织图可知，采用无稀土球化包芯线应用于球墨铸件铸造过程中，无稀土元素累积，渗碳体形成元素量少，渗碳体倾向小。

采用无稀土球化包芯线后，包芯线的喂入量由先前的2m/100kg减少为1.8m/100kg，使用量节省了0.2m/100kg，年累计节约成本达100万元以上。无稀土球化包芯线比稀土球2%化包芯线平均便宜1000元/吨，231B2线每月平均使用量约50吨，年降低成本价格12x50x1000=60万元；使用量节省0.2m/100Kg ,2018年11个月累计平均每月生产毛坯1864吨，每月产生球化的铁水1864/45%（工艺出品率）=4142吨，则年节约材料12x4142吨x0.2m/100kgx（390g/m芯重+钢带重）=38.77吨，年节约材料成本38.77x11900（稀土2球化线价格）=46.136万元，累计60+46.136=106.136万元。

采用无稀土球化包芯线，实现了无稀土纯镁球化，降低了生产成本。年降低废品损失约162万元，年节约材料成本约106.136万元，同时，节约支架类产品产生渗碳体报废成本费用约10万元/年，节约曲轴产生渗碳体客户退废以及服务费用约10万元/年，累计节约成本约288.136万元/年。

Claims (9)

1.一种无稀土球化包芯线，由钢皮包覆芯粉制成，其特征在于：所述芯粉的组分及其质量百分含量包括：Mg：28~32%，Si：43~46%，Ca：2~4%，Ba：8~10%，其余为Fe和杂质，且满足MgO：≤1.5%。

2.根据权利要求1所述的一种无稀土球化包芯线，其特征在于：所述芯粉的组分及其质量百分含量为：Mg：30%，Si：45%，Ca：3%，Ba：9%。

3.根据权利要求1或2所述的一种无稀土球化包芯线，其特征在于：所述芯粉根据技术要求对Mg、Si、Ca、Ba及Fe进行配比，并由电炉熔炼成合金块，然后通过破碎机和碎粒机将合金块制备成粉料，再经振动筛将粉料过筛至0.1~2.5mm粒度，即完成芯粉制备。

4.根据权利要求1或2所述的一种无稀土球化包芯线，其特征在于：所述球化包芯线是芯粉制备完成后与钢带通过自动包芯机按技术要求生产成φ≥13mm的球化包芯线，所述芯粉质量为230±10g/m，所述钢皮厚度为0.35~0.60mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用。

6.根据权利要求5所述的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，其特征在于：所述球墨铸件的布氏硬度HB≥180HBW，抗拉强度≥560MPa，延伸率8%~11.5%。

7.根据权利要求5所述的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，其特征在于：包括如下步骤：配料、熔炼、混砂、制芯、造型、浇注、过程检验、落砂、质量检验，所述浇注步骤中包括孕育、球化以及浇注成型，所述球化包芯线应用于所述球化步骤中。

8.根据权利要求7所述的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，其特征在于：所述球化包芯线采用喂丝机喂线应用于所述球化步骤中，且喂线量为1.8m/100kg，喂线速度为32m/分。

9.根据权利要求7所述的一种无稀土球化包芯线在球墨铸件中的应用，其特征在于：所述球墨铸件在持续充满氮气的保温浇注炉内浇注成型。