CN110218933A

CN110218933A - 一种高耐压气密性和强度的d型石墨铸铁型材及工艺

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Publication number: CN110218933A
Application number: CN201910580713.2A
Authority: CN
Inventors: 魏志勇; 王敬民; 孔令伟
Original assignee: Hebei Constant Machinery And Equipment Technology Co Ltd
Current assignee: Hebei Constant Machinery And Equipment Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2019-09-10

Abstract

本发明公开了一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，其组成碳、硅、锰、铜、钛以及锑元素的质量百分比范围分别为：碳：3.30％‑3.40％，硅：2.10％‑2.20％，锰：0.85％‑0.95％，铜：0.19％‑0.21％，钛：0.25％‑0.35％，锑：0.05％‑0.07％，其余为铁。该型材具有高耐压气密性、硬度差小以及高强度的性能特点。本发明还公开了一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，在熔炼和出铁时分别加入金属钛和锑，经过有效孕育和快速冷凝，获得获得具有高的抗渗透性、高强度以及较强的耐压气密性的D型石墨铸铁型材。

Description

一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材及工艺

技术领域

本发明属于铸铁材料及铸造冶金技术领域，具体涉及一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，本发明还涉及一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材及工艺。

背景技术

D型石墨铸铁是通过合金化和孕育处理得到的D型石墨，利用水平连铸工艺生产大断面(直径大于250mm)的D型石墨铸铁型材时，由于心部与边缘的冷却速度差异过大，心部凝固缓慢，容易析出大量的A型石墨，A型石墨对基体的割裂作用加大，同时伴随较多的铁素体，从而使得型材的强度、气密性以及抗渗透性都大为下降。针对这个问题，本发明通过添加合金，利用微合金化改善石墨形态与基体组织，设定合适的成份及孕育方式，来达到改善大断面铸铁心部与边缘组织差异，从而获得优异的综合机械性能。

发明内容

本发明是在熔炼过程中加入钛铁合金和在出铁时添加金属锑，在石墨结晶器内铁液快速冷却时，析出形成细小蜷曲的D型石墨。以此获得具有高的抗渗透性、高强度以及较强的耐压气密性的D型石墨铸铁型材。

本发明提供了一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，通过以下技术方案得以实现的：

一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，D型石墨铸铁型材为大断面型材，D型石墨铸铁型材中碳、硅、锰、铜、钛以及锑元素的质量百分范围比范围分别为：

碳：3.30％-3.40％；

硅：2.10％-2.20％；

锰：0.85％-0.95％；

铜：0.19％-0.21％；

钛：0.25％-0.35％；

锑：0.05％-0.07％；

其余为铁。

与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：得到的石墨铸铁型材具有高抗渗透性、高强度以及较强的耐压气密性。

进一步优选为：D型石墨铸铁型材中碳、硅、锰、铜、钛以及锑的质量百分比分别为：

碳：3.35％；

硅：2.15％；

锰：0.93％；

铜：0.20％；

钛：0.30％；

锑：0.06％；

其余为铁。

采用上述技术方案，该D型石墨铸铁型材断面敏感性很低，综合性能高。

本发明还提供了一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，具体包括以下步骤：

(1)铁液的熔炼，按照质量分数比称取炉后配料生铁Q10、废钢以及回炉棒或铁屑，加入熔炼炉内；向熔炼炉内添加增碳剂、硅块、锰铁以及钛铁，熔炼铁液至1500℃-1550℃之间，过热之后取样分析，合格后转入出铁液的保温包内。

(2)待保温包内铁液的温度达到1430-1450℃出炉进行孕育，在保温包底加入孕育剂和金属锑，扒渣，测温，温度控制在1375-1390℃之间。

(3)将铁液注入保温炉内，测定保温炉内铁液的温度，控制保温炉内的温度在1335-1355℃。当第一包铁液注入保温炉内之后铁液包裹住牵引头，并结晶凝固，开始启动拉拔。以步长约35-45mm/步，并以拉-停-拉的方式启动；

(4)待启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，确定拉拔与停留的工艺参数。

采用上述技术方案，缩小与细化了石墨形态，提高了大断面D型石墨铸铁型材的组织均匀性，使型材致密性更高，缩小了断面的敏感性，提高了耐压渗透性等，从而可以得到高质量的铸铁型材。

进一步优选为：生铁Q10的组分及质量百分比分别为：

碳：3.45％-3.55％；

硅：1.8％；

磷：0.029％；

锰：0.92％；

硫：0.017％；

钛：0.08％；

其余为铁。

采用上述技术方案，生铁Q10是炉后配料的主要组份之一，加大用量可降低原铁液中抗干扰元素含量，生产符合要求的D型石墨铸铁。

进一步优选为：废钢的组分及质量百分比分别为：

碳：0.15％；

硅：0.22％；

磷：0.023％；

锰：0.52％；

硫：0.018％；

铬：0.0297％；

钛：0.06％；

其余为铁。

采用上述技术方案，废钢是炉后配料的主要组份之一，加大用量可降低原铁液中抗干扰元素含量，生产符合要求的D型石墨铸铁。

进一步优选为：铁屑或者回炉棒的组分及质量百分比分别为：

碳：3.5％；

硅：2.65％；

磷：0.046％；

锰：0.32％；

硫：0.011％；

其余为铁。

采用上述技术方案，铁屑或者回炉料是炉后配料的组成成分，可降低生产成本。

进一步优选为：增碳剂中的组分及质量百分比分别为：

固定碳：98.5％；

挥发分：0.72％；

灰分：0.28％；

硫：0.35％；

水分：0.15％。

采用上述技术方案，增碳剂在铁液中形成碳素显微团粒，可以防止大断面心部出现孕育衰退。

进一步优选为：硅铁块的粒度为15-35mm，按质量比中硅：65％；其余为铁。

采用上述技术方案，硅铁块能阻止铁中形成碳化物，促进石墨的析出和细化。

进一步优选为：孕育剂为硅钡复合孕育剂，粒度为3-8mm，其中：

硅：69-75％；

钡：2％-3％；

其余为铁。

采用上述技术方案，可促进石墨化，改善石墨形态和分布状况，细化基体组织。

具体实施方式

实施例1：一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，其中的碳、硅、锰、铜、钛以及锑的质量百分比范围分别为：碳：3.30％-3.40％，硅：2.10％-2.20％，锰：0.85％-0.95％，铜：0.19％-0.21％，钛：0.25％-0.35％，锑：0.05％-0.07％，其余为铁。该D型石墨铸铁型材具有高的抗渗透性、较强的耐压气密性。选取一种提高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，其中碳、硅、锰、铜、钛以及锑的质量百分比分别为：碳：3.35％，硅：2.15％，锰：0.93％，铜：0.20％钛：0.30％，锑：0.06％，其余为铁。该D型石墨铸铁型材断面敏感性很低，综合性能高。

实施例2：一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，选用生产LZ/DT250材质的型材，此型材截面断面较大，液芯在拉拔出口之外很远的距离仍会存在。生产前严格按照生产型材的尺寸制作牵引头，且忌牵引头的粗制滥造，或者与石墨套的间隙过大或过小，过小无法排气，过大容易漏出铁液，都容易造成生产的失败。因此选择在河北恒工机械装备科技有限公司的一号生产线上生产，单股拉拔制作。

一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，具体包括以下步骤：

将结晶器与保温炉组合安装完毕后，使用天燃气烘烤保温炉约3-5个小时，生产前保温炉内的温度约是500-600℃，呈红色，目的是减少温度的波动和先期注入铁液后被氧化。

(1)铁液的熔炼，采用一台6吨和一台10吨中频感应电炉熔炼铁液，铁液的重量在1.2-1.3吨/包，按照质量份数比生铁Q10：废钢：回炉棒/铁屑为55:30:15称取炉后配料，操作电磁吸盘将生铁、废钢、回炉棒或铁屑称重并放置在加料车上，震动后加入熔炼炉内，并添加增碳剂、硅块、锰铁以及钛铁合金。

将铁液熔炼至1500℃-1550℃之间，过热15-25分钟之后取样分析，根据分析的结果进行确认合格后转入出铁液的保温包内，混合均匀。

生铁Q10的组分及质量百分比分别为：碳：3.45-3.55％，硅：1.8％，磷：0.029％，锰：0.92％，硫：0.017％，钛：0.08％，其余为铁。废钢的组分及质量百分比分别为：碳：0.15％，硅：0.22％，磷：0.023％，锰：0.52％，硫：0.018％，铬：0.0297％，钛：0.06％，其余为铁。生铁Q10和废钢是炉后配料的主要组分，加大用量可降低原铁液中抗干扰元素含量，生产符合要求的D型石墨铸铁。

铁屑或者回炉棒的组分及质量百分比分别为：碳：3.5％，硅：2.65％，磷：0.046％，锰：0.32％，硫：0.011％，其余为铁。铁屑或者回炉棒是炉后配料的组成成分，可降低生产成本。

增碳剂中的组分及质量百分比分别为：固定碳：98.5％，挥发分：0.72％，灰分：0.28％，硫：0.35％，水分：0.15％。增碳剂在铁液中形成碳素显微团粒，可以防止大断面心部出现孕育衰退。增碳剂的量是根据测定出的结果差数计算得出的补加量。

硅铁块的粒度为15-35mm，按质量比中硅：65％，其余为铁。硅铁块能阻止铁中形成碳化物，促进石墨的析出和细化。

(2)待保温包内铁液的温度达到1430-1450℃出炉进行孕育，在保温包底加入质量百分比为0.5％的硅钡复合育剂，和金属锑0.06％处理。当保温包内的铁液达到额定量，吊运至扒渣处扒渣三遍，测温，确认温度在1375-1390℃之间。

孕育剂为硅钡复合孕育剂，粒度为3-8mm，其中：硅：69-75％，钡：2％-3％，其余为铁。该孕育剂可促进石墨化，改善石墨形态和分布状况，细化基体组织。

(3)将铁液注入生产线上的保温炉内，测定保温炉内铁液的温度，控制保温炉内的温度在1335-1355℃。当第一包铁液注入保温炉内之后停留2分钟，铁液包裹住牵引头，并在结晶器出口处结晶凝固出一定的强度，开始启动拉拔。引锭杆子在牵引机组的牵引拉拔下，以稳定的经验步长约35-45mm/步，并以拉-停-拉的方式稳步启动。在拉拔过程中注意每小时观测循环水的出水温度，高于50℃时，在结晶器出口处喷水进行冷却。

当铁液进入保温炉与结晶器后，在结晶器内快速冷凝，共晶石墨在急冷状态下快速析出成为细小蜷曲的D型石墨。细小的D型石墨缩尖端比较圆顿，彼此之间几乎不再连接，组织差异很小，断面织均匀且敏感性很低。

(4)待启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，确定拉拔与停留的正常生产的工艺参数。为了确保组织的均匀性，拉拔参数设置取正常范围内的最低值，以缩短型材拉拔出口之后型材内铁液芯停留时间，稳定组织。

(5)为了达到稳产，高品质的目标，补给炉内铁液间隔时间必须严格控制在9-11分钟之内，本着勤补少补的原则，保持保温炉铁液的“新鲜度”，最大程度的降低保温炉内压力的波动，才能确保炉内的铁液具有很强的自发形核能力。循环水冷却时，在拉拔机组的牵引下，结晶器内的铁液迅速凝固，得到的外部轮廓尺寸稳定，外表光洁，内在组织致密均匀。以此获得具有高的抗渗透性、高强度以及较强的耐压气密性的D型石墨铸铁型材。

实施例3：

对比例1：选取利用水平连铸工艺生产特大断面石墨铸铁型材，碳、硅、锰、铜以及钛的质量百分比分别为：碳：3.35％，硅：2.15％，锰：0.93％，铜：0.20％，钛：0.06％，其余为铁。本发明选取LZ/DT250材质的与对比例1的组分及质量百分比对比如下表1所示：

表1型材组分及质量百分比对照表

将实施例2提供的LZ/DT250材质的和对比例1的石墨铸铁型材分别选取断面，在断面的上边缘、下边缘、中心、左边缘以及右边缘取试验点，进行断面硬度检测实验，在实验过程中记录数据，根据数据计算得出断面硬度差数据如表2所示：

表2石墨铸铁与LZ/DT25 360*3000mm断面硬度差对比表

由此可得出，添加了金属钛和锑的铸铁型材，断面硬度差值降低了很多，所以铸铁型材的断面硬度得到提高，增强了断面承受较压力的性能。

将实施例2提供的LZ/DT250材质的和对比例1的石墨铸铁型材分别选取1/4、1/8以及1/16处进行抗拉强度实验，实验过程中记录实验数据，得出数据如表3所示：

由此得出，添加了金属钛和锑的铸铁型材，抗拉强度比实施例2的抗拉强度高得多，强度得到了大幅提高。

将实施例1提供的D型石墨铸铁型材的原辅料加入中频感应炉内熔炼成铁液，进入保温炉后快速冷凝，其中共晶石墨在急冷状态下快速析出成为细小蜷曲的D型石墨。细小的D型石墨缩尖端比较圆顿，彼此之间几乎不再连接，组织差异很小，断面织均匀且敏感性很低。当试验压力高大40MPa时，取壁厚1mm试样进行试验，都没有出现渗漏和压力降低的现象，因此添加了金属钛和锑的石墨铸铁型材具有高的抗渗透性和较强的耐压气密性。

所以，通过上述方法制备高耐压气密性和强度的石墨铸铁，该型材具有高致密度，高耐压气密性、硬度偏差小以及高强度的性能特点。改善了特大断面铸铁心部与边缘组织差异，从而获得优异的综合机械性能的特大断面高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，其特征在于：所述D型石墨铸铁型材为大断面型材，所述D型石墨铸铁型材中碳、硅、锰、铜、钛以及锑的质量百分比范围分别为：

碳：3.30％-3.40％；

硅：2.10％-2.20％；

锰：0.85％-0.95％；

铜：0.19％-0.21％；

钛：0.25％-0.35％；

锑：0.05％-0.07％；

其余为铁。

2.根据权利要求1所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材，其特征在于：所述D型石墨铸铁型材中碳、硅、锰、铜、钛以及锑的质量百分比分别为：

碳：3.35％；

硅：2.15％；

锰：0.93％；

铜：0.20％；

钛：0.30％；

锑：0.06％；

其余为铁。

3.一种高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)铁液的熔炼，按照质量分数比称取炉后配料生铁Q10、废钢以及回炉棒或铁屑，加入熔炼炉内；向熔炼炉内添加增碳剂、硅块、锰铁以及钛铁，熔炼铁液至1500℃-1550℃之间，过热之后取样分析；合格后转入出铁液的保温包内；

(2)待保温包内铁液的温度达到1430-1450℃出炉进行孕育，在保温包底加入孕育剂和金属锑，扒渣，测温，温度控制在1375-1390℃之间；

(3)将铁液注入保温炉内，测定保温炉内铁液的温度，控制保温炉内的温度在1335-1355℃；当第一包铁液注入保温炉内之后铁液包裹住牵引头，并结晶凝固，开始启动拉拔；以步长约35-45mm/步，并以拉-停-拉的方式启动；

4.根据权利要求3所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：所述生铁Q10的组分及质量百分比分别为：

碳：3.45％-3.55％；

硅：1.8％；

磷：0.029％；

锰：0.92％；

硫：0.017％；

钛：0.08％；

其余为铁。

5.根据权利要求3所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：所述废钢的组分及质量百分比分别为：

碳：0.15％；

硅：0.22％；

磷：0.023％；

锰：0.52％；

硫：0.018％；

铬：0.0297％；

钛：0.06％；

其余为铁。

6.根据权利要求3所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：所述铁屑或回炉棒的组分及质量百分比分别为：

碳：3.5％；

硅：2.65％；

磷：0.046％；

锰：0.32％；

硫：0.011％；

其余为铁。

7.根据权利要求3所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：所述增碳剂中的组分及质量百分比分别为：

固定碳：98.5％；

挥发分：0.72％；

灰分：0.28％；

硫：0.35％；

水分：0.15％。

8.根据权利要求3所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：所述硅铁块的粒度为15-35mm，硅的质量百分比为65％，其余为铁。

9.根据权利要求3所述的高耐压气密性和强度的D型石墨铸铁型材的工艺，其特征在于：所述孕育剂为硅钡复合孕育剂，粒度为3-8mm，按质量比由以下组分组成：

硅：69％-75％；

钡：2％-3％；

其余为铁。