CN110923562A - 一种球磨铸铁产品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种球磨铸铁产品，球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.8～3.2%、Bi合金：0.213～0.24‰、Sn合金：1.0～1.5%、C：4.0～5.0%，其余为铁。还提供了球墨铸铁产品的制备方法，包括熔炼、铁水球化处理、孕育处理、浇筑步骤。本发明的球墨铸铁产品及经其制备方法制备的球墨铸铁产品具有成本低、成品率高的优点。

Description

一种球磨铸铁产品及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种球磨铸铁产品及其制备方法。
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。通过球化处理使石墨形成球状，能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。由于球墨铸铁的强度、塑度、韧性高，疲劳强度接近于中碳钢，耐磨性优于非合金钢，切削性能可与灰铸铁相媲美，制造成本低等优点，在机械和汽车等领域获得了广泛的应用。
随着现代工业的发展，对球墨铸铁的需求量越来越大。但是，目前传统球墨铸铁的生产原料多为球墨铁与生铁，其生产成本很高。同时，针对低、中、高三种质量的球铁，采用传统的生产工艺进行制备，低、中、高三种质量的球铁存在强度、硬度、珠光体含量偏低、材质不稳定的问题，降低了球墨铸铁的产品质量及成品率。
一般来说，当球墨铸铁的铁素体含量、强度等不符合标准时，需要对其进行退火的热处理，经计算球墨铸铁退火处理时，每炉需要消耗电费约760元，每处理一炉需要约14个小时，热处理后抛丸清理净毛坯表面氧化皮，送机加工车间加工，使其成本约增加900元，且热处理用时长、毛坯滞留时间增加、流转慢、影响交货期，且增加一道工序，使得热处理后表面氧化皮难清理，清理时间延长。
发明内容
本发明的目的在于解决传统的球墨铸铁产品成本高、质量及成品率低、制备工期长、生产效率低的问题，提供了一种球磨铸铁产品及其制备方法。本发明拟通过对球磨铸铁产品的原料进行筛选，且通过新的方法将筛选后原料制备球墨铸铁，从而在保证球墨铸铁的质量的基础上，大幅度降低球墨铸铁的成本。
本发明提供了一种球磨铸铁产品，球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.8～3.2％、Bi合金：0.213～0.24‰、Sn合金：1.0～1.5％、C：4.0～5.0％，其余为铁。经大量的试验验证，通过在球磨铸铁产品中加入Sn合金，能够提高浇筑后球磨铸铁产品的铁素体的含量，从而减少了后期球磨铸铁产品的热处理，大幅度降低了产品的成本。
进一步的，作为对上述球墨铸铁产品的进一步优化，球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.9～3.0％、Bi合金：0.22～0.225‰、Sn合金：1.2～0.13％、C：4.5～4.6％。
进一步的，上述球磨铸铁产品中铁素体的含量为≥92.0％、延伸率≧18、硬度为130～184HB、抗拉强度≧420MPa、屈服强度≧300MPa、石墨形态Ⅱ级、球化等级≧85％。
在球磨铸铁产品的一种优选实施例中，球磨铸铁产品中铁素体由球磨铸铁原料经增碳工艺形成，球磨铸铁原料包括废钢原料，其中废钢原料的成分为钢。由于球墨铁与生铁的成本较高，用于生产球墨铸铁会大幅度增加球磨铸铁产品的原料成本。而废钢是钢铁厂生产过程中不成为产品的钢铁废料(如切边、切头等)以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，包括成分为钢的叫废钢及成分为生铁的叫废铁，统称废钢。因此，本申请采用成分为钢的废钢作为生产球墨铸铁产品的原料之一。
优选的，作为对球墨铸铁产品的球墨铸铁原料进一步优化，球磨铸铁原料中还包括球磨铸铁回炉料。
本发明还提供了一种球磨铸铁产品的制备方法，包括以下步骤：
S1熔炼：
步骤1、在熔炼炉中加入球墨铸铁原料，并加入球墨铸铁原料质量的2.8～3.2％的Si和0.213～0.24‰的Bi合金，加入增碳剂进行熔炼，形成生铁水；
步骤2、用炉前碳硅快速分析仪对生铁水中的硅及铁的含量进行分析，并选择加入增碳剂调整生铁水内的硅及铁的含量，将生铁水温度升至1330～1450℃进行保温，得到合格的铁水；
S2铁水球化处理：
步骤3、将熔炼的合格的铁水倒入专用铁水包中，加入铁水包内铁水质量的1.0～1.5％的Sn合金及若干球化剂，在1330～1450℃的温度下进行球化处理，再进行扒渣处理；
S3孕育处理：
步骤4、加入孕育剂进行第一次孕育处理，铁水静置；
S3浇筑：
步骤5、将第一次孕育后的铁水进行浇筑，在浇筑过程中加入孕育剂进行第二次孕育处理，形成球磨铸铁产品；
其中，步骤1中，球磨铸铁原料包括但不限于废钢原料。
作为对上述制备方法的进一步改进，步骤1中的球磨铸铁原料还包括球磨铸铁回炉料，步骤1包括步骤1.1和步骤1.2；
步骤1.1：在熔炼炉中加入废钢原料，并加入废钢原料质量的2.8～3.2％的Si和0.213～0.24‰的Bi合金的，加入增碳剂进行熔炼，形成废钢溶液；
步骤1.2：在废钢溶液中加入球磨铸铁回炉料，加入增碳剂进行再次熔炼，熔炼完成后升温至1250～1450℃。
优选的，铸造后的球墨铸铁产品的铁素体含量约为88～89％，达不到产品92.0％的质量标准要求，因此需要进行退火进行处理，使球墨铸铁产品的铁素体含量达到92.0％以上。具体的，球磨铸铁产品的制备方法还包括S4热处理：步骤5，将浇筑后的球磨铸铁产品进行退火处理，退火温度为1050～1350℃，退火时间为30～60min。
与现有技术相比，本发明型的有益效果是：本发明的球墨铸铁产品，通过加入Sn合金，从而提高了球墨铸铁产品中铁素体的含量，减少了浇筑后需要进行再次热处理的产品量。经统计，已每炉热处理的成本约为1000元计算，由2017年的500炉以上，到2019年降至26炉，热处理的成本节约50万元。
具体实施方式
以下通过实施方式对发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
实施例1：
本实施例提供了一种球磨铸铁产品，在本实施方式中，球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.8～3.2％、Bi合金：0.213～0.24‰、Sn合金：1.0～1.5％、C：4.0～5.0％，其余为铁。上述球磨铸铁产品中铁素体的含量为≥92.0％、延伸率≧18、硬度为130～184HB、抗拉强度≧420MPa、屈服强度≧300MPa、石墨形态Ⅱ级、球化等级≧85％。
球磨铸铁产品设计时，为了提高强度、硬度、珠光体含量、铁素体含量的合金，又不影响球化率和石墨形态的一种稳定可靠的合金添加剂，进行了大量的筛选。初步筛选了锰(Mn)、铜(Gu)、镍(Ni)、锡(Sn)、铬(Cr)几种金属的合金。通过对上述几种合金进行再次筛选，进行了多次试验，试验结果如下：
a.锰(Mn)合金加入量大，提高性能效果有限，加入量过时，副作用大，缩松倾向大，易偏析(排除)；
b.铜(Gu)合金加入量大，成本高，提高性能有限(排除)；
c.镍(Ni)合金成本高，提高性能有限(不适合)；
d.锡(Sn)合金加入量小，成本低，加入量范围大提高性能作用的量，能细化石墨，超极限加入量影响球化率(适合使用)；
e.铬(Cr)合金成本低，加入量小，提高珠光体效果的量，严重影响石墨化，促进形成渗碳体(不适合)；
通过对上述合金材料进行筛选，发现锡(Sn)合金较适合，并试验研究，当锡(Sn)合金的加入量为球磨铸铁质量的1.0～1.5％时，球磨铸铁产品的抗拉强度、硬度、珠光体含量、铁素体含量都能达到设计的标准。
经大量的试验验证，通过在球磨铸铁产品中加入Sn合金，能够提高浇筑后球磨铸铁产品的铁素体的含量，从而减少了后期球磨铸铁产品的热处理，大幅度降低了产品的成本。
进一步的，上述球磨铸铁产品中铁素体的含量为≥92.0％。
在球磨铸铁产品的一种优选实施例中，球磨铸铁产品中铁素体由球磨铸铁原料经增碳工艺形成，球磨铸铁原料包括废钢原料，其中废钢原料的成分为钢。由于球墨铁与生铁的成本较高，用于生产球墨铸铁会大幅度增加球磨铸铁产品的原料成本。而废钢是钢铁厂生产过程中不成为产品的钢铁废料(如切边、切头等)以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，包括成分为钢的叫废钢及成分为生铁的叫废铁，统称废钢。因此，本申请采用成分为钢的废钢作为生产球墨铸铁产品的原料。
实施例2：
本实施例提供的是实施例1的一种球磨铸铁产品的制备方法，包括以下步骤：
S1熔炼：
步骤1、在熔炼炉中加入500KG球墨铸铁原料(废钢原料)，并加入球墨铸铁原料质量的14～16KG的Si和0.11～0.12KG的Bi合金，加入增碳剂进行熔炼，形成生铁水；
步骤2、用炉前碳硅快速分析仪对生铁水中的硅及铁的含量进行分析，并选择加入增碳剂调整生铁水内的硅及铁的含量，将生铁水温度升至1330～1450℃进行保温约3h，得到合格的铁水；
S2铁水球化处理：
步骤3、将熔炼的合格的铁水倒入专用铁水包中，加入铁水包内铁水质量的5～5.5KG的Sn合金及若干球化剂，在1330～1450℃的温度下进行球化处理，再进行扒渣处理；
S3孕育处理：
步骤4、加入孕育剂进行第一次孕育处理，铁水静置30～60min；
S3浇筑：
步骤5、将第一次孕育后的铁水进行浇筑，在浇筑过程中加入孕育剂进行第二次孕育处理，形成球磨铸铁产品；
通过上述制备方法制备的球磨铸铁产品，用WEW-6008屏显式万能试验机检查物理性能，试验检查结果见下表一：
表一
试样编号 抗拉强度(Mpa) 屈服强度(Mpa) 延伸率％ 试验结论
试样1 532 360 18.5 合格
试样2 570 380 18.6 合格
试样3 564 381 18.4 合格
上述试样1～试验3上，在接近平均厚度处取金相试块检查金相，并检查布氏硬度(HB)，结果见下表二所示：
表二
试样编号 球化率(％) 石墨形态 铁素体量(％) 硬度(HB)
试样1 ≧91％ Ⅱ级 93.5％ 181
试样2 ≧94％ Ⅱ级 92.6％ 168
试样3 ≧92％ Ⅱ级 92.8％ 175
经测试后，球磨铸铁产品的硬度、铁素体的含量、石墨形态等均能符合标准。
实施例3：
本实施例是在实施例1的基础上做进一步的改进，通过在实施例1中的球墨铸铁产品基础上，对球墨铸铁产品的各个成分进行优化，得到最佳的配比方式，即球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.9～3.0％、Bi合金：0.22～0.225‰、Sn合金：1.2～0.13％、C：4.5～4.6％。上述球磨铸铁产品中铁素体的含量为≥92.0％、延伸率≧18、硬度为130～184HB、抗拉强度≧420MPa、屈服强度≧300MPa、石墨形态Ⅱ级、球化等级≧85％。
在球磨铸铁产品的一种优选实施例中，球磨铸铁产品中铁素体由球磨铸铁原料经增碳工艺形成，球磨铸铁原料包括废钢原料，其中废钢原料的成分为钢。由于球墨铁与生铁的成本较高，用于生产球墨铸铁会大幅度增加球磨铸铁产品的原料成本。而废钢是钢铁厂生产过程中不成为产品的钢铁废料(如切边、切头等)以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，包括成分为钢的叫废钢及成分为生铁的叫废铁，统称废钢。
同时，球磨铸铁产品生产中，浇筑后的球磨铸铁产品经切削、修整等后，甚至有些质量不合格的球磨铸铁产品，需要对其进行回炉处理，称为球磨铸铁回炉料，其可以作为球磨铸铁原料使用。
因此，本实施例采用成分为钢的废钢和球磨铸铁回炉料作为生产球墨铸铁产品的原料。
实施例4：
本实施例是实施例3的球磨铸铁产品的制备方法，包括以下步骤：
S1熔炼：
步骤1、在熔炼炉中加入500KG球墨铸铁原料，并加入球墨铸铁原料质量的11.6～12KG的Si和0.088～0.09KG的Bi合金，加入增碳剂进行熔炼，形成生铁水；具体的，步骤1包括步骤1.1和步骤1.2，即：
步骤1.1：在熔炼炉中加入400废钢原料，并加入废钢原料质量的11.6～12KG的Si和0.088～0.09KG的Bi合金，加入增碳剂进行熔炼，形成废钢溶液；
步骤1.2：在废钢溶液中加入球磨铸铁回炉料，加入增碳剂进行再次熔炼，熔炼完成后升温至1250～1450℃。
步骤2、用炉前碳硅快速分析仪对生铁水中的硅及铁的含量进行分析，并选择加入增碳剂调整生铁水内的硅及铁的含量，将生铁水温度升至1330～1450℃进行保温约2h，得到合格的铁水；
S2铁水球化处理：
步骤3、将熔炼的合格的铁水倒入专用铁水包中，加入铁水包内铁水质量的5～5.5KG的Sn合金及若干球化剂，在1330～1450℃的温度下进行球化处理，再进行扒渣处理；
S3孕育处理：
步骤4、加入孕育剂进行第一次孕育处理，铁水静置50～120min；
S3浇筑：
步骤5、将第一次孕育后的铁水进行浇筑，在浇筑过程中加入孕育剂进行第二次孕育处理，形成球磨铸铁产品；
通过上述制备方法制备的球磨铸铁产品，用WEW-6008屏显式万能试验机检查物理性能，试验检查结果见下表三：
表三
试样编号 抗拉强度(Mpa) 屈服强度(Mpa) 延伸率％ 试验结论
试样4 532 360 18.5 合格
试样5 570 380 18.6 合格
试样6 564 381 17.8 不合格
上述试样4～试样6上，在接近平均厚度处取金相试块检查金相，并检查布氏硬度(HB)，结果见下表四所示：
表四
试样编号 球化率(％) 石墨形态 铁素体量(％) 硬度(HB)
试样4 ≧91％ Ⅱ级 93.5％ 181
试样5 ≧94％ Ⅱ级 91.4％ 120
试样6 ≧92％ Ⅱ级 92.8％ 175
经测试后，球磨铸铁产品的硬度、铁素体的含量、石墨形态等大部分能符合标准。
由于个别试样中的铁素体含量比较低，铸造后的球墨铸铁产品的铁素体含量约为88～89％，达不到产品92.0％的质量标准要求，因此需要进行退火进行处理，使球墨铸铁产品的铁素体含量达到92.0％以上。
球磨铸铁产品的制备方法还包括S4热处理：
步骤5，将浇筑后的球磨铸铁产品进行退火处理，退火温度为1050～1350℃，退火时间为30～60min。
对不合格的试样5及试样6进行退火处理，经过退火处理后再用WEW-6008屏显式万能试验机检查物理性能，试验检查结果见下表五：
表五
试样编号 抗拉强度(Mpa) 屈服强度(Mpa) 延伸率％ 试验结论
试样5.1 596 387 19.1 合格
试样6.1 584 392 18.7 合格
上述试样5.1和试样6.1上，在接近平均厚度处取金相试块检查金相，并检查布氏硬度(HB)，结果见下表六所示：
表六
试样编号 球化率(％) 石墨形态 铁素体量(％) 硬度(HB)
试样5.1 ≧94％ Ⅱ级 92.6％ 145
试样6.1 ≧92％ Ⅱ级 93.5％ 181
经再次测试后，处理后的试样5.1和试样6.1的球磨铸铁产品的硬度、铁素体的含量、石墨形态等均产品质量符合标准。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种球磨铸铁产品，其特征在于：球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.8～3.2%、Bi合金：0.213～0.24‰、Sn合金：1.0～1.5%、C：4.0～5.0%，其余为铁。
2.根据权利要求1所述的一种球磨铸铁产品，其特征在于：球磨铸铁产品以重量百分比计，包括以下成分：Si：2.9～3.0%、Bi合金：0.22～0.225‰、Sn合金：1.2～0.13%、C：4.5～4.6%，其余为铁。
3.根据权利要求1或2所述的一种球磨铸铁产品，其特征在于：球磨铸铁产品中铁素体的含量为≥92.0%、延伸率≧18、硬度为130～184HB、抗拉强度≧420MPa、屈服强度≧300MPa、石墨形态Ⅱ级、球化等级≧85%。
4.根据权利要求3所述的一种球磨铸铁产品，其特征在于：球磨铸铁产品中所述铁素体由球磨铸铁原料经增碳工艺形成，所述球磨铸铁原料包括废钢原料，其中废钢原料的成分为钢。
5.根据权利要求4所述的一种球磨铸铁产品，其特征在于：所述球磨铸铁原料中还包括球磨铸铁回炉料。
6.一种球磨铸铁产品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1熔炼：
步骤1、在熔炼炉中加入球墨铸铁原料，并加入球墨铸铁原料质量的2.8～3.2%的Si和0.213～0.24‰的Bi合金，加入增碳剂进行熔炼，形成生铁水；
步骤2、用炉前碳硅快速分析仪对生铁水中的硅及铁的含量进行分析，并选择加入增碳剂调整生铁水内的硅及铁的含量，将生铁水温度升至1330～1450℃进行保温，得到合格的铁水；
S2铁水球化处理：
步骤3、将熔炼的合格的铁水倒入专用铁水包中，加入铁水包内铁水质量的1.0～1.5%的Sn合金及若干球化剂，在1330～1450℃的温度下进行球化处理，再进行扒渣处理；
S3孕育处理：
步骤4、加入孕育剂进行第一次孕育处理，铁水静置；
S3浇筑：
步骤5、将第一次孕育后的铁水进行浇筑，在浇筑过程中加入孕育剂进行第二次孕育处理，形成球磨铸铁产品；
其中，步骤1中，球磨铸铁原料包括但不限于废钢原料。
7.根据权利要求6所述的一种球磨铸铁产品的制备方法，其特征在于，步骤1中的球磨铸铁原料还包括球磨铸铁回炉料，步骤1包括步骤1.1和步骤1.2；
步骤1.1：在熔炼炉中加入废钢原料，并加入废钢原料质量的2.8～3.2%的Si和0.213～0.24‰的Bi合金，加入增碳剂进行熔炼，形成废钢溶液；
步骤1.2：在废钢溶液中加入球磨铸铁回炉料，加入增碳剂进行再次熔炼，熔炼完成后升温至1250～1450℃。
8.根据权利要求6或7所述的一种球磨铸铁产品的制备方法，其特征在于，还包括S4热处理：步骤5，将浇筑后的球磨铸铁产品进行退火处理，退火温度为1050～1350℃，退火时间为30～60min。
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