CN111187973B - 一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁及其生产工艺 - Google Patents

一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁及其生产工艺，以生铁、废钢、镍、硅铁、增碳剂，或生铁、回炉料、废钢、增碳剂为原料，放入在中频炉进行冶炼，得到合格铁水，加入增碳剂并出炉；对球化处理包进行烤包作业，装入蠕化剂、孕育剂和铁屑保温，将铁水冲入蠕化处理包中，当蠕化处理包中冲入铁水的量占铁水总质量2/3时，加入孕育剂进行二次孕育，并继续冲入剩余铁水；铁水完全冲入蠕化处理包后，扒渣浇注，在浇注的同时加入随流孕育剂，得到蠕墨铸铁。优点是：工艺简单，操作容易。制得的蠕墨铸铁拉伸强度为400MPa以上，屈服强度在300MPa以上，断裂伸长率2.5％以上。其断裂伸长率RuT400A国家标准要求的2.5倍以上。

Description

一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁及其生产工艺。
背景技术
蠕墨铸铁具有优良的综合机械性能，减震性、导热性、耐热疲劳性和耐磨性均优于同等抗拉强度的球墨铸铁。蠕墨铸铁可以广泛应用于汽车发动机、排气管、柴油机缸盖、制动零件等。
目前，RuT蠕墨铸铁的伸长率大多在1％-2％，蠕墨铸铁牌号RuT400中规定材料抗拉强度不得低于400MPa，屈服强度大于280MPa，伸长率不小于1％，RuT400蠕墨铸铁。然而，延伸率越好的金属材料越有利于受力，材料在使用过程中的安全系数越高。提高延伸率也就是提高了材料的疲劳强度及其使用寿命。高伸长率RuT蠕墨铸铁可更广泛的应用于受力的关键结构件上，结合蠕墨铸铁本身优异的综合性能大大提高了本材料的应用空间。而伸长率与抗拉强度成反比，伸长率提高了，抗拉强度却降低了，无法满足其蠕铁牌号要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单，操作容易，室温下拉伸强度为400MPa以上、屈服强度大于280MPa、伸长率大于2.5％的高伸长率RuT400蠕墨铸铁及其生产工艺。
本发明的技术解决方案是：
一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁，所述的高强度蠕墨铸铁按重量百分比由如下成分组成：C：3.5％-3.8％，Si：2.4％-2.6％，Mn：0.7-0.9％，P≤0.03％，S≤0.015％，Mg：0.03％-0.045％，RE的质量含量＜0.01％，余量为铁和不可避免杂质；
所述RuT400高韧性蠕墨铸铁中蠕化率＝70％，珠光体含量60％-70％，断裂伸长率为2.5％-2.66％。
一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁的生产工艺，其具体步骤如下：
(1)冶炼铁水
将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，所述铁水冶炼原料为生铁、废钢、硅铁和增碳剂，或生铁、RuT400高韧性蠕墨铸铁回炉料、废钢和增碳剂，当冶炼温度达到1510℃-1530℃时，取样检测冶炼得到的铁水成分，根据取样检测结果，进行成分调整，使铁水中的C的质量含量为3.5％-3.8％、Si的质量含量为1.2％-1.4％、Mn的质量含量为0.7％-0.9％，得到合格铁水，加入占铁水总质量0.08％-0.12％的增碳剂，并出炉；
(2)蠕化处理包的烤包处理
装料前，对蠕化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃-450℃；
(3)蠕化处理
向蠕化处理包装入占铁水总质量0.25％-0.3％的埃肯蠕化剂、占铁水总质量0.2％的孕育剂、占铁水总质量0.5％的铁屑，在400℃-450℃保温1h，将步骤(2)中的铁水冲入蠕化处理包中，当蠕化处理包中冲入铁水的量占铁水总质量2/3时，加入占铁水总质量0.2％孕育剂进行二次孕育，并继续冲入剩余铁水；
两次加入的所述孕育剂为埃肯钙钡孕育剂；
所述埃肯蠕化剂成分质量百分含量的要求如下：Si:44％-48％、Mg：5.0％-6.0％、Re：5.5％-6.5％、Ca：1.8％-2.3％、Al≤1.0％。
(5)浇注处理
铁水完全冲入球化处理包后，扒渣，然后进行浇注，在浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育，所述随流孕育剂为硫氧孕育剂，其中，随流孕育剂的加入量占铁水总质量的0.1％，完成浇注；
(6)热处理
将浇注完成后的铸铁冷却后进行正火热处理，正火温度为880℃，保温时间为3小时，然后空冷，得到高伸长率RuT400蠕墨铸铁。
进一步的，所述生铁为高纯生铁，其中成分质量百分含量的要求如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Ti(％)
≥4.0 ≤1.5 ≤0.5 ≤0.025 ≤0.02 ≤0.03
生铁中微量元素质量百分含量的要求如下：
Figure BDA0002397282730000021
进一步的，所述废钢为碳素钢，其中成分质量百分含量的要求如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％)
≤0.3 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.02 ≤0.015
进一步的，所述硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B和FeSi75-C。
进一步的，所述增碳剂为高温石墨化增碳剂，其中，C的质量含量≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％。
进一步的，所述埃肯钙钡孕育剂牌号为BARINOC，其粒度为3mm-8mm；所述埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm。
进一步的，浇注时，浇注温度为1380℃-1440℃。
进一步的，浇注时，整个浇注完成时间≤10min。
本发明的有益效果是：
工艺简单，操作容易。通过合理调整蠕墨铸铁组成以及含量，使组织中形成大量的珠光体(珠光体含量＞60％)，从而是蠕墨铸铁的抗拉强度满足蠕墨铸铁牌号RuT400中规定抗拉强度要求。为解决抗拉强度对蠕墨铸铁伸长率的影响，冶炼铁水时，在出铁前，加入增碳剂的同时进行出炉，使增碳剂不能变成碳原子，而是以碳原子微晶的形式存在，形成多个单独的晶核，从而增加蠕铁中的石墨颗粒数量；并且蠕化处理时，通过分次加入孕育剂，在浇注的同时进行随流孕育，使蠕墨铸铁具有较高的蠕化率。制得的蠕墨铸铁具有较高抗拉强度的同时，具有较好的综合性能，其室温下抗拉强度为400MPa以上，满足蠕墨铸铁牌号RuT400中规定材料抗拉强度，且伸长率大于2.5％，为蠕墨铸铁牌号RuT400中规定材料伸长率的2.5倍以上。
附图说明
图1是本发明实施例1的未经腐蚀的100倍金相图；
图2是本发明实施例1的腐蚀后的100倍金相图；
图3是本发明实施例1的拉伸应力应变曲线图。
具体实施方式
本发明合格铁水标准要求按下表执行：
表1合格铁水标准要求
成分 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Mg(残)(％) RE％(残)(％)
范围 3.5-3.8 1.2-1.4 0.7-0.9 ≤0.03 ≤0.015 0.03-0.045 ＜0.01
实施例1
(1)配料称取铁水冶炼原料：
铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁0.715t，废钢0.285t，硅铁3.5kg，增碳剂4kg；
a.生铁为高纯生铁，其中成分质量百分含量如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Ti(％)
≥4.0 ≤0.4 ≤0.5 ≤0.025 ≤0.02 ≤0.03
生铁中微量元素质量百分含量如下：
Figure BDA0002397282730000041
余量为铁；
b.废钢为碳素钢，其中成分质量百分含量如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％)
≤0.3 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.02 ≤0.015
余量为铁；
c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；
(2)冶炼铁水
将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，当冶炼温度达到1510℃时，取样检测冶炼得到的铁水成分，满足表1要求，得到合格铁水，加入占铁水总质量0.08％的增碳剂进行预孕育，并出炉；
d.步骤(1)和步骤(2)增碳剂牌号SQ-ZT-09，济南圣泉产，为石墨化增碳剂，其中，C的质量含量≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；
(3)、蠕化处理包的烤包处理
装料前，对蠕化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃；
(4)、蠕化处理向蠕化处理包装入占铁水总质量0.25％的蠕化剂、占铁水总质量0.2％的孕育剂、占铁水总质量0.5％的铁屑，在400℃保温1h，将步骤(2)中的铁水冲入蠕化处理包中，当蠕化处理包中冲入铁水的量占铁水总质量2/3时，加入占铁水总质量0.2％孕育剂进行二次孕育，并继续冲入剩余铁水；
e.蠕化剂为埃肯蠕化剂，其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Mg(％) Re(％) Ca(％) Al(％)
44-48 5.0-6.0 5.5-6.5 1.8-2.3 1.0max
f.两次加入的孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，粒度3-8mm(BARINOC)，其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Ca(％) Ba(％) Al(％)
72-78 1.0-1.2 2.0-3.0 1.5max
(5)、浇注处理
铁水完全冲入蠕化处理包后，扒渣，然后在1380℃-1440℃下进行浇注，在浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂的加入量占铁水总质量的0.1％，整个浇注完成时间≤10min，完成浇注；
g.随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，粒度0.2-0.7mm。其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Ca(％) Ce(％) Al(％) (S+O)(％)
70-76 0.75-1.25 1.5-2 0.75-1.25 1max
(6)、热处理
将浇注完成后的铸铁冷却后进行正火热处理，正火温度为880℃，保温时间为3小时，然后空冷，得到高伸长率RuT400蠕墨铸铁。
蠕墨铸铁金相综合评定[GB/T 26656-2011]，评定结果为：
评定级别：蠕70(蠕化率＝70％)；珠65(珠光体含量67.3％)
实施例2
(1)配料称取铁水冶炼原料：
铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁0.72t，废钢0.28t，硅铁3.4kg，增碳剂4kg；
a.生铁为高纯生铁，其中成分质量百分含量如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Ti(％)
≥4.0 ≤0.4 ≤0.5 ≤0.025 ≤0.02 ≤0.03
生铁中微量元素质量百分含量如下：
Figure BDA0002397282730000051
余量为铁；
b.废钢为碳素钢，其中成分质量百分含量如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％)
≤0.3 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.02 ≤0.015
余量为铁；
c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；
(2)冶炼铁水
将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，当冶炼温度达到1510℃时，取样检测冶炼得到的铁水成分，满足表1要求，得到合格铁水，加入占铁水总质量0.10％的增碳剂进行预孕育，并出炉；
d.步骤(1)和步骤(2)增碳剂牌号SQ-ZT-09，济南圣泉产，为石墨化增碳剂，其中，C的质量含量≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；
(3)、蠕化处理包的烤包处理
装料前，对蠕化处理包进行烤包作业，烤包温度为450℃；
(4)、蠕化处理向蠕化处理包装入占铁水总质量0.30％的蠕化剂、占铁水总质量0.2％的孕育剂、占铁水总质量0.5％的铁屑，在450℃保温1h，将步骤(2)中的铁水冲入蠕化处理包中，当蠕化处理包中冲入铁水的量占铁水总质量2/3时，加入占铁水总质量0.2％孕育剂进行二次孕育，并继续冲入剩余铁水；
e.蠕化剂为埃肯蠕化剂，其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Mg(％) Re(％) Ca(％) Al(％)
44-48 5.0-6.0 5.5-6.5 1.8-2.3 1.0max
f.两次加入的孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，粒度3-8mm(BARINOC)，其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Ca(％) Ba(％) Al(％)
72-78 1.0-1.2 2.0-3.0 1.5max
(5)、浇注处理
铁水完全冲入蠕化处理包后，扒渣，然后在1380℃-1440℃下进行浇注，在浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂的加入量占铁水总质量的0.1％，整个浇注完成时间≤10min，完成浇注；
g.随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，粒度0.2-0.7mm。其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Ca(％) Ce(％) Al(％) (S+O)(％)
70-76 0.75-1.25 1.5-2 0.75-1.25 1max
(6)、热处理
将浇注完成后的铸铁冷却后进行正火热处理，正火温度为880℃，保温时间为3小时，然后空冷，得到高伸长率RuT400蠕墨铸铁。
蠕墨铸铁金相综合评定[GB/T 26656-2011]，评定结果为：
评定级别：蠕70(蠕化率＝70％)；珠65(珠光体含量62.2％)
实施例3
(1)配料称取铁水冶炼原料：
铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁0.718t，废钢0.282t，硅铁3.5kg，增碳剂4kg；
a.生铁为高纯生铁，其中成分质量百分含量如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Ti(％)
≥4.0 ≤0.4 ≤0.50 ≤0.025 ≤0.02 ≤0.03
生铁中微量元素质量百分含量如下：
Figure BDA0002397282730000071
余量为铁；
b.废钢为碳素钢，其中成分质量百分含量如下：
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％)
≤0.3 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.02 ≤0.015
余量为铁；
c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；
(2)冶炼铁水
将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，当冶炼温度达到1510℃时，取样检测冶炼得到的铁水成分，满足表1要求，得到合格铁水，加入占铁水总质量0.12％的增碳剂进行预孕育，并出炉；
d.步骤(1)和步骤(2)增碳剂牌号SQ-ZT-09，济南圣泉产，为石墨化增碳剂，其中，C的质量含量≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；
(3)、蠕化处理包的烤包处理
装料前，对蠕化处理包进行烤包作业，烤包温度为430℃；
(4)、蠕化处理向蠕化处理包装入占铁水总质量0.27％的蠕化剂、占铁水总质量0.2％的孕育剂、占铁水总质量0.5％的铁屑，在430℃保温1h，将步骤(2)中的铁水冲入蠕化处理包中，当蠕化处理包中冲入铁水的量占铁水总质量2/3时，加入占铁水总质量0.2％孕育剂进行二次孕育，并继续冲入剩余铁水；
e.蠕化剂为埃肯蠕化剂，其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Mg(％) Re(％) Ca(％) Al(％)
44-48 5.0-6.0 5.5-6.5 1.8-2.3 1.0max
f.两次加入的孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，粒度3-8mm(BARINOC)，其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Ca(％) Ba(％) Al(％)
72-78 1.0-1.2 2.0-3.0 1.5max
(5)、浇注处理
铁水完全冲入蠕化处理包后，扒渣，然后在1380℃-1440℃下进行浇注，在浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂的加入量占铁水总质量的0.1％，整个浇注完成时间≤10min，完成浇注；
g.随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，粒度0.2-0.7mm。其中成分质量百分含量如下：
Si(％) Ca(％) Ce(％) Al(％) (S+O)(％)
70-76 0.75-1.25 1.5-2 0.75-1.25 1max
(6)、热处理
将浇注完成后的铸铁冷却后进行正火热处理，正火温度为880℃，保温时间为3小时，然后空冷，得到高伸长率RuT400蠕墨铸铁。
蠕墨铸铁金相综合评定[GB/T 26656-2011]，评定结果为：
评定级别：蠕70(蠕化率＝70％)；珠65(珠光体含量65.5％)
表2本发明实施例1-实施例3性能检验结果
Figure BDA0002397282730000081
Figure BDA0002397282730000091
表3本发明实施例1-实施例3制备的高伸长率RuT400蠕墨铸铁的化学成分表
C％ Si％ Mn％ P％ S％ Mg％(残) RE％(残)
实施例1 3.5 2.4 0.7 0.025 0.015 0.045 ＜0.01
实施例2 3.8 2.5 0.9 0.029 0.006 0.03 ＜0.01
实施例3 3.7 2.6 0.8 0.028 0.010 0.040 ＜0.01
注：余量为铁。
由表2可以看出，本发明实施例1-实施例3生产的高伸长率RuT400蠕墨铸铁抗拉强度均＞400MPa，屈服强度＞300MPa，且伸长率均＞2.5％，拉伸性能指标符合RuT400牌号铸铁的产品标准要求，并优于国家同类产品，本发明的高伸长率RuT400在使用过程中的安全系数高，且抗疲劳强度高、使用寿命长。。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高伸长率RuT400蠕墨铸铁，其特征是：
所述的高伸长率RuT400按重量百分比由如下成分组成：C：3.5％-3.8％，Si：2.4％-2.6％，Mn：0.7-0.9%，P≤0.03%，S≤0.015%，Mg：0.03%-0.045%，RE的质量含量＜0.01%，余量为铁和不可避免杂质；
所述蠕墨铸铁蠕化率=70%，珠65，珠光体含量67.3%，断裂伸长率为2.66%，抗拉强度449.3MPa；
其具体步骤如下：
（1）配料
称取铁水冶炼原料：
铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁0.715t，废钢0.285t，硅铁3.5kg，增碳剂4kg；
a.生铁为高纯生铁，其中成分质量百分含量如下：C≥4.0%、Si≤1.5%、Mn≤0.5%、P≤0.025%、S≤0.02%、Ti≤0.03%；
生铁中微量元素质量百分含量如下：微量元素最大限量：Cr为0.05%、 V为 0.03%、Mo为0.01%、Sn为0.02%、Sb为0.002%、Pb为0.002%、Bi为0.001%、As为 0.02%、B为0.002%、Al为0.02%、Te为0.003%；11种微量元素之和<0.06%；
余量为铁；
b.废钢为碳素钢，其中成分质量百分含量如下：C≤0.3%、Si≤0.2%、Mn≤0.3%、P≤0.02%、S≤0.015%；
余量为铁；
c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；
（2）冶炼铁水
将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，当冶炼温度达到1510℃时，取样检测冶炼得到的铁水成分，满足铁水中的要求：C的质量含量为3.5%-3.8%、Si的质量含量为1.2%-1.4%、Mn的质量含量为0.7%-0.9%、P的质量含量≤0.03%、S的质量含量≤0.015%、Mg残的质量含量为0.03%-0.045%、RE残的质量含量＜0.01%，得到合格铁水，加入占铁水总质量0.08%的增碳剂进行预孕育，并出炉；
d.步骤（1）和步骤（2）增碳剂牌号SQ-ZT-09，济南圣泉产，为石墨化增碳剂，其中，C的质量含量≥99.5%，N和S的质量含量合计≤0.05%；
（3）、蠕化处理包的烤包处理
装料前，对蠕化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃；
（4）、蠕化处理
向蠕化处理包装入占铁水总质量0.25%的蠕化剂、占铁水总质量0.2%的孕育剂、占铁水总质量0.5%的铁屑，在400℃保温1h，将步骤（2）中的铁水冲入蠕化处理包中，当蠕化处理包中冲入铁水的量占铁水总质量2/3时，加入占铁水总质量0.2%孕育剂进行二次孕育，并继续冲入剩余铁水；
e.蠕化剂为埃肯蠕化剂，其中成分质量百分含量如下：Si为44-48%、Mg为5.0-6.0%、RE为5.5-6.5%、Ca为1.8-2.3%、Al为1.0%max；
f.两次加入的孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，牌号为BARINOC，粒度为3-8mm，其中成分质量百分含量如下：Si为72-78%、Ca为1.0-1.2%、Ba为2.0-3.0%、Al为1.5%max；
（5）、浇注处理
铁水完全冲入蠕化处理包后，扒渣，然后在1380℃-1440℃下进行浇注，在浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂的加入量占铁水总质量的0.1%，整个浇注完成时间≤10min，完成浇注；
g.随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，粒度0.2-0.7mm；
其中成分质量百分含量如下：Si为70-76%、Ca为0.75-1.25%、Ce为1.5-2%、Al为0.75-1.25%、S+O为1%max；
（6）、热处理
将浇注完成后的铸铁冷却后进行正火热处理，正火温度为880℃，保温时间为3小时，然后空冷，得到高伸长率RuT400蠕墨铸铁。
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