CN112111688B - 一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.16～4.30%，硅Si 2.45～2.65%，镁Mg0.03～0.05%，铋Bi 0.002～0.005%，硫S 0.008～0.015%，稀土RE 0.01～0.02%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。生产方法包括：电炉熔炼作业、原汤处理要求、铁水处理方法、二次孕育、浇注等过程，浇注后铁水经过混砂、制芯、造型、落砂、清理、检验、防护、入库等程序，得到符合要求的球墨铸铁。本发明能够有效降低缩孔缩松倾向，减小球铁共晶团界面的粗糙程度。
Description
技术领域：
本发明涉及一种球墨铸铁的生产方法，特别是涉及一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁及其生产方法。
背景技术：
众所周知，球墨铸铁的缩孔、缩松形成是由其凝固特性、凝固过程及生产工艺所决定的，球墨铸铁的凝固和缩松特性非常复杂，影响因素繁多，下述现象对缩孔缩松的形成有重大影响：1、液态金属的流动和压力下降；2、溶质成分的浓化和反应；3、气泡的生成和长大。通俗的讲，造成球墨铸铁缩孔缩松缺陷的原因主要是铁液中各元素化学成分的不同以及制备工艺中的温度参数，比如熔炼温度、高温静置、保温时间、浇注温度的选择。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁及其生产方法，通过合适的铁液化学成分以及合理的温度参数选择，来有效降低缩孔缩松倾向。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.16～4.30%，硅Si 2.45～2.65%，镁Mg0.03～0.05%，铋Bi 0.002～0.005%，硫S 0.008～0.015%，稀土RE 0.01～0.02%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
所述的能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、电炉熔炼作业：采用5吨或6吨中频炉来熔化原材料，熔清后在1450℃以上扒渣取样，精炼温度为1500℃～1550℃，高温静置5～6分钟；
B、原汤要求：原汤成分合格、温度合格并经净渣后方可出水，出铁温度≥1460℃；
C、铁水处理：
①球化剂：球化剂选用Re2Mg6，粒度10～15mm，加入量为铁液重量的0.8%～1.2%；
②压包孕育剂：压包孕育剂选用FeSi75，粒度5～12mm ，加入量为铁液重量的0.8～1.0%；
③球化包：球化包要求内径d与包深h符合：d/h=1:1.5左右，底部为堤坝式球化室，球化包筑好后，使用烘包器烘干、烘透，使用前用原汤烫包至800℃以上；
④球化处理：采用冲入法进行球化处理，加料次序为球化剂、压包孕育剂，然后需摊平并适当压实，出水温度≥1460℃，球化反应时间为50s～80s，球化结束需净渣、覆盖后再转运；
D、二次孕育：
铁水在倒包时要进行二次孕育，二次孕育剂选用FeSi75，粒度2～3mm ，加入量为铁水重量的1.2～1.5%；浇注前需净渣、测温并取光谱样验证最终铁水成分；
E、浇注过程：采用生产线自动浇注机浇注；
①浇注时间：
每个球化包浇注时间控制在：从出水开始计算，不超过10分钟；从球化结束计算，不超过8分钟；
②浇注温度：浇注温度首温根据产品的大小及结构控制在1360～1380℃；
浇注温度末箱温度根据产品的大小及结构控制在1320～1350℃；
③随流孕育：浇注过程中采用粒度0.2～0.8 mm的FeSi75随流孕育，加入量为随流铁水重量的0.8～1.0%；
F、其它：
浇注后铁水经过混砂、制芯、造型、落砂、清理、检验、防护、入库等程序，得到符合要求的能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁。
冶金因素对球墨铸铁缩孔、缩松的影响：
A、化学元素
1、残留镁含量高，缩孔、缩松倾向大，因此本发明控制在0.03%～ 0.05%；
2、少量的稀土RE具有减少缩孔、缩松倾向的作用，因此本发明控制在0.01%～0.02%；
3、少量的铋Bi具有减少大断面球铁缩孔、缩松倾向的作用，0.002～0.005%的Bi有利于细化石墨，提高球化率及石墨球数；
4、磷P具有增加缩松的倾向，磷含量越小越好，本发明控制在磷P≤0.04% ；
5、硫S过高过低都会影响石墨的析出时间及均匀程度，S过低形核能力不足，偏高石墨析出过早，缩松倾向加大，因此本发明控制在0.008～0.015% ；
6、锰、钛、铬、钒等碳化物形成元素具有增加缩孔、缩松形成的倾向，因此本发明控制在锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%；
7、本发明其他元素控制在铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006。
B、球铁共晶点的确定、碳当量的选择：
碳当量在共晶点时，铸造工艺性能最好，缩松倾向最小，在不发生石墨漂浮和没有初生石墨析出前提下，尽量提高碳含量，且满足 C+1/7Si≥3.9% 、C+ 1/3(Si+P)≤4.55% 。
球铁碳当量的选择以共晶点附近为好。球铁碳当量过高、过低，都会远离共晶点。远离共晶点越大，其结晶凝固范围变得越宽，固液共存区间越大，凝固过程中，液态铁水流动受初生枝晶影响越大，越阻碍流动补缩，越容易形成缩松。同时，如果碳当量控制不好，容易过早促进石墨形核，生长，此时的石墨化膨胀在固液共存期，对缩松减少不利。
当碳当量高于共晶点时，凝固从石墨化漂浮开始，铁水的流动性降低，会导致冷隔缺陷的发生。石墨化漂浮会导致共晶凝固时生成的石墨量减少，石墨化膨胀少，所以过共晶铁水的缩松风险性较大。
本发明将碳元素控制在4.16～4.30%，将硅元素控制在硅Si 2.45～2.65%。
C、熔炼温度、高温静置、浇注温度：
1、必要的熔炼温度及高温静置时间有利于保证铁液的冶金质量，有利于减小球铁的缩松倾向，本发明球铁熔炼温度根据产品性能的要求控制在1500℃～1550℃。
2、铁液的保温时间过长，特别是温度过高时，会恶化铁液的冶金质量，不利于减小球铁的缩松倾向，因此，本发明电炉熔炼作业时，高温静置的时间设置为5～6分钟。
3、浇注温度：浇注温度高,有利于补缩,但太高会增加液态收缩量,对消除缩孔、缩松不利，从减小缩松角度选择,因此，本发明的浇注温度首温根据产品的大小及结构控制在1360～1380℃，浇注温度末箱温度根据产品的大小及结构控制在1320～1350℃。
D、球铁的孕育量及石墨球数、石墨球径分布
球墨铸铁的孕育处理可提高石墨球的圆整度。改善球化率，辅助石墨呈球状生长，孕育是使石墨球数量明显增加的重要手段，石墨球数对缩孔、缩松均产生重要影响。
孕育剂加入过多导致石墨球数增多，而且石墨球的尺寸均匀，进而使缩孔、缩松倾向增大。球化率越高，石墨相对含量越多，球径中等偏小且分布均匀时，曲轴缩松越小。如果随石墨球数的增加，石墨球的尺寸分布以小尺寸的石墨球随之增多，则缩孔、缩松可以大大减小。孕育的目的并不是仅仅增加结晶核心，尽量推迟石墨的析出时间促使共晶后期有更多以小尺寸的石墨析出对提高孕育效果减少缩松尤为重要。孕育剂加入过少，会导致孕育不足并出现白口和硬度过高现象，但孕育加入过多未必都能熔化，因此，可能造成夹渣，增大铸铁收缩量，产生缩孔缩松缺陷。
足够的孕育会有效提高石墨球数。石墨球数的增多使球间距变小，缩短碳的扩散距离，加速奥氏体向铁素体和石墨转化，使组织中铁素体增加。同时，球数增加后，石墨易变圆整，使共晶晶粒轮廓更接近团球状外形，从而减小共晶团界面粗糙程度，有利于补缩液体的流动。这样就使铸件最后凝固区域明显减小，共晶晶粒周围的偏析程度减轻，缩松倾向减小。当孕育量减小时，异质核心数量和石墨球数量相应减少，石墨直径变大，这会引起非球状石墨增多、晶间偏析程度增大，缩松倾向增大。
孕育不足和过量孕育都能引起收缩，石墨球的密度比基体小并且且以较低的密度析出，大体积的石墨具有很好的膨胀能力，这有助于抵消铁液凝固产生的自然收缩。在孕育不足的情况下，没有足够的溶解碳作为石墨析出。孕育过量时，铁液在凝固时过早的形成许多形核点，共晶前期石墨析出量过多，大量石墨析出提前。这种情况导致了铁液过早的膨胀和型壁的较大移动。在随后的凝固过程中，当冒口开始凝固且铁液开始收缩时，铁液却不能析出足够的石墨来抵消凝固收缩，因此就导致了共晶团之间的缩松。
同样的孕育量，采取不同的孕育方式对缩松所产生的结果也不同。孕育方式的选择需考虑铸件的壁厚大小及球化后至浇注、结晶时间的长短：对于薄壁及小件由于浇注后结晶速度很快，只要本体不产生渗碳体不必过度追求延迟孕育及浇注的瞬时孕育，否则，集中形成的过多结晶核心促使大量的共晶团形成不利于铁液的补缩。
在本发明中，球化剂选用Re2Mg6，粒度10～15mm，加入量为铁液重量的0.8%～1.2%；压包孕育剂选用FeSi75，粒度5～12mm，加入量为铁液重量的0.8～1.0%；球化包要求内径d与包深h符合：d/h=1:1.5左右，底部为堤坝式球化室，球化包筑好后，使用烘包器烘干、烘透，使用前用原汤烫包至800℃以上；采用冲入法进行球化处理，加料次序为球化剂、压包孕育剂，然后需摊平并适当压实，出水温度≥1460℃，球化反应时间为50s～80s，球化结束需净渣、覆盖后再转运；
在本发明中，铁水在倒包时要进行二次孕育，二次孕育剂选用FeSi75，粒度2～3mm，加入量为铁水重量的1.2～1.5%；浇注前需净渣、测温并取光谱样验证最终铁水成分；
大小不一的石墨分布形态是一种很好的消除球铁缩孔缩松的办法，这表明一些石墨球是在凝固后期产生和从固溶体中析出的。大多数孕育剂是迅速起作用的，导致了大小均匀的石墨分布形态，在凝固后期一旦孕育剂的孕育能力发挥完毕，因此就没有足够的石墨球析出，从而导致了缩松的产生。
适量的孕育会有效提高石墨球数，同时，球数增加后，石墨易变圆整，使共晶晶粒轮廓更接近团球状外形，从而减小共晶团界面粗糙程度，有利于补缩液体的流动，从而减小球铁的缩孔、缩松倾向。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释和说明：
实施例1、一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.16%，硅Si 2.45%，镁Mg0.03%，铋Bi 0.002%，硫S 0.008%，稀土RE0.01%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
所述的能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、电炉熔炼作业：采用5吨或6吨中频炉来熔化原材料，熔清后在1450℃以上扒渣取样，精炼温度为1500℃～1550℃，高温静置5～6分钟；
B、原汤要求：原汤成分合格、温度合格并经净渣后方可出水，出铁温度≥1460℃；
C、铁水处理：
①球化剂：球化剂选用Re2Mg6，粒度10～15mm，加入量为铁液重量的0.8%～1.2%；
②压包孕育剂：压包孕育剂选用FeSi75，粒度5～12mm ，加入量为铁液重量的0.8～1.0%；
③球化包：球化包要求内径d与包深h符合：d/h=1:1.5左右，底部为堤坝式球化室，球化包筑好后，使用烘包器烘干、烘透，使用前用原汤烫包至800℃以上；
④球化处理：采用冲入法进行球化处理，加料次序为球化剂、压包孕育剂，然后需摊平并适当压实，出水温度≥1460℃，球化反应时间为50s～80s，球化结束需净渣、覆盖后再转运；
D、二次孕育：
铁水在倒包时要进行二次孕育，二次孕育剂选用FeSi75，粒度2～3mm ，加入量为铁水重量的1.2～1.5%；浇注前需净渣、测温并取光谱样验证最终铁水成分；
E、浇注过程：采用生产线自动浇注机浇注；
①浇注时间：
每个球化包浇注时间控制在：从出水开始计算，不超过10分钟；从球化结束计算，不超过8分钟；
②浇注温度：浇注温度首温根据产品的大小及结构控制在1360～1380℃；
浇注温度末箱温度根据产品的大小及结构控制在1320～1350℃；
③随流孕育：浇注过程中采用粒度0.2～0.8 mm的FeSi75随流孕育，加入量为随流铁水重量的0.8～1.0%；
F、其它：
浇注后铁水经过混砂、制芯、造型、落砂、清理、检验、防护、入库等程序，得到符合要求的能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁。
实施例2、本实施例和实施例1的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.30%，硅Si 2.65%，镁Mg0.05%，铋Bi 0.005%，硫S 0.015%，稀土RE0.02%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
实施例3、本实施例和实施例1的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.19%，硅Si 2.48%，镁Mg0.04%，铋Bi 0.003%，硫S 0.009%，稀土RE 0.015%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
实施例4、本实施例和实施例1的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.26%，硅Si 2.56%，镁Mg0.05%，铋Bi 0.004%，硫S 0.0010%，稀土RE 0.012%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
实施例5、本实施例和实施例1的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.23%，硅Si 2.62%，镁Mg0.04%，铋Bi 0.004%，硫S 0.013%，稀土RE 0.01%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
实施例6、本实施例和实施例1的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.25%，硅Si 2.52%，镁Mg0.04%，铋Bi 0.003%，硫S 0.011%，稀土RE 0.015%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe。
以上所述，都是本发明普通实例而已，并非是对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁，其特征在于：该球墨铸铁的化学组成成分按重量百分比为：碳C 4.16～4.30%，硅Si 2.45～2.65%，镁Mg 0.03～0.05%，铋Bi 0.002～0.005%，硫S 0.008～0.015%，稀土RE 0.01～0.02%，磷P≤0.04%，锰Mn≤0.20%，钛Ti≤0.04%，铬Cr≤0.05%，钒V≤0.05%，铅Pb≤0.02%，砷As≤0.02%，碲Te≤0.002%，锑Sb≤0.005%，硼B≤0.005%，氧O≤0.005%，氮N≤0.006，余量为铁Fe ；
所述的能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、电炉熔炼作业：采用5吨或6吨中频炉来熔化原材料，熔清后在1450℃以上扒渣取样，精炼温度为1500℃～1550℃，高温静置5～6分钟；
B、原汤要求：原汤成分合格、温度合格并经净渣后方可出水，出铁温度≥1460℃；
C、铁水处理：
①球化剂：球化剂选用Re2Mg6，粒度10～15mm，加入量为铁液重量的0.8%～1.2%；
②压包孕育剂：压包孕育剂选用FeSi75，粒度5～12mm ，加入量为铁液重量的0.8～1.0%；
③球化包：球化包要求内径d与包深h符合：d/h=1:1.5左右，底部为堤坝式球化室，球化包筑好后，使用烘包器烘干、烘透，使用前用原汤烫包至800℃以上；
④球化处理：采用冲入法进行球化处理，加料次序为球化剂、压包孕育剂，然后需摊平并适当压实，出水温度≥1460℃，球化反应时间为50s～80s，球化结束需净渣、覆盖后再转运；
D、二次孕育：
铁水在倒包时要进行二次孕育，二次孕育剂选用FeSi75，粒度2～3mm ，=加入量为铁水重量的1.2～1.5%；浇注前需净渣、测温并取光谱样验证最终铁水成分；
E、浇注过程：采用生产线自动浇注机浇注；
①浇注时间：
每个球化包浇注时间控制在：从出水开始计算，不超过10分钟；从球化结束计算，不超过8分钟；
②浇注温度：浇注温度首温根据产品的大小及结构控制在1360～1380℃；
浇注温度末箱温度根据产品的大小及结构控制在1320～1350℃；
③随流孕育：浇注过程中采用粒度0.2～0.8 mm的FeSi75随流孕育，加入量为随流铁水重量的0.8～1.0%；
F、其它：
浇注后铁水经过混砂、制芯、造型、落砂、清理、检验、防护、入库程序，得到符合要求的能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁。
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| GR01 | Patent grant | ||
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