CN113088802B - 一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法及蠕墨铸铁 - Google Patents

一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法及蠕墨铸铁 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，包括炉料准备、铁水熔炼、铁水精炼、蠕化及孕育处理和浇注铸件步骤，在铁水精炼中，对铁液熔炼所得原铁水进行成分调整及精炼，并控制铁水液相线温度在1135‑1155℃之间；在蠕化及孕育处理中，根据当前铁水的液相线温度与原铁水液相线温度比较结果，添加孕育剂和蠕化剂，使终铁水符合蠕化指数为12～14，孕育指数为12～18，共晶指数为120～150的要求，使得蠕墨铸铁的碳当量控制在共晶点附近，降低了缩孔倾向，最终达到降低废品率的有益效果。

Description

一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法及蠕墨铸铁
技术领域
本发明涉及蠕墨铸铁，具体涉及一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法。同时，本发明涉及所述生产方法所得的蠕墨铸铁。
背景技术
蠕墨铸铁是具有片状和球状石墨之间的一种过渡形态的灰口铸铁，是一种以力学性能和导热性能较好以及断面敏感性小为特征的工程结构材料。
蠕墨铸铁其牌号从由低到高依次有RuT300、RuT350、RuT400、RuT450、RuT500等，随着牌号的提升，其铸造工艺性能变差，特别是到RuT450之后，主要问题是缩孔倾向增大，生产气缸盖等结构复杂热节较多的铸件时，缩孔废品率较高。为了减少缩孔倾向，现有技术做法是通过控制C、Si等成分，使铁水碳当量CE处于共晶点附近，传统的碳当量计算公式为CE≈C+Si/3。
现有蠕墨铸铁存在问题主要为：铁水碳当量受多种成分和因素影响，除C、Si外，每种元素都或多或少影响碳当量，同时元素相互反应的生成物也影响碳当量，因此传统碳当量计算公式并不精确，同时共晶点也是变化的，因此控制C、Si等成分并不能真正保证能控制在共晶点附近。
发明内容
本发明提供一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，能够有效减少废品率。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，包括炉料准备、铁水熔炼、铁水精炼、蠕化及孕育处理和浇注铸件步骤；其中，铁水精炼中，对铁液熔炼所得原铁水进行成分调整及精炼，并控制铁水液相线温度在1135-1155℃之间；在蠕化及孕育处理中，根据当前铁水的液相线温度与原铁水液相线温度比较结果，添加孕育剂和蠕化剂，使终铁水符合蠕化指数为12～14，孕育指数为12～18，共晶指数为120～150的要求。
本发明通过对原铁水和终铁水进行热分析检验，为实现处理后铁水刚好处于共晶点提供一个初始的计算依据，即可根据液相线温度来计算蠕化和孕育处理时蠕化剂和孕育剂的加入量。
作为本发明的一个实施方式，在蠕化及孕育处理中，根据下式确定孕育剂的添加量：
ω＝100·[k·(Tliq-Tliq0)+m0]/M
其中ω为孕育剂加入量占原铁水的质量百分比，单位为％；
k为重量温度系数，取值范围与每包处理铁水重量M相关，k＝M·0.035％～0.05％，单位为kg/℃；
Tliq为原铁水热分析得到的原铁水液相线温度，单位为℃；
Tliq0为最佳原铁水液相线温度，即原铁水液相线温度控制中值，取值范围1145-1148，单位为℃；
m0当原铁水液相线温度等于最佳原铁水液相线温度时的孕育剂加入量，单位为kg；
M为每包处理铁水重量，单位为kg。
上述计算公式的物理意义为：对于每包处理重量为M(kg)的铁水，当原铁水液相线温度等于最佳原铁水液相线温度时，孕育剂加入量为m0(kg)，当液相线温度偏离最佳原铁水液相线温度时，偏离每增加/减少1℃，孕育剂加入量增加/减少k(kg)。
现场操作是这样的，出铁前根据液相线温度，预先在铁水包中加入预定重量孕育剂，所谓调整就是预定孕育剂重量有所不同。比如某一机型，根据其实际要求，液相线温度最好为1145℃，出铁重量为2400kg/包，此时孕育剂加入量为9kg/包，但实际操作时由于时间和成本因素，不可能每炉都能恰好控制在1145℃，而是有些炉次铁水液相线温度会有一定偏离，比如为1143℃，偏离了2℃，此时孕育剂加入量应该减少0.7*2＝1.4kg/包，实际加入量为9-1.4＝7.6kg/包。
作为本发明的一个实施方式，铁水精炼中，当铁水液相线温度不在1135-1155℃之间时，加入废钢、增碳剂进行成分调整，使铁水液相线温度在1135-1155℃范围内。具体地，需要升高铁水液相线温度时，加入废钢使得原铁水的C、Si含量降低，从而使液相线温度升高，即当液相线温度＜1135℃时，原铁水中加入废钢，废钢添加量按照以下规律来确定：C含量每降低0.01％液相线温度升高约1℃，Si每降低0.03％液相线温度升高约1℃；需要降低铁水液相线温度时，加入增碳剂使得原铁水的C含量升高，从而使液相线温度降低，即当液相线温度＞1155℃时，原铁水中加入增碳剂，增碳剂添加量按照以下规律来确定：C含量每升高0.01％液相线温度下降约1℃。
本发明中，终铁水符合蠕化指数为12～14，孕育指数为12～18，共晶指数为120～150的要求，才能进行浇注铸铁。若终铁水不符合上述要求，则铁水只能报废，在下一包铁水在蠕化和孕育处理时，需要进行调整蠕化剂和孕育剂的添加量，调整方法是在报废的那一包铁水的基础上增加蠕化剂加入量使蠕化指数升高，反之亦然，增加孕育剂加入量使孕育指数降低共晶指数升高，反之亦然。
本发明另一个目的在于提供一种蠕墨铸铁。具体地，是由上述生产方法所生产的低缩孔倾向的蠕墨铸铁，其缩孔率小于1％。
本发明具有以下优点：
1.本发明在铁水精炼步骤中，通过成分调整，使得铁水液相线温度在1135-1155℃之间，在蠕化及孕育处理以当前铁水的液相线温度和原铁水液相线温度的比较作为参照，确定孕育剂和蠕化剂的添加量，从而能够有效地使得终铁水符合蠕化指数为12～14，孕育指数为12～18，共晶指数为120～150的要求，即使得蠕墨铸铁的碳当量控制在共晶点附近，降低了缩孔倾向，最终达到降低废品率。如气缸盖铸件的生产，按原工艺方法进行生产时，铸件缩孔废品率波动较大，不同包次的废品率在0～40％间波动，总废品率大于6％；而采用本发明方法后，不同包次废品率0～3％，波动范围明显减小，总废品率下降到2％以下。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围。
本发明热分析所用仪器为HeraeusPhaseLab热分析系统，所用样杯为双室样杯和含碲硫定碳方杯。
实施例中的百分比、％、分数，如无特别说明指的是以质量计算。
本发明的实施例由于一个实施例对应不同批次的原料生产同一型号产品的结果，由于每批次间原料的细微不同，因此在实施例中的数值会存在轻微的浮动，但只要在所列举的范围能均能达到其效果。
以下实施例中铁水按以下元素配比进行配料：
C 3.75-3.90％、S 0.009-0.020％、Si 1.50-1.75％、Cu 0.4-1.0％、Mn 0.2-0.7％、Sn 0.05-0.10％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
增碳剂成分中C>98％,S<0.1％，是经石墨化处理后的增碳剂。
废钢成分中C<0.2％,Si<0.1％,Mn<0.5％，要求废钢表面无锈蚀。
蠕化剂的添加量为原料质量分数的0.15-0.25％，FeSi75孕育剂的添加量为原料质量分数的0.3-0.6％。
蠕化剂以质量百分比计算包括：Mg 4-6％、Re 4-6％、Si 40-50％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
FeSi75孕育剂以质量百分比计算包括：Si 70-75％、Ca 0.5-2％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
实施例一
生产材质牌号为RuT350的四气门四缸气缸盖，工艺步骤如下：
(1)配料：准备包含C、Si、Cu、Mn、Sn、铁的原材料，加入中频感应炉内，配方如下：
Figure BDA0003005316230000061
余下为铁及不可避免杂质。
(2)铁水熔炼：使用中频感应炉把所述原材料熔化成原铁水，精炼温度为1480-1510℃，保温时间15-25min，扒渣。
(3)原铁水热分析：从中频炉中取出铁水用含碲样杯进行热分析检验，热分析检验结果液相线温度要求在1143-1155℃之间。
(4)成分调整：当液相线温度不在1143-1155℃之间时，加入废钢、增碳剂进行成分调整，调整方法为：
当液相线温度低于1143℃，加入废钢C、Si含量降低，从而使液相线温度升高，C每降低0.01％，液相线温度升高约1℃，Si每降低0.03％，液相线温度升高约1℃；当液相线温度高于1155℃，加入增碳剂C含量升高，从而使液相线温度降低，C每升高0.01％液相线温度下降约1℃。
(5)蠕化和孕育处理：向所述原铁水中加入含镁和或稀土的蠕化剂进行蠕化处理，加入硅铁FeSi75孕育剂进行孕育处理，蠕化剂的加入量为铁水重量的0.15-0.25％，硅铁FeSi75孕育剂加入量为铁水重量的0.3-0.6％；
硅铁FeSi75孕育剂具体加入量计算公式为:
ω＝100·[k·(Tliq-1148)+11]/2400
其中，k＝2400·(0.035～0.042％)＝0.84～1.0，
该计算公式的物理意义是，对于每包处理重量为2400kg的铁水，当原铁水液相线温度等于1148℃时，硅铁FeSi75孕育剂加入量为11kg，当液相线温度偏离最佳原铁水液相线温度1148℃时，偏离每增加/减少1℃，硅铁FeSi75孕育剂加入量增加/减少0.84～1.0kg。
(6)终铁水热分析：对处理后的铁水取样用双室样杯进行热分析，热分析结果的蠕化指数＝11-14，孕育指数＝11-18，共晶指数＝130-150。热分析所用仪器为HeraeusPhaseLab热分析系统，所用样杯为双室样杯和含碲硫定碳方杯。
(7)浇注铸件：如果热分析结果合格，则铁水浇注铸件，浇注温度1400-1420℃，如果热分析结果不合格则铁水报废处理。
(8)蠕化和孕育修正调整：如果热分析结果不在(6)中所述范围，则调整下一包的蠕化剂或FeSi75孕育剂的加入量。调整方法是增加/减少蠕化剂加入量使蠕化指数升高/降低；增加/减少FeSi75孕育剂加入量使孕育指数降低共晶指数升高/降低。具体调整方法见下表1：
表1
Figure BDA0003005316230000081
实施例二
生产材质牌号为RuT400的四气门四缸气缸盖，工艺步骤如下：
(1)配料：准备包含C、Si、Cu、Mn、Sn、铁的原材料，加入中频感应炉内，配方如下：
Figure BDA0003005316230000082
余下为铁及不可避免杂质。
(2)铁水熔炼：使用中频感应炉把所述原材料熔化成原铁水，精炼温度为1530-1550℃，保温时间15-35min，扒渣。
(3)原铁水热分析：从中频炉中取出铁水进行化学成分化验，并取铁水用含碲样杯进行热分析检验，热分析检验结果液相线温度要求在1142-1152℃之间，并计算碳当量。
(4)成分调整：当液相线温度不在1142-1152℃之间时，加入废钢、增碳剂进行成分调整，调整方法为：
加入废钢C、Si含量降低，从而使液相线温度升高，C每降低0.01％液相线温度升高约1℃，Si每降低0.03％液相线温度升高约1℃；加入增碳剂C含量升高，从而使液相线温度降低，C每升高0.01％液相线温度下降约1℃。
(5)蠕化和孕育处理：向所述原铁水中加入含镁和或稀土的蠕化剂进行蠕化处理，加入硅铁FeSi75孕育剂进行孕育处理，蠕化剂的加入量为铁水重量的0.15-0.25％，硅铁FeSi75孕育剂加入量为铁水重量的0.3-0.6％。
FeSi75孕育剂具体加入量计算公式为:
ω＝100·[k·(Tliq-1147)+11]/2400
其中k＝2400·(0.038～0.046％)＝0.9～1.1
该计算公式的物理意义是，对于每包处理重量为2400kg的铁水，当原铁水液相线温度等于1147℃时，硅铁FeSi75孕育剂加入量为11kg，当液相线温度偏离最佳原铁水液相线温度1147℃时，偏离每增加/减少1℃，硅铁FeSi75孕育剂加入量增加/减少0.9～1.1kg。
(6)终铁水热分析：对处理后的铁水取样用双室样杯进行热分析，热分析结果的蠕化指数＝12-14，孕育指数＝12-18，共晶指数＝120-150。热分析所用仪器为HeraeusPhaseLab热分析系统，所用样杯为双室样杯和含碲硫定碳方杯。
(7)浇注铸件：如果热分析结果合格，则铁水浇注铸件，浇注温度1380-1400℃，如果热分析结果不合格则铁水报废处理。
(8)蠕化和孕育修正调整：如果热分析结果不在(6)中所述范围，则调整下一包的蠕化剂或硅铁FeSi75孕育剂的加入量。调整方法是增加/减少蠕化剂加入量使蠕化指数升高/降低；增加/减少硅铁FeSi75孕育剂加入量使孕育指数降低共晶指数升高/降低。具体调整方法如实施例一表1所示。
实施例三
生产材质牌号为RuT450的四气门四缸气缸盖，工艺步骤如下：
(1)配料：准备包含C、Si、Cu、Mn、Sn、铁的原材料，加入中频感应炉内，配方如下：
Figure BDA0003005316230000101
余下为铁及不可避免杂质。
(2)铁水熔炼：使用中频感应炉把所述原材料熔化成原铁水，精炼温度为1500-1530℃，保温时间15-35min，扒渣。
(3)原铁水热分析：从中频炉中取出铁水进行化学成分化验，并取铁水用含碲样杯进行热分析检验，热分析检验结果液相线温度要求在1140-1150℃之间，并计算碳当量。
(4)成分调整：当液相线温度不在1140-1150℃之间时，加入废钢、增碳剂进行成分调整，调整方法为：
加入废钢C、Si含量降低，从而使液相线温度升高，C每降低0.01％液相线温度升高约1℃，Si每降低0.03％液相线温度升高约1℃；加入增碳剂C含量升高，从而使液相线温度降低，C每升高0.01％液相线温度下降约1℃。
(5)蠕化和孕育处理：向所述原铁水中加入含镁和或稀土的蠕化剂进行蠕化处理，加入硅铁FeSi75孕育剂进行孕育处理，蠕化剂的加入量为铁水重量的0.15-0.25％，硅铁FeSi75孕育剂加入量为铁水重量的0.3-0.6％。
硅铁FeSi75孕育剂具体加入量计算公式为:
ω＝100·[k·(Tliq-1145)+11]/2400
其中，k＝2400·(0.042～0.050％)＝1.0～1.2。
该计算公式的物理意义是，对于每包处理重量为2400kg的铁水，当原铁水液相线温度等于1145℃时，硅铁FeSi75孕育剂加入量为11kg，当液相线温度偏离最佳原铁水液相线温度时，偏离每增加/减少1℃，硅铁FeSi75孕育剂加入量增加/减少1.0～1.2kg。
(6)终铁水热分析：对处理后的铁水取样用双室样杯进行热分析，热分析结果的蠕化指数＝12-15，孕育指数＝12-17，共晶指数＝130-150，热分析所用仪器为HeraeusPhaseLab热分析系统，所用样杯为双室样杯和含碲硫定碳方杯。
(7)浇注铸件：如果热分析结果合格，则铁水浇注铸件，浇注温度1380-1400℃，如果热分析结果不合格则铁水报废处理。
(8)蠕化和孕育修正调整：如果热分析结果不在步骤(6)中所述范围，则调整下一包的蠕化剂或硅铁FeSi75孕育剂的加入量。调整方法是增加/减少蠕化剂加入量使蠕化指数升高/降低；增加/减少硅铁FeSi75孕育剂加入量使孕育指数降低共晶指数升高/降低；具体调整方法如实施例一表1所示。
对实施例一、二、三生产的的四气门四缸气缸盖生产一段时间，结果如表2所示。
为了确认FeSi75孕育剂的添加量计算公式：
ω＝100·[k·(Tliq-Tliq0)+m0]/M的有效性，汇总统计了实施例一、二、三共晶度合格率，如表2所示：
表2共晶度合格率统计表
Figure BDA0003005316230000121
从表2可见，用公式1计算孕育剂的加入量能使共晶度合格率达到97％，计算准确率达到批量生产要求。
为了确认本发明对降低蠕铁铸件缩孔废品率的效果，统计了实施例一、二、三和对比例的缩孔废品率，如表3所示：
表3生产废品率
实施例 验证包次 缩孔废品率
实施例一 218 0.22％
实施例二 356 0.80％
实施例三 115 0.91％
对比例一(旧工艺对比) 559 4.58％
表3中，缩孔废品率的报废标准为，铸件某些位置加工后发现大于1mm的孔洞，影响使用性能从而铸件报废。
从表3可见，实施例的缩孔废品率明显低于对比例的，表明本发明对解决蠕铁铸件缩孔废品率效果显著。

Claims (5)

1.一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，包括炉料准备、铁水熔炼、铁水精炼、蠕化及孕育处理和浇注铸件步骤，其特征是，铁水精炼中，对铁液熔炼所得原铁水进行成分调整及精炼，并控制铁水液相线温度在1135-1155℃之间；在蠕化及孕育处理中，以原铁水液相线温度为参照确定孕育剂和蠕化剂的添加量，使终铁水符合蠕化指数为12～14，孕育指数为12～18，共晶指数为120～150的要求；蠕化剂的添加量为原料质量分数的0.15-0.25％；在蠕化及孕育处理中，根据下式确定孕育剂的添加量：
ω＝100·[k·(Tliq-Tliq0)+m0]/M
其中ω为孕育剂加入量占原铁水的质量百分比，单位为％；
k为重量温度系数，取值范围与每包处理铁水重量M相关，k＝M·0.035％～0.05％，单位为kg/℃；
Tliq为原铁水热分析得到的原铁水液相线温度，单位为℃；
Tliq0为最佳原铁水液相线温度，即原铁水液相线温度控制中值，取值范围1145-1148，单位为℃；
m0为当原铁水液相线温度等于最佳原铁水液相线温度时的孕育剂加入量，单位为kg；
M为每包处理铁水重量，单位为kg。
2.根据权利要求1所述的低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，其特征是，通过对原铁水和终铁水进行热分析检验获得原铁水和终铁水的液相线温度。
3.根据权利要求1所述的低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，其特征是，铁水精炼中，当铁水液相线温度不在1135-1155℃之间时，加入废钢、增碳剂进行成分调整。
4.根据权利要求3所述的低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，其特征是，当液相线温度＜1135℃时，原铁水中加入废钢；当液相线温度＞1155℃时，原铁水中加入增碳剂。
5.根据权利要求4所述的低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法，其特征是，所述废钢添加量按照以下规律来确定：C含量每降低0.01％液相线温度升高约1℃，Si每降低0.03％液相线温度升高约1℃；所述增碳剂添加量按照以下规律来确定：C含量每升高0.01％液相线温度下降约1℃。
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