CN113737084A - 一种高强度灰铸铁件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造技术领域，主要涉及一种高强度灰铸铁件的生产方法，包括以下步骤：熔炼，称取60％～65％废钢、30％～35％回炉铁、5％～10％生铁加入电炉中，加热升温至全部加入料熔化；调整铁水化学成分；调整完成后进行铁水过热处理；一次孕育，过热处理后的铁水中加入孕育剂，铁水与孕育剂反应，进行一次孕育；二次孕育，一次孕育后的铁水中加入球化剂，铁水与球化剂反应，进行二次孕育；浇注，二次孕育后的铁水进行拔渣、浇注，得到灰铸铁件。本发明通过两次孕育配合、合理的化学成分控制，使得所述灰铸铁件不经过锰、铬、锑等元素的合金强化就能达到高强度要求，避免灰铸铁件热节处的缩松、缩孔缺陷。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，主要涉及一种高强度灰铸铁件的生产方法。
背景技术
灰铸铁借助于其独特的金相组织和性能特点广泛应用于机械、冶金等方面。尤其是在重大型工程机械的关键件应用，重大型工程机械对灰铸铁件的强度、硬度等性能要求较高，但此类灰铸铁件吨位重、断面厚大，冷却速度慢，易出现石墨粗大、性能不达标等缺陷。生产灰铸铁件时，普遍采用硅铁或硅钡孕育剂，使用冲入法、二级孕育槽等方法来进行灰铸铁的孕育。对于高强度灰铸铁件，通过锰、铬、锑等元素进行合金强化来达到强度要求，但合金强化方式存在增加灰铸铁件收缩、增加成本等一系列弊端，甚至厚壁铸铁件的热节处产生缩松、缩孔等缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种高强度灰铸铁件的生产方法，从而实现不进行锰、铬、锑等元素的合金强化而生产高强度灰铸铁件，避免高强度灰铸铁件热节处产生缩松、缩孔等缺陷，节约铸造成本。
为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
一种高强度灰铸铁件的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：熔炼，称取60％～65％废钢、30％～35％回炉铁、5％～10％生铁加入电炉中，加热升温至全部加入料熔化；调整铁水化学成分；调整完成后进行铁水过热处理；
步骤二：一次孕育，过热处理后的铁水中加入孕育剂，铁水与孕育剂反应，进行一次孕育；
步骤三：二次孕育，一次孕育后的铁水中加入球化剂，铁水与球化剂反应，进行二次孕育；
步骤四：浇注，二次孕育后的铁水进行拔渣、浇注，得到高强度灰铸铁件。
具体地，步骤一电炉中加入生铁是增加溶化后铁水的纯净度及形核能力，电炉中加入回炉铁以节约生产成本。
进一步地，废钢、回炉铁、生铁加入电炉的顺序为废钢、回炉铁、生铁依次加入；回炉铁和生铁含有石墨，并且在三种材料中生铁含有的石墨量最多；废钢、回炉铁、生铁依次加入电炉一方面可以保证溶化后铁水的纯净度，一方面回炉铁、生铁中的石墨可以增加溶化后铁水的形核能力，以提高铁水质量，最终保证浇注得到优异质量的高强度灰铸铁件。
进一步地，在所述一次孕育前，将所述孕育剂提前放入设置在孕育槽中的孕育斗内；过热处理后的铁水转运至所述孕育槽，铁水进入所述孕育槽时，打开所述孕育斗，所述孕育剂加入铁水中；所述孕育剂与铁水反应进行一次孕育。
进一步地，在所述二次孕育前，所述球化剂提前埋在浇包包底，一次孕育后的铁水转运至浇包，与预埋在所述浇包包底的球化剂接触，进行二次孕育。
进一步地，废钢、回炉铁、生铁的熔化温度＜1380℃。
进一步地，用于化学成分检测试样的取样温度为1470℃～1490℃。
进一步地，所述高强度灰铸铁件的化学成分质量百分比含量包括3.3％～3.5％的C，1.8％～2.0％的Si，0.6％～0.9％的Mn，0.07％～0.12％的S，≤0.03％的P，0.5％～0.6％的Cu，≤0.011％的Mg，余量为Fe和杂质元素。
具体地，铁水的化学成分检测结果如果不满足3.3％～3.5％的C，1.8％～2.0％的Si，0.6％～0.9％的Mn，0.07％～0.12％的S，≤0.03％的P，0.5％～0.6％的Cu，≤0.011％的Mg，余量为Fe和杂质元素；应进行调整，直至铁水的化学成分满足此要求。
进一步地，所述铁水过热处理的温度为1490℃～1510℃，保温时间为3～5分钟。
进一步地，所述球化剂为稀土球化剂；所述稀土球化剂的化学成分百分含量包括44％～48％的Si，＜0.4％的Mn，＜0.5％的Ti，7％～9％的Mg，＜1.0％的MgO，3.5％～4.5％的RE，余量为Fe和杂质元素。
进一步地，所述稀土球化剂的重量为熔炼后铁水出铁量的0.15％～0.2％。
进一步地，所述孕育剂为硅钡孕育剂；所述硅钡孕育剂的化学成分百分含量包括66％～72％的Si，4％～6％的Ba，＜1.5％的Ca，＜1.5％的Al，余量为Fe和杂质元素。
进一步地，所述硅钡孕育剂的重量熔炼后铁水出铁量的0.4％～0.5％。
进一步地，所述高强度灰铸铁件的浇注时间为10分钟以内，以避免孕育衰退。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明在浇包包底预埋球化剂，一次孕育后的铁水转运至浇包，与浇包包底的球化剂反应进行二次孕育，进一步增强孕育效果，有效防止孕育衰退。在二次孕育过程中，球化剂含有的少量镁元素气化，其气化促进铁水翻滚，使得二次孕育均匀，加强孕育效果。
本发明通过合理的化学成分控制，充分发挥各元素之间的相互作用，使得浇注后的灰铸铁件强度性能优，硬度落差小，稳定性高，采用本发明技术方案生产的灰铸铁件在50～60mm壁厚处取样检测，抗拉强度≥320MPa。
附图说明
图1为仅使用硅钡孕育剂生产的灰铸铁件未浸蚀状态金相组织图片；
图2为仅使用硅钡孕育剂生产的灰铸铁件浸蚀状态金相组织图片；
图3为使用硅钡孕育剂、稀土球化剂分别进行一次孕育、二次孕育的灰铸铁件未浸蚀状态金相组织图片；
图4为使用硅钡孕育剂、稀土球化剂分别进行一次孕育、二次孕育的灰铸铁件浸蚀状态金相组织图片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
为进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明提供一种对比例，如图1-2所示，现有技术中仅使用硅钡孕育剂进行孕育，生产材质为HT350的灰铸铁件，铸件本体取样金相检测A型石墨分布不均匀，石墨较长，4％硝酸酒精溶液浸蚀后，基体组织中不仅存在珠光体，还存在少量白色的铁素体组织。
本发明提供一种对比例，用于发动机产品配件的灰铸铁件，在壁厚50～60mm处取样，要求抗拉强度≥300MPa。GB/T 9439-2010《灰铸铁件》标准中规定HT350材质铸铁件壁厚40～80mm，铸件本体预期抗拉强度≥250MPa。因此，用于发动机产品配件的灰铸铁件属于超规范高强度铸铁件。并且，用于发动机产品配件的灰铸铁件要求进行无损检测，不允许有缩松、缩孔缺陷。通过添加合金和/或降低碳当量的方式可以达到壁厚50～60mm处抗拉强度≥300MPa要求，但在用于发动机产品配件的灰铸铁件热节处存在存在缩松缺陷，导致批量报废。
本发明实施例公开一种高强度灰铸铁件的生产方法，具体步骤如下：
步骤一：称取原材料，1851kg的废钢、942kg的回炉铁、172kg的灰生铁。
步骤二：废钢1851kg、回炉铁942kg、灰生铁172kg依次快速连续加入3T中频电炉熔炼，灰生铁最后加入是为了保证熔炼后铁水的核心。熔化过程温度＜1380℃，熔化完成后升温至1475℃从铁水中取样进行化学成分检测，检测结果为3.36％C，1.41％Si；0.87％Mn；0.0285％P；0.11％S；0.014％Cu；Mg＜0.0010％，化学成分检测结果中C含量、Mn含量、P含量、S含量、Mg含量符合工艺要求，加入2kg的75#硅铁、16kg的铜进行化学成分调整，调整后铁水的化学成分满足3.3％～3.5％的C，1.8％～2.0％的Si，0.6％～0.9％的Mn，0.07％～0.12％的S，≤0.03％的P，0.5％～0.6％的Cu，≤0.011％的Mg，余量为Fe和杂质元素。铁水化学成分检测合格后，进行铁水过热处理，铁水升温至1504℃，保温3分钟。
步骤三：铁水过热处理完成后出铁，出铁量为1500kg；
步骤四：称取3kg稀土球化剂、7kg硅钡孕育剂；设置在孕育槽中的孕育斗内提前放入7.5kg硅钡孕育剂，浇包包底提前埋3kg稀土孕育剂。
步骤五：将铁水转运至孕育槽，铁水进入孕育槽时，打开孕育斗，铁水与提前放入孕育斗中的硅钡孕育剂反应，进行铁水的一次孕育。
具体地，当铁水与提前放入孕育斗中的硅钡孕育剂充分接触，硅钡孕育剂中的Si、Ba、Al和Ca元素与铁水中的O、S元素反应，形成硫化物、氧化物，Si、Ba、Al和Ca元素的硫化物、氧化物可作为石墨的核心。本实施例所述高强度灰铸铁件的力学性能很大程度上取决于其显微组织；一次孕育处理所用硅钡孕育剂的加入量只有出铁量的0.46％，对高强度灰铸铁件的化学成分影响很小，但对高强度灰铸铁件的显微组织影响很大，使高强度灰铸铁件的石墨形态为A型石墨，并且有利于共晶团生核，使共晶团数量增多。
步骤六：一次孕育完成后的铁水转运至浇包，与提前埋入浇包包底的稀土球化剂反应，进行二次孕育。
具体地，二次孕育处理所用稀土球化剂的加入量为熔炼后铁水出铁量的0.2％，对高强度灰铸铁件的化学成分影响很小，但对高强度灰铸铁件的显微组织影响很大；稀土球化剂中的稀土元素在二次孕育过程中具有钝化石墨和形成稀土化合物以作为石墨核心的作用，增强了孕育效果；稀土球化剂含有的少量Mg元素气化，其气化促进铁水翻滚，使得二次孕育均匀，进一步加强孕育效果；稀土球化剂中的Mg元素气化完成后，残留的Mg元素不足以使片状石墨蠕化，只起到了微量卷曲以及细化片状石墨效果，使得本实施例所述高强度灰铸铁件的石墨形态为细小且均匀分布的A型石墨。
步骤七：二次孕育完成后铁水拔渣，浇注铸件，二次孕育结束到完成浇注时间为8分钟。
本发明实施例公开一种高强度灰铸铁件的生产方法，生产的高强度灰铸铁件的化学成分百分比含量包括3.32％C，1.97％Si，0.86％Mn，0.0285％P，0.10％S，0.53％Cu，0.0039％Mg，余量为Fe和杂质元素。在本实施例高强度灰铸铁件壁厚50～60mm处取样，进行拉伸试验，抗拉强度检测结果为328MPa。如图3-4所示，在本实施例高强度灰铸铁件铸件壁厚50～60mm处取样，进行金相检测，A型石墨分布均匀，石墨长度明显较图1仅使用硅钡孕育剂生产的灰铸铁件的石墨长度小，4％硝酸酒精溶液浸蚀后，基体组织为100％珠光体，未见铁素体，未见碳化物，且珠光体片层间距分布均匀。本实施例高强度灰铸铁件薄壁处与厚壁处布氏硬度差小于20HB。本实施例高强度灰铸铁件进行无损检测，未见缩松、缩孔缺陷。本实施例高强度灰铸铁件在保证高强度的同时，硬度落差小，性能稳定性高，无损检测未见缩松、缩孔缺陷。
本发明实施例公开一种高强度灰铸铁件的生产方法，使用此方法生产高强度灰铁铸件5000余件，全部进行铸件无损检测，铸件厚壁处力学性能检测、金相检测，合格率高达90％以上。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
熔炼，称取60％～65％的废钢、30％～35％的回炉铁、5％～10％的生铁加入电炉中，加热升温至全部加入料熔化；调整铁水的化学成分；调整完成后进行铁水过热处理；
一次孕育，过热处理后的铁水中加入孕育剂，铁水与孕育剂反应，进行一次孕育；
二次孕育，一次孕育后的铁水中加入球化剂，铁水与球化剂反应，进行二次孕育；
浇注，二次孕育后的铁水进行拔渣、浇注，得到高强度灰铸铁件。
2.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述废钢、所述回炉铁、所述生铁加入电炉的顺序为废钢、回炉铁、生铁依次加入。
3.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，在所述一次孕育前，将所述孕育剂提前放入设置在孕育槽中的孕育斗内；过热处理后的铁水转运至所述孕育槽，铁水进入所述孕育槽时，打开所述孕育斗，所述孕育剂加入铁水中。
4.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，在所述二次孕育前，所述球化剂提前埋在浇包包底，一次孕育后的铁水转运至浇包，与预埋在所述浇包包底的球化剂接触。
5.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述高强度灰铸铁件的化学成分质量百分比含量包括3.3％～3.5％的C，1.8％～2.0％的Si，0.6％～0.9％的Mn，0.07％～0.12％的S，≤0.03％的P，0.5％～0.6％的Cu，≤0.011％的Mg，余量为Fe和杂质元素。
6.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述铁水过热处理的温度为1490℃～1510℃，保温时间为3～5分钟。
7.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述球化剂为稀土球化剂；所述稀土球化剂的化学成分百分含量包括44％～48％的Si，＜0.4％的Mn，＜0.5％的Ti，7％～9％的Mg，＜1.0％的MgO，3.5％～4.5％的RE，余量为Fe和杂质元素。
8.根据权利要求7所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述稀土球化剂的重量为熔炼后铁水出铁量的0.15％～0.2％。
9.根据权利要求1所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述孕育剂为硅钡孕育剂；所述硅钡孕育剂的化学成分百分含量包括66％～72％的Si，4％～6％的Ba，＜1.5％的Ca，＜1.5％的Al，余量为Fe和杂质元素。
10.根据权利要求9所述的高强度灰铸铁件的生产方法，其特征在于，所述硅钡孕育剂的重量为熔炼后铁水出铁量的0.4％～0.5％。
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