CN114507807B - 一种提高碳化物数量的孕育剂及其在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法 - Google Patents

一种提高碳化物数量的孕育剂及其在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高碳化物数量的孕育剂，包括由中间合金、稀土合金按重量比为2‑4:0.3‑0.7组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：1.6‑2.8％，Cr：0.7‑1.3％，Si：0.4‑0.8％，Ni：0.3‑0.5％，Ti：0.1‑0.4％，Mo：0.2‑0.5％，其余为Fe；所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为7‑10:4‑5:1‑2:0.6‑1组成。本发明的孕育剂的中间合金促进初生碳化物形核的基体，增加初生碳化物的形核数量，稀土合金富集在初生碳化物的表面，使其细化、团球化，在中间合金和稀土合金协同配合下，提高了生产的过共晶含铌铬15铸铁的碳化物数量，进而提高材料的耐磨性。

Description

一种提高碳化物数量的孕育剂及其在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法
技术领域
本发明属于孕育剂技术领域，具体涉及一种提高碳化物数量的孕育剂及其在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法。
背景技术
依据铬的含量不同形成铬系铸铁，其包括铬15铸铁，铬15铸铁是一类应用非常广泛的重要耐磨材料，它被广泛使用于小型(4寸)泵过流件泵体、叶轮，小型(直径小于1.5米)锤式破碎机锤头、衬板中。铬15铸铁的组织中存在碳化物，因而具有优良的耐磨性，同时由于共晶碳化物形貌呈杆状分布，因此较其它铸铁在韧性上也有所改善。
现有的过共晶铬铸铁中由于存在脆硬、粗大的碳化物因而强度和韧性较低，易产生裂纹等铸造缺陷，这些缺陷限制了过共晶铬铸铁在耐磨部件上的应用。既要保持过共晶材料的高硬度特点，又要提高其强度及韧性，最好的办法就是细化其初生碳化物。所以，细化碳化物、改变其分布形态，是提高过共晶铬铸铁韧性的重要手段。
发明内容
为了解决背景技术的问题，本发明提供一种提高碳化物数量的孕育剂及其在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种提高碳化物数量的孕育剂，包括由中间合金、稀土合金按重量比为2-4:0.3-0.7组成。
优选地，包括由中间合金、稀土合金按重量比为3:0.6组成。
优选地，所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：1.6-2.8％，Cr：0.7-1.3％，Si：0.4-0.8％，Ni：0.3-0.5％，Ti：0.1-0.4％，Mo：0.2-0.5％，其余为Fe。
优选地，所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：2.3％，Cr：1％，Si：0.7％，Ni：0.4％，Ti：0.3％，Mo：0.3％，其余为Fe。
优选地，所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为7-10:4-5:1-2:0.6-1组成。
优选地，所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为9:4.3:1.4:0.8组成。
本发明还提供一种提高碳化物数量的孕育剂在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法，包括以下步骤：
(1)孕育处理：采用包底冲入法对完全熔化的铸铁液进行孕育处理；
(2)向步骤(1)完成孕育处理的铸铁液表面覆盖造渣材料，同时吹氮气处理，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(3)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(4)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氮气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
(5)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净过共晶含铌铬15铸铁。
优选地，步骤(1)中孕育处理是采用占铸铁液重量2.6％的孕育剂。
优选地，所述的孕育剂粒度小于12mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明的孕育剂的中间合金促进初生碳化物形核的基体，增加初生碳化物的形核数量，稀土合金富集在初生碳化物的表面，使其细化、团球化，在中间合金和稀土合金协同配合下，提高了生产的过共晶含铌铬15铸铁的碳化物数量，进而提高材料的耐磨性。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
一种提高碳化物数量的孕育剂，包括由中间合金、稀土合金按重量比为2:0.5组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：1.8％，Cr：0.9％，Si：0.5％，Ni：0.4％，Ti：0.2％，Mo：0.3％，其余为Fe；所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为8:5:1:0.7组成。
实施例2
一种提高碳化物数量的孕育剂，包括由中间合金、稀土合金按重量比为3:0.6组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：2.3％，Cr：1％，Si：0.7％，Ni：0.4％，Ti：0.3％，Mo：0.3％，其余为Fe；所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为9:4.3:1.4:0.8组成。
实施例3
一种提高碳化物数量的孕育剂，包括由中间合金、稀土合金按重量比为2.2:0.5组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：2％，Cr：0.7％，Si：0.5％，Ni：0.3％，Ti：0.1％，Mo：0.2％，其余为Fe；所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为8:5:1.3:0.7组成。
实施例4
一种提高碳化物数量的孕育剂，包括由中间合金、稀土合金按重量比为4:0.7组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：2.7％，Cr：1.3％，Si：0.7％，Ni：0.5％，Ti：0.4％，Mo：0.5％，其余为Fe；所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为10:5:1.8:1组成。
实施例5
一种提高碳化物数量的孕育剂在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法，包括以下步骤：
(1)孕育处理：采用包底冲入法对完全熔化的铸铁液进行孕育处理，孕育处理是采用占铸铁液重量2.6％，粒度小于12mm的孕育剂，所述孕育剂采用实施例2的孕育剂；
(2)向步骤(1)完成孕育处理的铸铁液表面覆盖造渣材料，添加量为0.69kg/吨铬铸铁；同时吹氮气处理，吹氮气流量控制在16.7-17.1L/min，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(3)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(4)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氮气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
(5)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净过共晶含铌铬15铸铁，采用光谱分析，所述的高纯净过共晶含铌铬15铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.91％的碳、0.52％的锰、15.24％的铬、0.83％的硅、0.02％的磷、0.04％的硫、0.26％的镍、0.18％的钼、0.37％的钒、0.42％的钛、0.67％的铜、0.79％的铌、0.41％的混合稀土、0.00094％的氧、0.00023％的氢，余量为Fe；
所述混合稀土由钷、铈按质量比为1.4:0.8组成。
步骤(2)中所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉9份、铝粉3份、蒙脱石粉15份、氟石粉4份、滑石粉12份、钝化石灰粉5份、碳酸镁粉7份、麦饭石粉5份、石英粉3份、田菁胶3.4份、水21份；
所述珍珠岩粉的粒度为900目；
所述铝粉的粒度为1000目；
所述蒙脱石粉的质量指标为：SiO2：69.13％，粒度为900目；
所述氟石粉的质量指标为：CaF2：77.32％，粒度为900目；
所述滑石粉的质量指标为：SiO2：62.03％，粒度为900目；
所述钝化石灰原料的质量指标为：CaO：93.62％；S：0.03％；
所述碳酸镁粉的粒度为900目；
所述麦饭石粉的粒度为800目；
所述石英粉的粒度为800目；
所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为47℃，转速为200r/min下搅拌1.1h，制得浆料a；
2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为43℃，转速为200r/min下搅拌0.5h，制得浆料b；
3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.1cm的颗粒；
4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在93℃下干燥7.8h，制得造渣材料。
对比例1
与实施例5工艺基本相同，不同之处在于采用现有技术(一种过共晶高铬铸铁及其孕育变质处理方法，公开号：CN113025874A)的孕育剂替代实施例2的孕育剂，所述现有技术的孕育剂由稀土镁合金和TiBAl合金组成，其中稀土镁合金占合金液质量的0.6％，TiBAl合金占合金液质量的0.3％。
对实施例5和对比例1生产的过共晶含铌铬15铸铁的洛氏硬度值(HRC)、碳化物数量及氧、氢含量进行检测，每个指标重复测3次，求平均值，结果如下：
试验组 碳化物数量(％) HRC 氧含量/ppm 氢含量/ppm
实施例5 30.6 61.5 9.4 2.3
对比例1 25.4 - - -
注：表中的各个指标均为重复测3次的平均值，洛氏硬度试验按GB/T 230.1规定进行；氧、氢含量采用光谱分析检测；“-”表示不检查’。
上表可知：实施例5获得的碳化物数量高，达到了30.6％，比现有技术(对比例1)制得的材料的碳化物数量(为25.4％)高20.5％，使得本发明制得的过共晶含铌铬15铸铁材料耐磨性更高，也说明了本发明制得的孕育剂的孕育效果优于现有技术的孕育剂。另外，采用实施例5的制备工艺获得的过共晶含铌铬15铸铁的氧含量为9.4ppm，氢含量为2.3ppm，洛氏硬度值(HRC)为61.5，可见采用实施例5的制备工艺，使得氧含量和氢含量大大降低，获得的过共晶含铌铬15铸铁的洛氏硬度值(HRC)较大，提高了产品的性能，可满足用于生产小型(4寸)泵过流件泵体、叶轮，小型(直径小于1.5米)锤式破碎机锤头、衬板中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (7)

1.一种提高碳化物数量的孕育剂，其特征在于，包括由中间合金、稀土合金按重量比为2-4:0.3-0.7组成；
所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：1.6-2.8%，Cr：0.7-1.3%，Si：0.4-0.8%，Ni：0.3-0.5%，Ti：0.1-0.4%，Mo：0.2-0.5%，其余为Fe；
所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为7-10:4-5:1-2:0.6-1组成。
2.根据权利要求1所述的提高碳化物数量的孕育剂，其特征在于，包括由中间合金、稀土合金按重量比为3:0.6组成。
3.根据权利要求1所述的提高碳化物数量的孕育剂，其特征在于，所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：C：2.3%，Cr：1%，Si：0.7%，Ni：0.4%，Ti：0.3%，Mo：0.3%，其余为Fe。
4.根据权利要求1所述的提高碳化物数量的孕育剂，其特征在于，所述的稀土合金包括锰、硅、钷、铈按质量比为9:4.3:1.4:0.8组成。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的提高碳化物数量的孕育剂在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）孕育处理：采用包底冲入法对完全熔化的铸铁液进行孕育处理；
（2）向步骤（1）完成孕育处理的铸铁液表面覆盖造渣材料，同时吹氮气处理，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
（3）调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
（4）装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氮气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
（5）控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净过共晶含铌铬15铸铁。
6.根据权利要求5所述的提高碳化物数量的孕育剂在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法，其特征在于，步骤（1）中孕育处理是采用占铸铁液重量2.6%的孕育剂。
7.根据权利要求6所述的提高碳化物数量的孕育剂在生产过共晶含铌铬15铸铁的使用方法，其特征在于，所述的孕育剂粒度小于12mm。
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