CN114606356A - 高强度兼高韧性adi铁液的处理方法 - Google Patents

高强度兼高韧性adi铁液的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料技术领域，特别是高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法，通过将满足一定化学元素比例的炉料熔炼，将熔化的铁液倒入球铁处理包内进行脱硫处理并清除浮渣，所述球铁处理包的包底投放由质量百分含量分别为50～60％的Na2CO3、20～25％的CaO和20～25％的CaCO3所组成的脱硫剂，将脱硫处理的铁液倒回电炉升温至1510‑1530℃进行高温自脱氧5‑8分钟，即得到满足高强度兼高韧性ADI铸件要求的纯净铁液。本发明的目的是针对目前ADI批量生产应用中的塑性与韧性难以提高的问题，在保证高强度的前提下大幅度提高ADI材料的塑性和韧性。

Description

高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别是高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法。
背景技术
等温淬火球墨铸铁(简称ADI)是一种性能优异的新型铸造工程材料，相对而言，比较容易获得高强度、高耐磨性，但比较难获得高的塑性及韧性。通常ADI的生产是将熔炼的铁液直接经球化及孕育处理铸成球铁铸件毛坯，再进行等温淬火热处理，使原球铁基体转变为针状铁素体与高碳奥氏体组成的奧铁体组织，从而获得优良的综合力学性能，例如中国发明专利《CN101876026A-高韧性兼高强度的ADI件及其制造方法》。生产优质球铁铸件毛坯和采用合理的等温淬火热处理工艺是ADI获得优良综合性能的关键。本发明在现有技术的基础上，根据试验分析和生产实践，设计更合适的铸件化学成分；对熔炼的铁液进行脱硫预处理及高温自脱氧净化处理，设计更优的脱硫剂及增加高温自脱氧处理步骤，以降低铁液硫含量，减少铁液中气体含量及氧化物夹渣，净化铁液，以便获得无气孔、夹渣、组织致密的优质球铁毛坯，为等温淬火热处理后获得高强度兼高韧性ADI件提供保障。
发明内容
本发明是针对目前ADI批量生产应用中的塑性与韧性难以提高的问题，在保证强度的前提下大幅度提高ADI材料的塑性和韧性，相对于原QTD 900-8能使伸长率提高40％以上，抗拉强度提高20％以上，为此目标，采取以下独特的技术。
采用的技术方案为：高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法，将化学元素质量百分比含量分别为ω(C)＝3.4～3.7％、ω(Si)＝2.4～2.6％、ω(Mn)≤0.2％、ω(P)≤0.02％、ω(S)≤0.015％、ω(Cu)＝0.4～0.6％、ω(Ni)＝0.6～0.85％、余量为Fe的炉料熔炼，将熔化的铁液倒入球铁处理包内进行脱硫处理并扒渣，所述球铁处理包的包底投放由质量百分含量分别为50～60％的Na2CO3、20～25％的CaO和20～25％的CaCO3所组成的脱硫剂，将脱硫处理的铁液倒回电炉升温至1510-1530℃进行高温自脱氧净化5-8分钟，即得到满足高强度兼高韧性ADI铸件要求的纯净铁液。
而且，脱硫处理是将电炉熔化的铁液升温至1450℃后，倒入球铁处理包，搅拌扒渣后再倒回电炉升温。
而且，脱硫剂重量为铁液重量的0.5～1％。
以及，将所制得的纯净铁液调整至1500℃，经过球化孕育处理后浇注得到满足高强度兼高韧性ADI要求的球铁铸件毛坯。
本发明的铁液处理方法的优势及原理为：1、在保证强度的前提下大幅度提高ADI材料的塑性和韧性，相对于原QTD 900-8能使伸长率提高40％以上，抗拉强度提高20％以上，这是通过优化铸件化学成分和改进反应过程来共同实现的；
2、优化了铁液制备过程中的脱硫预处理，脱硫预处理的原理是使脱硫剂中的Na、Ca元素与S元素经过反应生成Na2S、CaS，同时产生CO2气体，反应生成的呈渣状的Na2S及CaS被CO2的沸腾作用带到铁液表面形成浮渣，再通过扒渣清除Na2S及CaS，但此过程中存在许多待优化的问题。本发明进一步优化了工业苏打、生石灰、碳酸钙的成分含量，具体来说成分含量改进在于(1)增加Na2CO3和CaCO3的比例可增强脱硫反应时CO2气体的沸腾作用，有利于Na2S、CaS渣的上浮，同时避免比例过大使铁液降温过多。(2)脱硫剂中不加FeO粉末，避免反应不彻底形成新的FeO渣，导致铁液纯净度下降。从而尽量减少以前的脱硫剂存在的问题，以便获得低硫的纯净铁液，减少球化剂用量，降低球化孕育处理成本及硫化物夹渣；
3、新增了铁液制备中的高温自脱氧处理的步骤，即升温至1510-1530℃进行高温自脱氧净化5-8分钟，高温自脱氧过程能使满足充分发生SiO2+2C＝Si+2CO↑等脱氧沸腾反应的温度，减少铁液中气体含量及氧化物夹渣从而净化铁液，温度再高就会导致铁液中C、Si、Mn、Ni、Cu等元素过多烧损无法制备出满足要求的铁液，高温自脱氧时间需严格控制在5-8分钟内，时间短反应不完全，时间长会降低铁液自发形核的能力，浇注时晶粒变粗大导致无法制备满足要求的ADI材料。经过高温自脱氧处理后得到的纯净铁液温度调整至1500℃左右，经球化孕育处理后浇注能获得满足高强度兼高韧性ADI要求的优质球铁铸件毛坯。
此外，本方法在实际操作过程中还具有：不增添新设备，操作简便；特制脱硫剂成本低廉；预处理铁液的降温幅度不大(＜50℃)，能耗损失小等优点。
附图说明
图1为本方案的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例，图1为ADI铁液脱硫预处理及高温自脱氧净化处理工艺流程。
实施例1
金属炉料及配制：金属炉料由球铁生铁，球铁回炉料，废钢和Cu、Ni合金组成，按铸件要求的的化学成分进行精确的配料计算(考虑熔炼过程的元素烧损)。本发明的铸件化学成分为：ω(C)＝3.4～3.7％、ω(Si)＝2.4～2.6％、ω(Mn)≤0.2％、ω(P)≤0.02％、ω(S)≤0.015％、ω(Cu)＝0.4～0.6％、ω(Ni)＝0.6～0.85％。
熔炼：采用中频电炉熔炼，严格控制和检测铁液温度。
铁液脱硫预处理：利用球铁处理包，将脱硫剂投放至预热的包底。自行配置的脱硫剂由工业苏打、生石灰和碳酸钙组成。当熔炼的铁液升温至1450℃左右，倒入处理包进行脱硫预处理，扒渣后再倒回电炉升温。
高温自脱氧净化处理：铁液温度升至1530℃，进行6分钟自脱氧反应，使其充分发生SiO2+2C＝Si+2CO↑等脱氧沸腾反应，减少铁液中气体含量及氧化物夹渣，净化铁液。
球化孕育处理：高温自脱氧净化处理后的纯净铁液温度调整至1500℃左右，倒入球化处理包进行球化孕育处理，球化剂用量≤1.3％，孕育剂(FeSi75)量为1.2～1.6％，铁液经球化孕育处理后浇注铸件。
按此方法生产的组织致密的优质球铁铸件，经合理等温淬火热处理可获得高强度兼高韧性ADI件，对照QTD900-8，抗拉强度提高到20％以上，伸长率提高50％以上。
实施实例2
金属炉料熔炼及脱硫预处理同实例1(包括铸件的化学成分及熔炼、铁液脱硫预处理等)。
高温自脱氧净化处理：铁液温度升至1510℃，进行8分钟自脱氧反应，使其充分发生SiO2+2C＝Si+2CO↑等脱氧沸腾反应，减少铁液中气体含量及氧化物夹渣，净化铁液。
球化孕育处理：高温自脱氧净化处理后的纯净铁液温度调整至1500℃左右，倒入球化处理包进行球化孕育处理，球化剂用量≤1.3％，孕育剂(FeSi75)量为1.2～1.5％，铁液经球化孕育处理后浇注铸件。
按此方法生产的组织致密的优质球铁铸件，经合理等温热处理可获得高强度兼高韧性ADI件，对照QTD900-8，抗拉强度提高到20％以上，伸长率提高50％以上。
本发明的铁液处理方法的优势及原理为：1、在保证强度的前提下大幅度提高ADI材料的塑性和韧性，相对于原QTD900-8能使伸长率提高40％以上，抗拉强度提高20％以上，这是通过优化铸件化学成分和改进反应过程来共同实现的；
2、优化了铁液制备过程中的脱硫预处理，脱硫预处理的原理是使脱硫剂中的Na、Ca元素与S元素经过反应生成Na2S、CaS，同时产生CO2气体，反应生成的呈渣状的Na2S及CaS被CO2的沸腾作用带到铁液表面形成浮渣，再通过扒渣清除Na2S及CaS，但此过程中存在许多待优化的问题。本发明进一步优化了工业苏打、生石灰、碳酸钙的成分含量，具体来说成分含量改进在于(1)增加Na2CO3和CaCO3的比例可增强脱硫反应时CO2气体的沸腾作用，有利于Na2S、CaS渣的上浮，同时避免比例过大使铁液降温过多。(2)脱硫剂中不加FeO粉末，避免反应不彻底形成新的FeO渣，导致铁液纯净度下降。从而尽量减少以前的脱硫剂存在的问题，以便获得低硫的纯净铁液，减少球化剂用量，降低球化孕育处理成本及硫化物夹渣；
3、新增了铁液制备中的高温自脱氧处理的步骤，即升温至1510-1530℃进行高温自脱氧净化5-8分钟，高温自脱氧过程能使满足充分发生SiO2+2C＝Si+2CO↑等脱氧沸腾反应的温度，减少铁液中气体含量及氧化物夹渣从而净化铁液，温度再高就会导致铁液中C、Si、Mn、Ni、Cu等元素过多烧损无法制备出满足要求的铁液，高温自脱氧时间需严格控制在5-8分钟内，时间短反应不完全，时间长会降低铁液自发形核的能力，浇注时晶粒变粗大导致无法制备满足要求的ADI材料。经过高温自脱氧处理后得到的纯净铁液温度调整至1500℃左右，经球化孕育处理后浇注能获得满足高强度兼高韧性ADI要求的优质球铁铸件毛坯。

Claims (4)

1.高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法，其特征在于：将化学元素质量百分比含量分别为ω(C)＝3.4～3.7％、ω(Si)＝2.4～2.6％、ω(Mn)≤0.2％、ω(P)≤0.02％、ω(S)≤0.015％、ω(Cu)＝0.4～0.6％、ω(Ni)＝0.6～0.85％、余量为Fe的炉料熔炼，将熔化的铁液倒入球铁处理包内进行脱硫处理并扒渣，所述球铁处理包的包底投放由质量百分含量分别为50～60％的Na2CO3、20～25％的CaO和20～25％的CaCO3所组成的脱硫剂，将脱硫处理的铁液倒回电炉升温至1510-1530℃进行高温自脱氧净化5-8分钟，即得到满足高强度兼高韧性ADI铸件要求的纯净铁液。
2.根据权利要求1所述高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法，其特征在于：脱硫处理是将电炉熔化的铁液升温至1450℃后，倒入球铁处理包，脱硫扒渣后再倒回电炉升温。
3.根据权利要求1所述高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法，其特征在于：脱硫剂重量为铁液重量的0.5～1％。
4.根据权利要求1所述高强度兼高韧性ADI铁液的处理方法，其特征在于：将所制得的纯净铁液温度调整至1500℃，经过球化孕育处理后浇注得到满足高强度兼高韧性ADI要求的球铁铸件毛坯。
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