CN114703420A

CN114703420A - 一种新型含氮商用车缸体材料生产方法

Info

Publication number: CN114703420A
Application number: CN202210347242.2A
Authority: CN
Inventors: 王东旭
Original assignee: FAW Group Corp; Faw Foundry Co Ltd
Current assignee: FAW Group Corp; Faw Foundry Co Ltd
Priority date: 2022-04-01
Filing date: 2022-04-01
Publication date: 2022-07-05

Abstract

本发明提供一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，包括明确商用车缸体材料标准要求；采用生铁、废钢、回炉料投入中频炉内熔化，熔化后成分调整；添加碳化硅合金，调整硅的成分调整；调整完成成分以后，出炉孕育处理并进行浇注，出炉时，浇包内孕育剂加入量：0.3％，氮化锰铁加入量0.5％。铁水控制含氮量在0.006‑0.012％之间，锰元素控制在0.6‑0.8％之间，铸造成含氮商用车缸体材料。本发明在传统工艺生产基础之上进行了改进，采用化合物合金进行强化，强化原理除合金强化外，还有析出强化的效果；取消钼铁的添加，改用碳化硅和氮化锰进行生产，取得了非常好的效果；成功的实现了提高缸体材料性能，且不增加缸体生产成本。

Description

一种新型含氮商用车缸体材料生产方法

技术领域

本发明属于商用车技术领域，具体涉及一种新型含氮商用车缸体材料生产方法。

背景技术

一般大型商用车缸体采用的均为灰铸铁材质(少量采用蠕墨铸铁)进行生产。随着节能减排的标准不断提高，以及柴油机功率设计不断提高的双重“提高”的要求下，对缸体材料性能也提出了更高的要求。从一汽工厂生产过的发动机缸体历代材料来看，从过去的HT200，到今天的HT250，发动机缸体的重量也从过去的100kg左右，发展到今天的300-350kg左右。更高的材料牌号要求，更重的铸件，都对发动机材料生产提出了更高的要求。

传统缸体材料生产工艺为：采用生铁、废钢、回炉料为主要原材料生产，采用各种合金，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁等铁合金调整铁水合金成分，采用增碳剂、增硫剂调整铁水C、S成分，最终采用孕育剂进行铁水孕育并浇注。这其中，各厂家所规定的化学成分会根据实际情况略作调整，但大体相同。孕育剂则主要采用硅铁、硅锶、硅锆等。以某厂HT250缸体生产为例，规定生铁、废钢、回炉料的加入比例分别为10:50:40，调整后的炉前成分为：C：3.20±0.05；Si：1.75-1.85；Mn：0.5-0.6；P<0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.22±0.02；Cu：0.60±0.05；Mo：0.2-0.3(单位wt％)，出铁水时，添加0.35％硅锶孕育剂在包底进行孕育，然后进行浇注。此种工艺为传统的生产工艺，特点是操作简便，材料性能较好，可大规模稳定生产。

但是，原有铸铁材料生产工艺存在的缺点越来越突出，比如：1、抗拉强度偏低，不能满足高性能柴油机设计需求；2、需要使用大量贵重合金提高材料性能，如钼合金元素，导致生产成本居高不下。3、由于使用钼合金元素，容易导致缸体加工过硬，加工困难，加工效率过低等。

现有技术一种高强度灰铸铁强化剂及其强化处理工艺，属于高强度灰铸铁的制备技术。所述强化剂包括V、Ti、N、RE、Ca、Si元素，其重量百分比化学成分为：V：10-19；Ti：6-8；N：8-9；RE：3-5；Ca：3-5；其余为Si。所述强化剂的加入方法采用浇包内加入法：将强化剂放到灰铸铁浇包的底部，当熔化的灰铸铁铁水温度达到1480-1550度时，铁水倒入灰铸铁浇包中，高温铁水将强化剂熔化，强化剂中的元素溶入到灰铸铁铁液中，得到高强度灰铸铁，其组织为初生奥氏体枝晶为发达的等轴网络框架结构。本发明使灰铸铁的强度得到了显著的提高，在潮模砂型中浇注出的标准试棒的抗拉强度达到了400兆帕。

但是，该处理工艺主要是采用单一金属元素合金化进行硬度、强度的强化，强化原理主要是合金强化，加工困难，成本高。综上，我们需要研发一种能够稳定生产高性能铸铁材料且不增加成本的技术工艺。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，为灰铸铁材料生产工艺技术，成功的实现了提高缸体材料性能，且不增加缸体生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，包括以下步骤：

A、明确商用车缸体材料标准要求；

B、采用生铁、废钢、回炉料投入中频炉内熔化，熔化后按照如下成分调整(wt％)：C：3.20±0.05；Si：1.95±0.05；Mn：0.3-0.4；P<0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.22±0.02；Cu：0.60±0.05；

C、添加碳化硅合金，调整硅的成分调整；

D、调整完成成分以后，出炉孕育处理并进行浇注，出炉时，浇包内孕育剂加入量：0.3％，氮化锰铁加入量0.5％。

E、铁水控制含氮量在0.006-0.012％之间，锰元素控制在0.6-0.8％之间，铸造成含氮商用车缸体材料，同时，每浇注一炉缸体，附加浇注试棒两根。

进一步地，步骤A，所述商用车缸体材料的强度为250MPa，硬度为HBW180～250。

进一步地，步骤B，所述生铁、废钢、回炉料的投入比例为1:4:5。

进一步地，步骤B，所述成分调整均采用对应的铁合金进行。

进一步地，步骤C，碳元素不足的部分，采用增碳剂调整。

更进一步地，所述增碳剂固定碳含量>99.5％，加入方式为熔化前，随生铁、废钢回炉料加入。

更进一步地，所述增碳剂加入量为铁水总重量的1.2-1.3％。

更进一步地，所述硅铁，加入量1.2-1.4％；氮化锰铁，加入量0.2-0.3％；硫化亚铁，0.1-0.2％％；铬铁，加入量0.2-0.3％；电解铜，加入量0.3-0.4％。

进一步地，步骤D，出炉温度控制在1460-1480℃。

进一步地，步骤D，所述孕育剂为硅铁孕育剂，含Si量75％，其余为Fe。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在传统工艺生产基础之上进行了改进，采用化合物合金进行强化，强化原理除合金强化外，还有析出强化的效果；取消钼铁的添加，改用了碳化硅和氮化锰进行生产，取得了非常好的效果；成功的实现了提高缸体材料性能，且不增加缸体生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1-图2 1号样品金相组织图片，石墨为A型石墨，石墨长度A4-A5，基体为98％珠光体+铁素体+磷共晶；

图3-图4 2号样品金相组织图片，石墨为A型石墨，石墨长度A4-A5，基体为98％珠光体+铁素体+磷共晶。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，包括以下步骤：

首先，明确商用车缸体材料标准要求：材料强度标准为250MPa；硬度为HBW180～250。

采用生铁、废钢、回炉料投入中频炉内熔化，投入比例为1:4:5，熔化后按照如下成分调整(wt％)：C：3.20±0.05；Si：1.95±0.05；Mn：0.3-0.4；P

<0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.22±0.02；Cu：0.60±0.05。其中，添加碳化硅合金，调整硅的成分调整，碳元素不足的部分，采用增碳剂调整。

调整完成成分以后，出炉孕育处理并进行浇注。出炉温度控制在1460-1480℃。出炉时，浇包内孕育剂加入量：0.3％，氮化锰铁加入量0.5％。

最终，铁水控制含氮量在0.006-0.012％之间，锰元素控制在0.6-0.8％之间，铸造成含氮商用车缸体材料。

实施例1

一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，包括以下步骤：

首先，明确商用车缸体材料标准要求。以本公司36D柴油机缸体为例，其零件号：1002014-36D；用户：一汽无锡柴油发动机有限公司，材质标准牌号HT250，材料强度标准：250MPa；硬度：HBW180～250。

<0.03；S：0.10±0.02；Cr：0.22±0.02；Cu：0.60±0.05。其中，添加碳化硅合金，调整硅的成分调整，碳元素不足的部分，采增碳剂调整。以上成分的调整，均采用对应的铁合金进行，具体铁合金和相对应的调整元素关系如下：

采用增碳剂进行增碳，增碳剂固定碳含量>99.5％，加入方式为熔化前，随生铁、废钢回炉料加入增碳剂，增碳剂加入量一般为铁水总重量的1.2-1.3％。后待铁水熔化完成后，取光谱样，看C元素距离目标值还有多少差距，继续添加增碳剂，直至C元素含量满足技术要求。其余元素，均按照这个要求，逐一添加。这其中需要添加的材料有，增碳剂加入量为铁水量1.2-1.3％；硅铁，加入量1.2-1.4％；氮化锰铁，加入量0.2-0.3％；硫化亚铁，0.1-0.2％％；铬铁，加入量0.2-0.3％；电解铜，加入量0.3-0.4％。

调整完成成分以后，出炉孕育处理并进行浇注。出炉温度控制在1460-1480℃。出炉时，浇包内孕育剂，所述孕育剂为普通硅铁孕育剂，含Si量75％，其余为Fe)加入量：0.3％，氮化锰铁加入量0.5％。

最终，铁水控制含氮量在0.006-0.012％之间，锰元素控制在0.6-0.8％之间，铸造成含氮商用车缸体材料。同时，每浇注一炉缸体，附加浇注试棒两根。

经过材质检测，检测材料力学性能结果见表1，在不增加成本的基础上，满足用户的使用要求。

表1

本发明创新性的引入氮化合金，如氮化锰，可以使得氮元素更容易以原子形态存在，而非游离状态。而剩余的蒙元素，更容易和C、S元素结合，形成MnC、MnS颗粒，在基体中析出，形成析出强化。取消钼铁的添加，改用了碳化硅和氮化锰进行生产，取得了非常好的效果；成功的实现了提高缸体材料性能，且不增加缸体生产成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、明确商用车缸体材料标准要求；

C、添加碳化硅合金，调整硅的成分调整；

2.根据权利要求1所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：步骤A，所述商用车缸体材料的强度为250MPa，硬度为HBW180～250。

3.根据权利要求1所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：步骤B，所述生铁、废钢、回炉料的投入比例为1:4:5。

4.根据权利要求1所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：步骤B，所述成分调整均采用对应的铁合金进行。

5.根据权利要求1所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：步骤C，碳元素不足的部分，采用增碳剂调整。

6.根据权利要求5所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：所述增碳剂固定碳含量>99.5％，加入方式为熔化前，随生铁、废钢回炉料加入。

7.根据权利要求6所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：所述增碳剂加入量为铁水总重量的1.2-1.3％。

8.根据权利要求7所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：所述硅铁，加入量1.2-1.4％；氮化锰铁，加入量0.2-0.3％；硫化亚铁，0.1-0.2％％；铬铁，加入量0.2-0.3％；电解铜，加入量0.3-0.4％。

9.根据权利要求1所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：步骤D，出炉温度控制在1460-1480℃。

10.根据权利要求1所述的一种新型含氮商用车缸体材料生产方法，其特征在于：步骤E，所述孕育剂为硅铁孕育剂，含Si量75％，其余为Fe。