CN1884601A - 硼磷合金铸铁连铸型材及其制造方法 - Google Patents

硼磷合金铸铁连铸型材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硼磷合金铸铁连铸型材及其制造方法，本发明的连铸型材，由C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、B、P、S、Sb、Ti、Fe组成；本发明的有益效果是：在CrMoCu强化固溶提高集体电位作用外，B以弥散Fe3(C1B)和Fe23(C1B)6的碳硼化物变硬度质点(Hx＝1150)；而P以凸出的细化磷共晶网络、细化石墨共晶和稳定珠光体的作用，Sb促使珠光体量增加并稳定；综合作用突显在有润滑条件下，以石墨片的含油储油的润滑的特性、配合第一磨面的硬质点硼化物、磷共晶，第二磨面的基体储油性，既保持了润滑油膜的连续性又突显硬化和网络的耐磨作用，通过淬火回火处理就更显现固溶强化和硬化相的抗蚀，耐磨特性。

Description

硼磷合金铸铁连铸型材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种合金铸铁连铸型材，尤其涉及一种在温度腐蚀、压力工况条件下的高耐磨、抗蚀、耐疲劳的硼磷合金铸铁连铸型材及其制造方法。
背景技术
在合金铸铁的基础上，着重添加硼、磷、锑、钛的多元合金化作用，当前在内燃机缸套、活塞、纺织机的凸轮、转子、梭鼻、环保空调压缩机活塞等领域得到广泛应用。
以家电空调为例，防止大气臭氧层的破坏，环保空调是当前面临的重要课题，其中心脏零件活塞，它是长时在冷热转换温度场，新型制冷媒介质的腐蚀作用、气化压缩的变压力条件下工作，所以综合考虑材料的耐温、耐压、耐蚀、耐疲劳性能，是提高整机使用寿命和高效节能的关键技术。
如何制造出这种合金铸铁连铸型材是摆在科技技术人员面前需要解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种硼磷合金铸铁连铸型材，旨在解决上述的问题。
本发明还提供了一种制造该硼磷合金铸铁连铸型材的方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的硼磷合金铸铁连铸型材由C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、B、P、S、Sb、Ti、Fe组成；
本发明的制造方法是通过以下步骤实现的：
熔炼：采用感应电炉或冲天炉——感应电炉的熔炼方式；熔炼工艺包括：
原铁水，炉前快速热分析仪控制含量：碳3.20-3.60％和硅2.20-2.90％；
合金铁水熔炼温度为1460～1500°；
铁水包内冲入法孕育，孕前铁水温度1400～1420°，孕育持续时间7～9分钟，孕育剂量0.4～0.8％，孕育剂粒度＜12mm。
型材光谱分析：确定Cr、Mo、Cu、Ti、Mn、S、P、Sb含量；
连续铸造拉拔：
结晶器结构；
冷却水温度、流量、压力的调整；
结晶器出口型材表面温度的调整；
型材牵引速度的调整；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在CrMoCu强化固溶提高集体电位作用外，B以弥散Fe3(C1B)和Fe23(C1B)6的碳硼化物变硬度质点(Hx＝1150)；而P以凸出的细化磷共晶网络、细化石墨共晶和稳定珠光体的作用，Sb促使珠光体量增加并稳定；综合作用突显在有润滑条件下，以石墨片的含油储油的润滑的特性、配合第一磨面的硬质点硼化物、磷共晶，第二磨面的基体储油性，既保持了润滑油膜的连续性又突显硬化和网络的耐磨作用，通过淬火回火处理就更显现固溶强化和硬化相的抗蚀，耐磨特性。
具体实施方式
下面具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
硼磷合金铸铁连铸棒型材化学成分范围，按强度级别分为高、低强度两级。
以空调410A活塞为例：σb≥200N/mm2级棒料。
  成分   C   Si   Mn   P   S   Cr   Mo   Cu   B   Sb   Ti   Fe
Wt％   3.00～3.60   1.80～2.90   0.40～0.80   0.30～0.80 ≤0.06 ＜0.20   0.10～0.50   0.40～1.00   0.02～0.15   0.02～0.15   0.08～0.15   90～94
高强度LZBPHT300(σb≈300N/mm2、HB≈200～240)棒料化学组成：
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Mo   Cu   Ti   B   Sb   Fe
  3.00～3.20   1.80～2.30   0.60～0.80   0.50～0.80   ≤0.06   0.15～0.20   0.30～0.50   0.80～1.00   0.10～0.15   0.08～0.12   0.04～0.06   91～93
低强度LZBPHT200(σb≈200N/mm2、HB≈160～200)棒料化学组成：
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Mo   Cu   Ti   B   Sb   Fe
  3.30～3.60   2.50～2.90   0.40～0.60   0.30～0.50   ≤0.06   0.07～0.12   0.15～0.30   0.40～0.60   0.08～0.12   0.04～0.06   0.02～0.03   90～94
本发明的BP合金铸铁连铸材料的化学成分设计原则：
化学成分中控制碳当量(CE)和石墨化系数(K)调整铸铁的组织和性能；
铸铁中主要硅(Si)和磷(P)参合成相当的碳量，它与实际碳量之和成为碳当量CE：
CE＝C+(Si+P)/3
C、Si、P各为铸铁中碳、硅、磷的含量(％)
目前BP合金铸铁LZBPHT200～300控制的CE范围是4.10～4.30)。
铸铁石墨化程度的影响，主要是考虑C和Si的共同作用，而石墨化系数公式K＝4/3Si(1-5/(3C+Si))是判别CrMoCu铸铁组织的有效工具：
当K≤0.65时，铸铁为全白组织
当0.65＜K≤0.8时，基体为珠光体加渗碳体麻口组织
当0.85＜K≤2.05时，基体为珠光体加铁素体灰口组织
当K＞3.10时，基体为铁素体组织
当0.85＜K≤2.05情况下，添加Cr、Mo、Cu、Sb的含量调整基体组织珠光体的数量和粗细程度合金含量增加时，珠光体量增多并细化，同时改善铸件断面的组织均匀性，它们是调整铸件强度级别的敏感元素。
硼(B)的加入量控制在0.03～0.08％范围，因B对石墨化有拟制作用，凝固过程中有激冷倾向，低B铸铁组织几乎不起变化，但组织中石墨和碳化物细化、B以Fe3C-Fe2B复合渗碳体变弥散分布，在基体中其硬度可达HV1150(HRC＞70)，其熔点高，抗蚀性好，工作中不易产生溶蚀现象。
磷P在铸铁中是以磷共晶形态出现，二元磷共晶(Fe3P+点状奥氏体分解物)，三元磷共晶(Fe3P+Fe3C+点状奥氏体分解物)，磷共晶在与Cu和Ti同时作用呈断续网络分布在晶界上，能细化共晶团，稳定珠光体，促使强度和硬度增加。
本发明的BP合金铸铁连铸棒材的制造方法，是通过以下步骤实现的：连续铸造工艺参数
熔炼：
根据合金熔炼成分的充分均匀要求，根据内在组织和不同形状尺寸棒料情况，保持稳定的铁水成分和铁水温度。通常采用电炉或冲天炉——电炉的熔炼方式。
a.原铁水，炉前快速热分析仪控制碳和硅含量％、CE为3.9～4.2范围；
b.合金铁水熔炼温度为1460～1500°；
c.铁水包内冲入法孕育、孕前温度1400～1420°，孕育持续时间7～9分钟，
孕育剂粒度＜12mm，孕育量0.4～0.8％
d.型材光谱分析：确定P、S、Cr、Mo、Cu、Sb、Ti等含量，并做调整根据机械零部件的使用性能，综合型材的强度、硬度和基体组织情况，调整碳当量(CE)、石墨化系数(K)和合金元素C、Si、Mn、P、Cr、Mo、Cu、B、Sb、Ti的实际加量；
连续铸造拉拔工艺参数控制：
  棒号   引锭时间   速度(kg/h)   水温(C°)   步长(mm)  出口(C°)
  进水   出水
  9:42   690   29   48   55   800
  1   9:48   710   29   51   52   830
  6   10:00   710   29   53   52   840
  10   10:11   710   30   54   52   840
  15   710   32   55   52   840
  20   710   32   55   52   840
  25   710   32   55   52   840
  30   710   32   55   52   840
  35   710   32   55   52   840
  40   710   32   55   52   840
  50   710   32   55   52   840
  60   730   31   55   51   840
  70   730   31   55   51   840
  80   730   31   55   51   840
连续型材质量检验：
型材的在线检验
型材表面裂纹及其深度＜0.5mm，可修复使用；
型材表面冷隔、结疤和缩孔深度＜1mm，可修复使用；
凡表面缺陷超过上述尺寸，即行报废。
型材的后期检验：
化学成分检验
碳、硅、硫B元素定量分析，其它合金元素光谱分析；
金相检验
根据用户要求，可在型材的不同位置检验如下常规项目，
a.石墨形态及其尺寸(不腐蚀，200X)，一般为D型石墨，允许少量E型存在，石墨片长尺寸在0.2～3.0mm之间；
b.碳化物、磷共晶形态分布及其数量，(4％硝酸酒精强腐蚀，200X)；
c.铁素体及珠光体数量％(腐蚀，200X，400X)；
机械性能检验
A)抗拉强度(σb)
B)硬度(HB)

Claims (5)

1.一种硼磷合金铸铁连铸型材，由C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、B、P、S、Sb、Ti、Fe组成。
2.根据权利要求1所述的硼磷合金铸铁连铸型材，其重量(％)比可以是C：3.00-3.6，Si：1.80-2.90，Mn：0.40-0.80，Cr：＜0.20，Mo：0.10-0.50，Cu：0.40-1.00，B：0.02-0.15，P：0.30-0.80，S：≤0.06，Sb：0.02-0.15，Ti：0.08-0.15，Fe：90-94。
3.根据权利要求1所述的硼磷合金铸铁连铸型材，其重量(％)比可以是C：3.20-3.6，Si：1.80-2.30，Mn：0.60-0.80，Cr：0.15-0.20，Mo：0.30-0.50，Cu：0.80-1.00，B：0.08-0.12，P：0.50-0.80，S：≤0.06，Sb：0.04-0.06，Ti：0.10-0.15，Fe：91-93。
4.根据权利要求1所述的硼磷合金铸铁连铸型材，其重量(％)比可以是C：3.30-3.6，Si：2.50-2.90，Mn：0.40-0.60，Cr：0.07-0.12，Mo：0.15-0.30，Cu：0.40-0.60，B：0.04-0.06，P：0.30-0.50，S：≤0.06，Sb：0.02-0.03，Ti：0.08-0.12，Fe：90-94。
5.一种如权利要求1所述的制造方法，是通过以下步骤实现的：
熔炼：采用感应电炉或冲天炉——感应电炉的熔炼方式；熔炼工艺包括：
原铁水，炉前快速热分析仪控制含量：碳3.20-3.60％和硅2.20-2.90％；
合金铁水熔炼温度为1460～1500°；
铁水包内冲入法孕育，孕前铁水温度1400～1420°，孕育持续时间7～9分钟，孕育剂量0.4～0.8％，孕育剂粒度＜12mm。
型材光谱分析：确定Cr、Mo、Cu、Ti、Mn、S、P、Sb含量；
连续铸造拉拔：
结晶器结构；
冷却水温度、流量、压力的调整；
结晶器出口型材表面温度的调整；
型材牵引速度的调整。
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