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CN105838979A - 一种球墨铸铁及其制造方法 - Google Patents

一种球墨铸铁及其制造方法 Download PDF

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CN105838979A CN201610421205.6A CN201610421205A CN105838979A CN 105838979 A CN105838979 A CN 105838979A CN 201610421205 A CN201610421205 A CN 201610421205A CN 105838979 A CN105838979 A CN 105838979A
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黄方敏
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Fujian Desai Pump Industry Co Ltd
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Fujian Desai Pump Industry Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种力学性能佳、强度高的球墨铸铁，其以重量比计含有：碳3.7％～3.75％，硅2.5％～2.6％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，镁0.035％～0.045％，铼0.015％～0.025％，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。本发明还提供上述球墨铸铁的制造方法。本发明的有益效果在于：提高球墨铸铁中的碳含量和硅含量，在球化时将球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，采用Bi‑Ba‑Si‑La合金作为预处理剂，可延缓球化衰退，使球化后析出石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨，以使制得的球墨铸铁强度增大。

Description

一种球墨铸铁及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体地说是一种球墨铸铁及其制造方法。
背景技术
球墨铸铁件目前世界上约70％以上造型工艺还是传统的湿型砂造型，由于铸件表观质量较粗糙，尺寸波动较大，型砂中含有3％—4％水分，铸件机械加工后容易出现皮下气孔，针孔等铸造缺陷，很难满足高质量或出口件的工艺要求，同时，泵头中空部分造型时必须放置泥蕊，增加了工序与成本之负担。因此，以利用球墨铸铁的水玻璃精密铸造取代传统湿型砂造型成为考虑首选。但现有的水玻璃精铸生产工艺中，浇注后铁水在模壳中因冷却速度缓慢，将使铸件组织晶粒粗大，石墨畸形，球化衰退，如果克服这些问题，那么利用球墨铸铁水玻璃精密铸造将具有相当优势。
公开号为CN101773989A的发明专利公开了一种球墨铸铁工艺，该方法是利用高炉铁水直接加入中频炉调质，控制炉前球化处理；采用特殊孕育剂随浇注铁水流二次孕育，以普通天然砂做造型材料，低浓度水玻璃为粘结剂，化工厂CO2气冷冻硬化造型，生产较大重量球墨铸铁件，然而这种球墨铸铁生产方法不适用于铸造生铁块的加工。
公开号为CN102373365A的发明专利公开了一种大断面球墨铸铁及其制备方法，该发明选择焦炭、石灰石、废钢、新生铁、回炉铁以及铁合金为原料经三次孕育而得，得到的大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.5％-3.7％，Si：2.4％-2.6％，Mn：0.1％-0.2％，P：0.045％-0.05％，S：0.01％-0.015％，Re：0.018％-0.02％，Mg：0.05％-0.055％，余量为Fe以及不可避免的微量元素，该发明生产的大断面球墨铸铁所需原料多种多样，且不适用于水玻璃精铸，使得铸件组织晶粒粗大，石墨畸形，球化衰退。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种力学性能佳、强度高的球墨铸铁及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种球墨铸铁，其以重量比计含有：碳3.7％～3.75％，硅2.5％～2.6％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，镁0.035％～0.045％，铼0.015％～0.025％，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。
本发明还提供一种球墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、向炉中依次投入增碳剂、废钢和硅铁进行熔炼，待炉内化学成分控制在碳3.75％～3.85％，硅1.45％～1.55％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成时，将炉中铁水出炉，熔炼结束；其中硅铁加入量为出炉时铁水重量的0.3％；
步骤2、向熔炼结束后的铁水中添加预处理剂、占出炉时铁水重量1.0％～2.5％的球化剂、占出炉时铁水重量0.5％～1.5％的一次孕育剂和占出炉时铁水重量1.5％的覆盖剂进行球化，其中球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，所述的预处理剂中Bi的重量占出炉时铁水重量的0.02％～0.05％，所述的预处理剂中Ba-Si的重量占出炉时铁水重量0.1％，所述的预处理剂中La的重量占出炉时铁水重量的0.02％～0.05％；
步骤3、球化后进行浇注，浇注时随浇注流加入占出炉时铁水重量0.15％的二次孕育剂，所述二次孕育剂的粒度≤1.0％，所述的二次孕育剂中Ba的质量分数为1％～3％。
本发明的有益效果在于：在原料中加入一定量的增碳剂和硅铁，使得产物中的硅含量控制在1.45％～1.55％，碳含量控制在3.75％～3.85％，可使制得的球墨铸铁具有较佳的力学性能；将球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，采用Bi-Ba-Si-La合金作为预处理剂，可延缓球化衰退，使球化后析出石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨；将浇注后的球墨铸铁取样金相分析，珠光体(P)为30％，铁素体为70％，球化率>80％，球墨大小级数为5级或6级，游离渗碳体(Fe3C)+碳化物<1％，力学性能测试抗拉强度541MPa，屈服强度365MPa，延伸度11.8％，硬度HB182，完全达到球墨铸铁QT500—10的要求标准。
附图说明
图1为球化时炉内成分示意图。
标号说明：
1、铁水；2、预处理剂；3、球化剂；4、一次孕育剂；5、覆盖剂；6、电炉。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：提高球墨铸铁中的碳含量和硅含量，在球化时将球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，采用Bi-Ba-Si-La合金作为预处理剂，可延缓球化衰退，使球化后析出石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨，以使制得的球墨铸铁强度增大。
本发明提供一种球墨铸铁，其以重量比计含有：碳3.7％～3.75％，硅2.5％～2.6％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，镁0.035％～0.045％，铼0.015％～0.025％，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。
请参照图1，本发明还提供一种球墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、向电炉6中依次投入增碳剂、废钢和硅铁进行熔炼，待炉内化学成分控制在碳3.75％～3.85％，硅1.45％～1.55％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成时，将炉中铁水出炉，熔炼结束；其中硅铁加入量为出炉时铁水重量的0.3％；
步骤2、向熔炼结束后的铁水1中添加预处理剂2、占出炉时铁水重量1.0％～2.5％的球化剂3、占出炉时铁水重量0.5％～1.5％的一次孕育剂4和占出炉时铁水重量1.5％的覆盖剂5进行球化，其中球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，所述的预处理剂中Bi的重量占出炉时铁水重量的0.02％～0.05％，所述的预处理剂中Ba-Si的重量占出炉时铁水重量0.1％，所述的预处理剂中La的重量占出炉时铁水重量的0.02％～0.05％；
步骤3、球化后进行浇注，浇注时随浇注流加入占出炉时铁水重量0.15％的二次孕育剂，所述二次孕育剂的粒度≤1.0％，所述的二次孕育剂中Ba的质量分数为1％～3％。
进一步的，所述增碳剂中，固定碳的质量分数≥98.5％，灰分的质量分数≤1.0％，硫的质量分数≤0.6％，水分含量≤1.0％；所述增碳剂的粒度≤3mm。
进一步的，所述废钢中，碳的质量分数为0.1％～0.2％，硅的质量分数为0.25％～0.35％，锰的质量分数为0.4％～0.6％，磷的质量分数≤0.05％，硫的质量分数≤2％。
进一步的，所述硅铁中，硅的质量分数为65％～72％，锰的质量分数≤0.6％，磷的质量分数≤0.04％，硫的质量分数≤0.02％。
进一步的，所述的预处理剂中，Bi鉍添加量＝铁水量*0.006％+Ba-Si(Ba3％，Si65％)添加量＝铁水量*0.1％+重稀土(La)添加量＝铁水量*0.033％。
进一步的，所述球化剂中，镁的质量分数为6％～6.5％，铼的质量分数为3％～3.5％，钙的质量分数为1.0％～2.0％，硅的质量分数为40％～44％，铝的质量分数小于1％，钡的质量分数为2％～3％，余量为铁；所述球化剂的粒度为5～25mm。
进一步的，所述一次孕育剂中，硅的质量分数≥68％，钙的质量分数为1.5％～2.5％，钡的质量分数为1％～3％，硫的质量分数≤0.02％，铝的质量分数≤1.8％，磷的质量分数≤0.04％；所述一次孕育剂的粒度为1～3mm。
进一步的，所述覆盖剂为低碳废钢，所述低碳废钢中，碳的质量分数≤0.15％，硅的质量分数为0.25％～0.35％，锰的质量分数为0.4％～0.6％，磷的质量分数≤0.05％，硫的质量分数≤0.02％；所述覆盖剂的粒度≤5mm。
实施例1
一种球磨铸铁的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、造型：利用70～140mm粒度的覆膜砂在射芯机上全自动控温时间一次性成型，经胶合合成后成整体模型等待浇注铁水；
步骤2、熔炼：0.5吨感应中频电炉，根据配料单(配料有增碳剂、废钢和硅铁)依序加入原料合金等，当铁水温度达到1450度左右取样进行炉前成分分析，经过微调达标(达标条件为：炉内化学成分控制在碳3.75％～3.85％，硅1.45％～1.55％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成)后铁水温度在1520～1540度之间即出铁水；
步骤3、向熔炼结束后的铁水中添加预处理剂、占出炉时铁水重量1.0％的球化剂、占出炉时铁水重量0.5％的一次孕育剂和占出炉时铁水重量1.5％的覆盖剂进行球化，其中球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，所述的预处理剂中Bi的重量占出炉时铁水重量的0.02％，所述的预处理剂中Ba-Si的重量占出炉时铁水重量0.1％，所述的预处理剂中La的重量占出炉时铁水重量的0.02％；
步骤4、球化后用覆膜砂壳模浇注合格的铁水，浇注时随浇注流加入占出炉时铁水重量0.15％的二次孕育剂，所述二次孕育剂的粒度≤1.0％，所述的二次孕育剂中Ba的质量分数为1％，经过5～6小时的自然冷却后成型铸件降至常温，去除浇注口等进行抛丸打磨光滑之后，即得球墨铸铁成品。
实施例2
一种球磨铸铁的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、造型：利用70～140mm粒度的覆膜砂在射芯机上全自动控温时间一次性成型，经胶合合成后成整体模型等待浇注铁水；
步骤2、熔炼：0.5吨感应中频电炉，根据配料单(配料有增碳剂、废钢和硅铁)依序加入原料合金等，当铁水温度达到1450度左右取样进行炉前成分分析，经过微调达标(达标条件为：炉内化学成分控制在碳3.75％～3.85％，硅1.45％～1.55％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成)后铁水温度在1520～1540度之间即出铁水；
步骤3、向熔炼结束后的铁水中添加预处理剂、占出炉时铁水重量2.5％的球化剂、占出炉时铁水重量1.5％的一次孕育剂和占出炉时铁水重量1.5％的覆盖剂进行球化，其中球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，所述的预处理剂中Bi的重量占出炉时铁水重量的0.05％，所述的预处理剂中Ba-Si的重量占出炉时铁水重量0.1％，所述的预处理剂中La的重量占出炉时铁水重量的0.05％；
步骤4、球化后用覆膜砂壳模浇注合格的铁水，浇注时随浇注流加入占出炉时铁水重量0.15％的二次孕育剂，所述二次孕育剂的粒度≤1.0％，所述的二次孕育剂中Ba的质量分数为3％，经过5～6小时的自然冷却后成型铸件降至常温，去除浇注口等进行抛丸打磨光滑之后，即得球墨铸铁成品。
实施例3
一种球磨铸铁的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、造型：利用70～140mm粒度的覆膜砂在射芯机上全自动控温时间一次性成型，经胶合合成后成整体模型等待浇注铁水；
步骤2、熔炼：0.5吨感应中频电炉，根据配料单(配料有增碳剂、废钢和硅铁)依序加入原料合金等，当铁水温度达到1450度左右取样进行炉前成分分析，经过微调达标(达标条件为：炉内化学成分控制在碳3.75％～3.85％，硅1.45％～1.55％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成)后铁水温度在1520～1540度之间即出铁水；
步骤3、向熔炼结束后的铁水中添加预处理剂、占出炉时铁水重量1.7％的球化剂、占出炉时铁水重量1％的一次孕育剂和占出炉时铁水重量1.5％的覆盖剂进行球化，其中球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，所述的预处理剂中Bi的重量占出炉时铁水重量的0.035％，所述的预处理剂中Ba-Si的重量占出炉时铁水重量0.1％，所述的预处理剂中La的重量占出炉时铁水重量的0.035％；
步骤4、球化后用覆膜砂壳模浇注合格的铁水，浇注时随浇注流加入占出炉时铁水重量0.15％的二次孕育剂，所述二次孕育剂的粒度≤1.0％，所述的二次孕育剂中Ba的质量分数为2％，经过5～6小时的自然冷却后成型铸件降至常温，去除浇注口等进行抛丸打磨光滑之后，即得球墨铸铁成品。
综上所述，本发明提供的球墨铸铁及其制造方法的有益效果在于：在原料中加入一定量的增碳剂和硅铁，使得产物中的硅含量控制在1.45％～1.55％，碳含量控制在3.75％～3.85％，可使制得的球墨铸铁具有较佳的力学性能；将球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，采用Bi-Ba-Si-La合金作为预处理剂，可延缓球化衰退，使球化后析出石墨往晶面发展，避免析出团片状或厚片状石墨；将浇注后的球墨铸铁取样金相分析，珠光体(P)为30％，铁素体为70％，球化率>80％，球墨大小级数为5级或6级，游离渗碳体(Fe3C)+碳化物<1％，力学性能测试抗拉强度541MPa，屈服强度365MPa，延伸度11.8％，硬度HB182，完全达到球墨铸铁QT500—10的要求标准。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种球墨铸铁，其特征在于，其以重量比计含有：碳3.7％～3.75％，硅2.5％～2.6％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，镁0.035％～0.045％，铼0.015％～0.025％，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。
2.一种球墨铸铁的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、向炉中依次投入增碳剂、废钢和硅铁进行熔炼，待炉内化学成分控制在碳3.75％～3.85％，硅1.45％～1.55％，锰0.35％～0.45％，磷0.05％以下，硫0.02％以下，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成时，将炉中铁水出炉，熔炼结束；其中硅铁加入量为出炉时铁水重量的0.3％；
步骤2、向熔炼结束后的铁水中添加预处理剂、占出炉时铁水重量1.0％～2.5％的球化剂、占出炉时铁水重量0.5％～1.5％的一次孕育剂和占出炉时铁水重量1.5％的覆盖剂进行球化，其中球化剂、一次孕育剂和覆盖剂从下到上依次放置在炉内，预处理剂位于球化剂一侧，所述的预处理剂中Bi的重量占出炉时铁水重量的0.02％～0.05％，所述的预处理剂中Ba-Si的重量占出炉时铁水重量0.1％，所述的预处理剂中La的重量占出炉时铁水重量的0.02％～0.05％；
步骤3、球化后进行浇注，浇注时随浇注流加入占出炉时铁水重量0.15％的二次孕育剂，所述二次孕育剂的粒度≤1.0％，所述的二次孕育剂中Ba的质量分数为1％～3％。
3.根据权利要求2所述的球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述增碳剂中，固定碳的质量分数≥98.5％，灰分的质量分数≤1.0％，硫的质量分数≤0.6％，水分含量≤1.0％；所述增碳剂的粒度≤3mm。
4.根据权利要求2所述的球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述废钢中，碳的质量分数为0.1％～0.2％，硅的质量分数为0.25％～0.35％，锰的质量分数为0.4％～0.6％，磷的质量分数≤0.05％，硫的质量分数≤2％。
5.根据权利要求2所述的球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述硅铁中，硅的质量分数为65％～72％，锰的质量分数≤0.6％，磷的质量分数≤0.04％，硫的质量分数≤0.02％。
6.根据权利要求2所述的球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述球化剂中，镁的质量分数为6％～6.5％，铼的质量分数为3％～3.5％，钙的质量分数为1.0％～2.0％，硅的质量分数为40％～44％，铝的质量分数小于1％，钡的质量分数为2％～3％，余量为铁；所述球化剂的粒度为5～25mm。
7.根据权利要求2所述的球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述一次孕育剂中，硅的质量分数≥68％，钙的质量分数为1.5％～2.5％，钡的质量分数为1％～3％，硫的质量分数≤0.02％，铝的质量分数≤1.8％，磷的质量分数≤0.04％；所述一次孕育剂的粒度为1～3mm。
8.根据权利要求2所述的球墨铸铁的铸造方法，其特征在于：所述覆盖剂为低碳废钢，所述低碳废钢中，碳的质量分数≤0.15％，硅的质量分数为0.25％～0.35％，锰的质量分数为0.4％～0.6％，磷的质量分数≤0.05％，硫的质量分数≤0.02％；所述覆盖剂的粒度≤5mm。
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