專利名稱:一種無稀土鐵素體球鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用無稀土球化劑制備鐵素體球鐵的工藝。
背景技術(shù):
高效、環(huán)保、安全、可再生的風(fēng)能事業(yè)是我國未來能源發(fā)展的重要方向之一。大型風(fēng)電用輪轂、底座等均為鐵素體球鐵鑄件,由于這些鑄件冷卻速度非常緩慢,凝固時(shí)間長,石墨球容易發(fā)生畸變,使球鐵件的韌性、塑性大大降低。作為判斷材質(zhì)合格的依據(jù),現(xiàn)在不僅性能要達(dá)到要求,對石墨形態(tài)和基體組織也有了更高的要求。這就促使我們通過熔煉工藝研究來在改善石墨形態(tài)的同時(shí),達(dá)到性能。
(1)球化劑的選用應(yīng)根據(jù)熔煉設(shè)備的不同,即出鐵溫度及鐵液的純凈度(如含硫量、氧化程度等)而定。我國最常用的是稀土鎂硅鐵球化劑(稀土0.5-20%,Mg5-12%,Si35-45%,其余為鐵),采用這種球化劑處理時(shí),由于合金中含硅量較高,可顯著降低球化處理時(shí)反應(yīng)的劇烈程度。當(dāng)爐料中干擾元素含量較高時(shí),選用稀土含量較高的稀土硅鐵鎂合金。如爐料的純凈度高,則可用不含稀土的純鎂或稀土<0.05%的硅鐵鎂合金做球化劑。稀土有抵消中和反球化干擾元素的作用,并間接地起球化作用,但在厚大鑄件中,稀土殘余量高時(shí),容易造成碎塊狀石墨增多,心部石墨發(fā)生變異,這就使得鑄件的韌性、塑性大大降低。對于韌性(延伸率≥12%、平均低溫沖擊功≥10J)要求高的風(fēng)電類鑄件是不適用的。風(fēng)電鑄件采用鐵素體基體的球鐵材質(zhì),球墨鑄鐵的基體一般以鐵素體為主,允許少量珠光體,鐵素體基體的球鐵一般要求基體中珠光體的含量小于10%,大型風(fēng)力發(fā)電采用鐵素體球鐵要求珠光體含量不超過7%。
(2)結(jié)合國情,由于我國鐵質(zhì)差、含硫量高(沖天爐熔煉)和出鐵溫度低,所以加入稀土。我國對稀土的球化作用進(jìn)行了大量研制工作,發(fā)現(xiàn)稀土元素對常用的球墨鑄鐵成分(C3.6~3.8wt%,Si2.0~2.5wt%)來說,很難獲得同鎂球墨鑄鐵那樣完整均勻的球狀石墨;而且,當(dāng)稀土量過高時(shí),還會(huì)出現(xiàn)各種變態(tài)形的石墨,白口傾向也增大。
(3)以前制作無稀土球鐵的主要方法為壓力加鎂球化處理法,對解決芯部碎塊狀石墨問題比較有效,延伸率提高較多。但由于殘余鎂量較高,夾雜物較多,也影響了部分性能的提高。另一方面,因?qū)毫渔V包的安全可靠性要求高,球化以后的孕育處理比較困難等因素而難以推廣應(yīng)用。
公司采用沖天爐和電爐雙聯(lián)熔煉,利用沖天爐的正常燒損,原鐵水中雜質(zhì)元素含量下降,經(jīng)脫硫處理后,S含量比較低(S<0.012%),因而我們采用稀土<0.05%的無稀土球化劑進(jìn)行沖入法處理。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,提供一種延伸率和沖擊值達(dá)到并超過了標(biāo)準(zhǔn)要求值、而且保證抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也達(dá)到了要求的鐵素體球鐵。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述鐵素體球鐵的球化處理工藝。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案,所述鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.6%~3.9%,Si含量為1.7%~3.0%,Mn含量為0.1%~0.4%,Mg含量為0.035%~0.045%,稀土<0.001%;控制P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余為鐵。
制備權(quán)利要求1所述鐵素體球鐵的工藝包含如下步驟 將已經(jīng)在沖天爐中熔化并經(jīng)爐外脫硫處理后的鐵水,再經(jīng)過轉(zhuǎn)包加入電爐升溫增碳處理,使鐵水溫度升至1450~1480℃出爐進(jìn)入澆包,在澆包內(nèi)采用稀土<0.05%的無稀土球化劑沖入法進(jìn)行球化、孕育處理; 在球化、孕育處理時(shí)先將無稀土球化劑放入澆包內(nèi),球化劑的加入量為鐵水重量的1.1%~1.3%;再加入占鐵水重量0.2~0.3%的75硅鐵作為覆蓋劑;將鐵水沖入澆包內(nèi),球化反應(yīng)溫度為1400~1430℃,球化時(shí)間為60~100秒;在球化結(jié)束時(shí),再將孕育劑加入澆包內(nèi),孕育劑的加入量為鐵水重量的0.4%~0.6%;所述孕育劑中Si的重量百分含量為73.0%~78.0%,其余為鐵; 在所述球化劑中Mg的重量百分含量為6.0%~9.0%,稀土<0.05%,Si的重量百分含量為40.0%~46.0%,其余為鐵; 最終使大斷面鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.6%~3.9%,Si含量為1.7%~3.0%,Mn含量為0.1%~0.4%,Mg含量為0.035%~0.045%,稀土<0.001%,P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余為鐵。
本發(fā)明的鐵素體球鐵延伸率和低溫沖擊值達(dá)到并超過了標(biāo)準(zhǔn)要求值,而且保證抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也達(dá)到了要求,制備方法簡單易行。
圖1是實(shí)施例1的大斷面鐵素體球鐵的金相照片。
圖2是實(shí)施例2的大斷面鐵素體球鐵的金相照片。
圖3是實(shí)施例3的大斷面鐵素體球鐵的金相照片。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1 10噸熔融的鐵水在沖天爐外經(jīng)脫硫處理后經(jīng)中轉(zhuǎn)包加入電爐升溫,將鐵水溫度升至1450℃出電爐,在澆包內(nèi)進(jìn)行球化、孕育處理; 球化、孕育處理將升溫后的鐵水共計(jì)5噸倒入澆包內(nèi)進(jìn)行球化、孕育處理,球化反應(yīng)溫度為1400℃,根據(jù)倒入的鐵水重量確定球化劑的加入量,球化劑的重量為鐵水的重量的1.1%,球化劑的加入量合55kg,采用球化劑中Mg的重量百分含量為6.0%,計(jì)3.3kg,Si的重量百分含量為40.0%,計(jì)22kg,其余為鐵。并根據(jù)倒入的鐵水重量稱取鐵水重量0.3%的75SiFe作為覆蓋,計(jì)15kg,將球化劑以沖入法加入到鐵水中,球化時(shí)間為60秒;根據(jù)倒入的鐵水重量稱取孕育劑的重量,孕育劑的加入量為鐵水重量的0.4%,合20kg,控制孕育劑中Si的重量百分含量為73.0%,合14.6kg,其余為鐵,孕育劑在球鐵反應(yīng)后期分散加入鐵水包中。
經(jīng)檢測,該鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.61%,Si含量為1.73%,Mn含量為0.19%,Mg含量為0.035%,稀土<0.001%,P含量0.037%,S含量0.010%,其余為鐵。
由圖1金相照片可以看出無稀土球化劑加入量為1.1%,基本不存在變異石墨,石墨球也比較圓整。
其性能見表1。
表1
實(shí)施例2 10噸熔融的鐵水在沖天爐外經(jīng)脫硫處理后經(jīng)中轉(zhuǎn)包加入電爐升溫,將鐵水溫度升至1470℃出電爐,在澆包內(nèi)進(jìn)行球化、孕育處理; 球化、孕育處理將升溫后的鐵水共計(jì)5噸倒入澆包內(nèi)進(jìn)行球化、孕育處理,球化反應(yīng)溫度為1420℃,根據(jù)倒入的鐵水重量確定球化劑的加入量,球化劑的重量為鐵水的重量的1.2%,球化劑的加入量合60kg,采用球化劑中Mg的重量百分含量為6.0%,計(jì)3.6kg,Si的重量百分含量為40.0%,計(jì)24kg,其余為鐵。并根據(jù)倒入的鐵水重量稱取鐵水重量0.3%的75SiFe作為覆蓋,計(jì)15kg,將球化劑以沖入法加入到鐵水中,球化時(shí)間為80秒;根據(jù)倒入的鐵水重量稱取孕育劑的重量,孕育劑的加入量為鐵水重量的0.5%,合25kg,控制孕育劑中Si的重量百分含量為75.0%,合18.75kg,其余為鐵,孕育劑在球鐵反應(yīng)后期分散加入鐵水包中。
經(jīng)檢測,該鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.72%,Si含量為2.44%,Mn含量為0.31%,Mg含量為0.045%,稀土<0.001%,P含量0.037%,S含量0.010%,其余為鐵。
由圖1金相照片可以看出無稀土球化劑加入量為1.2%,基本不存在變異石墨,石墨球也比較圓整。
其性能見表1。
表2
實(shí)施例3 10噸熔融的鐵水在沖天爐外經(jīng)脫硫處理后經(jīng)中轉(zhuǎn)包加入電爐升溫,將鐵水溫度升至1480℃出爐,在澆包內(nèi)進(jìn)行球化、孕育處理; 球化、孕育處理將升溫增碳處理后的鐵水5噸倒入澆包內(nèi)進(jìn)行球化、孕育處理,球化反應(yīng)溫度為1430℃,根據(jù)倒入的鐵水重量確定球化劑的加入量,球化劑的重量為鐵水的重量的1.3%,計(jì)65kg,控制Mg的重量百分含量為9.0%,計(jì)5.85kg,Si的重量百分含量為46.0%,計(jì)29.9kg,其余為鐵。并根據(jù)倒入的鐵水重量稱取鐵水重量0.2%的75SiFe作為覆蓋,計(jì)10kg,將球化劑以沖入法加入到鐵水中,球化時(shí)間為100秒;根據(jù)倒入的鐵水重量稱取孕育劑的重量,孕育劑的加入量為鐵水重量的0.6%,共計(jì)30kg,控制孕育劑中Si的重量百分含量為78.0%,計(jì)23.4kg,其余為鐵,孕育劑在球鐵反應(yīng)后期分散加入鐵水包中。
經(jīng)檢測,該大斷面鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.89%,Si含量為2.95%,Mn含量為0.37%,Mg含量為0.045%,稀土<0.001%,P含量0.036%,S含量≤0.009%,其余為鐵。
由圖2金相照片可以看出無稀土球化劑加入量為1.3%,基本不存在變異石墨,石墨球也很圓整。
其性能見表2。
表3
通過表1和表2可以看出無稀土球化劑加入量為1.1-1.3%時(shí),不僅延伸率和沖擊值達(dá)到并超過了標(biāo)準(zhǔn)要求值,而且抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也達(dá)到了要求。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體球鐵,其特征在于,所述鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.6%~3.9%,Si含量為1.7%~3.0%,Mn含量為0.1%~0.4%,Mg含量為0.035%~0.045%,稀土<0.001%;控制P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余為鐵。
2.制備權(quán)利要求1所述鐵素體球鐵的工藝,其特征是所述工藝包含如下步驟
將已經(jīng)在沖天爐中熔化并經(jīng)爐外脫硫處理后的鐵水,再經(jīng)過轉(zhuǎn)包加入電爐升溫增碳處理,使鐵水溫度升至1450~1480℃出爐進(jìn)入澆包,在澆包內(nèi)采用稀土<0.05%的無稀土球化劑沖入法進(jìn)行球化、孕育處理;
在球化、孕育處理時(shí)先將無稀土球化劑放入澆包內(nèi),球化劑的加入量為鐵水重量的1.1%~1.3%;再加入占鐵水重量0.2~0.3%的75硅鐵作為覆蓋劑;將鐵水沖入澆包內(nèi),球化反應(yīng)溫度為1400~1430℃,球化時(shí)間為60~100秒;在球化結(jié)束時(shí),再將孕育劑加入澆包內(nèi),孕育劑的加入量為鐵水重量的0.4%~0.6%;所述孕育劑中Si的重量百分含量為73.0%~78.0%,其余為鐵;
在所述球化劑中Mg的重量百分含量為6.0%~9.0%,稀土<0.05%,Si的重量百分含量為40.0%~46.0%,其余為鐵;
最終使大斷面鐵素體球鐵中包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.6%~3.9%,Si含量為1.7%~3.0%,Mn含量為0.1%~0.4%,Mg含量為0.035%~0.045%,稀土<0.001%,P含量≤0.040%,S含量≤0.012%,其余為鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵素體球鐵,本發(fā)明還公開了一種采用沖入法制備鐵素體球鐵的工藝。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案,所述鐵素體球鐵包含如下重量百分含量的各組份C含量為3.6%~3.9%,Si含量為1.7%~3.0%,Mn含量為0.1%~0.4%,Mg含量為0.035%~0.045%,稀土<0.001%,雜質(zhì)元素為P和S,控制雜質(zhì)中P含量≤0.040%,控制雜質(zhì)中S含量≤0.012%,其余為鐵。本發(fā)明的鐵素體球鐵延伸率和低溫沖擊值達(dá)到并超過了標(biāo)準(zhǔn)要求值,而且保證抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也達(dá)到了要求,制備方法簡單易行。
文檔編號C22C37/10GK101775532SQ200910264079
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者俞旭如, 蘇敏, 劉鑫, 王秋新, 李川度, 方怡, 蔡佳佳 申請人:江蘇一汽鑄造股份有限公司