CN103540701B - 适用于超高强度灰铸铁的熔炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种适用于超高强度灰铸铁的熔炼工艺，使提高灰铸铁抗拉强度。该熔炼工艺包括步骤1，在炉底加回炉料作为启熔，然后再加废钢和熔点高的增碳剂、增硅材料，增碳剂、增硅材料和废钢要交替加入炉内，便于碳C元素扩散，待所有炉料熔清后，再加入易烧损的用于增加合金元素锰、铬、铜、硫的材料；步骤2，熔炼温度控制在1550-1580℃范围内，使其熔炼温度超过铁液的过热温度，并保温3-5分钟，以使铁液在高温下以消除炉料的遗传性、细化晶粒、细化石墨和提高铁液的纯净度；步骤3，出铁温度控制在1460-1480℃范围内，应伴随出铁加入孕育剂；以及步骤4，浇注温度控制在1360-1380℃范围内。
Description
技术领域
本发明涉及灰铸铁熔炼工艺，尤其涉及超高强度灰铸铁熔炼工艺。
背景技术
随着汽车行业的不断创新和发展，对汽车使用的灰铸铁材料的性能要求也在不断提高，例如缸体、缸盖材料从HT250到HT300，甚至HT350，未来要求或许会更高，这给现有的铸造熔炼技术带来了极大地难度。传统的熔炼技术（生铁+废钢+回炉料+合金）只能生产HT300材料，根本无法稳定生产出HT350材料。熔炼技术对铁水的质量至关重要，采用不同的熔炼技术，同样的化学成分，得到的铁液的冶金质量完全不同，从而得到的铸件材料性能也完全不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于超高强度灰铸铁的熔炼工艺，使提高灰铸铁抗拉强度。
为实现所述目的的适用于超高强度灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于包括
步骤1，在炉底加回炉料作为启熔，然后再加废钢和熔点高的增碳剂、增硅材料，增碳剂、增硅材料和废钢要交替加入炉内，便于碳C元素扩散，待所有炉料熔清后，再加入易烧损的用于增加合金元素锰、铬、铜、硫的材料；
步骤2，熔炼温度控制在1550-1580℃范围内，使其熔炼温度超过铁液的过热温度，并保温3-5分钟，以使铁液在高温下以消除炉料的遗传性、细化晶粒、细化石墨和提高铁液的纯净度；
步骤3，出铁温度控制在1460-1480℃范围内，应伴随出铁加入孕育剂；以及
步骤4，浇注温度控制在1360-1380℃范围内。
所述的熔炼工艺，其中灰铸铁的化学成分的控制范围为（质量百分数）：C2.95-3.10，Si1.40-1.60，Mn1.10-1.20，P≤0.100，S0.060-0.085，Cr0.35-0.45， Cu0.50-0.60，CE3.42-3.63。
所述的熔炼工艺，其中在步骤1中，主炉料全部采用废钢，或者采用废钢和回炉料。
所述的熔炼工艺，其中在步骤1中，废钢为优质的碳素钢。
所述的熔炼工艺，其中在步骤1中，增碳剂采用低氮石墨增碳剂，增硅材料为碳化硅，锰铁使用65锰铁，铬铁使用70铬铁，铜使用电解铜。
所述的熔炼工艺，其中在步骤3中，孕育剂为硅钡孕育剂。
所述的熔炼工艺，其中灰铸铁包括化学成分（质量百分数）C3.00，Si1.50，Mn1.15，P≤0.100，S0.075，Cr0.40，Cu0.55，CE3.5。
在本发明的实施例中，根据本发明的熔炼工艺的灰铸铁抗拉强度达到380MPa以上，甚至超过410MPa，极大程度上提高了灰铸铁的抗拉强度、提高了材料的可靠性。铸态硬度可达到270HB以上，极大地提高了灰铸铁的耐磨性和材料使用的稳定性。
具体实施方式
步骤1，超强度灰铸铁材料化学成分设计，选择合理的C、Si和CE值，并设计合适的Mn、Cr、Cu合金元素的含量。化学成分的控制范围为（以下数值均为质量百分数）：C2.95-3.10，Si1.40-1.60，Mn1.10-1.20，P≤0.100，S0.060-0.085，Cr0.35-0.45，Cu0.50-0.60，CE3.42-3.63。在本发明的较佳实施例中，化学成分为C3.00，Si1.50，Mn1.15，P≤0.100，S0.075，Cr0.40，Cu0.55，CE3.5。
步骤2，超强度灰铸铁材料熔炼配料计算。主炉料采用全部废钢或废钢+回炉料，废钢要选择优质的碳素钢，不使用铸造生铁；增碳剂采用低氮石墨增碳剂（经过高温石墨化处理），在全废钢熔炼技术中，增碳剂是铁液增碳的最重要环节，所以增碳剂质量的好坏决定了铁液质量的优劣；不使用硅铁进行增硅，用碳化硅取而代之；锰铁使用65锰铁；铬铁使用70铬铁；铜使用电解铜。前述废钢主要是指“淘汰或者损坏的作为回收利用的废旧钢铁；其含碳量一般小于0.3%，硫、磷含量均不大于0.05%”。在本发明的一实施例中，超高强度灰铸铁的配料如表一所示。优质的碳素钢包括普通意义上的优质碳素钢（含碳量低在0．25%－0.5%之间），或者或含碳量更低的碳素钢，例如高级优质钢（含磷、硫更低）或特级优质钢。
步骤3，根据配料单进行炉料、添加合金称重，准备好所有炉料及其添加合金。开启中频感应电炉，准备加料。炉料添加方法：首先在炉底加回炉料作为启熔，然后再加废钢和熔点高的增碳剂、碳化硅（增碳剂、碳化硅和废钢要交替加入炉内，这样便于碳C元素扩散），待所有炉料熔清后，加入易烧损的合金锰铁、铬铁、电解铜、硫化亚铁。
步骤4，将铁液的熔炼温度控制在1550℃-1580℃范围内，使其熔炼温度超过铁液的过热温度，并保温3-5分钟，铁液通过在高温下保温、镇定后，铁液内的杂质上浮，扒清铁液表面的杂质和渣，并取炉前光谱试样。
步骤5，待炉前光谱试样分析合格后，准备出铁液，出铁温度控制在1460℃-1480℃，启动倾炉开关转动炉体向铁液包内冲入铁液，当冲入包内铁液1/3左右时，即可向包内加入长效硅钡孕育剂，加入孕育剂不宜过快，应伴随出铁而慢慢加入，约占出铁时间的1/2左右，出铁完毕，搅拌铁液，撒入清渣剂扒渣，使包内铁液面有如“镜面”，方可浇注，并取孕育后的成品光谱试样，分析、记录好其化学成分。
步骤7，浇注温度控制在1360℃-1380℃，浇注时不能中断铁流，包嘴距离浇口杯不要超过300mm，应始终使浇口杯保持充满；
步骤8，加工三根抗拉强度试棒和三个硬度试样，测试其机械性能、硬度和金相组织。
Claims (6)
1.适用于超高强度灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，灰铸铁的化学成分的控制范围为(质量百分数)：C2.95-3.10，Si1.40-1.60，Mn1.10-1.20，P≤0.100，S0.060-0.085，Cr0.35-0.45，Cu0.50-0.60，CE3.42-3.63，该熔炼工艺包括
步骤1，在炉底加回炉料作为启熔，然后再加废钢和熔点高的增碳剂、增硅材料，增碳剂、增硅材料和废钢要交替加入炉内，便于碳C元素扩散，待所有炉料熔清后，再加入易烧损的用于增加合金元素锰、铬、铜、硫的材料；
步骤2，熔炼温度控制在1550-1580℃范围内，使其熔炼温度超过铁液的过热温度，并保温3-5分钟，以使铁液在高温下以消除炉料的遗传性、细化晶粒、细化石墨和提高铁液的纯净度；
步骤3，出铁温度控制在1460-1480℃范围内，应伴随出铁加入孕育剂；以及
步骤4，浇注温度控制在1360-1380℃范围内。
2.如权利要求1所述的熔炼工艺，其特征在于，在步骤1中，主炉料全部采用废钢，或者采用废钢和回炉料。
3.如权利要求1所述的熔炼工艺，其特征在于，在步骤1中，废钢为优质的碳素钢。
4.如权利要求1所述的熔炼工艺，其特征在于，在步骤1中，用于增加合金元素锰、铬、铜、硫的材料为合金锰铁、铬铁、电解铜、硫化亚铁，增碳剂采用低氮石墨增碳剂，增硅材料为碳化硅，锰铁使用65锰铁，铬铁使用70铬铁。
5.如权利要求1所述的熔炼工艺，其特征在于，在步骤3中，孕育剂为硅钡孕育剂。
6.如权利要求1所述的熔炼工艺，其特征在于，灰铸铁包括化学成分(质量百分数)C3.00，Si1.50，Mn1.15，P≤0.100，S0.075，Cr0.40，Cu0.55，CE3.5。
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