CN105200305A - 一种灰铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灰铸铁及其制备方法，属于金属铸造领域，解决现有灰铸铁生产成本高、性能不足的技术问题，本发明提供的灰铸铁及其制备方法，不添加铜、钼、镍、钒等贵金属，而是用铬、锑来提高铸件的强度与硬度，降低制造成本，锑与铬一起进行微合金化能改善灰铸铁的性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种灰铸铁的制备方法。
【背景技术】
铸铁是一种历史悠久的传统结构材料，尤其是灰铸铁，由于其具有良好的耐磨、耐热、耐氧化及减震性，另具有比其它合金材料熔点低、铸造性能和加工性能好、便于组织生产等特性，故长期以来被广泛应用于机床、通用机械等各行业。随着铸造技术的发展和顾客对铸件要求的提高，铸铁件强度高、材质稳定可靠是铸造行业所追寻的目标。
目前，在生产高强度灰铸铁件时，通常添加铜、钼、镍、钒等贵金属进行合金化来提高灰铸铁件的强度、硬度已成为众多铸造企业的首选方案，但这种方法往往使铸铁的铸造性能变差，铸件缩孔、缩松、变形等倾向增大；另由于贵金属的价格较高，使铸件的生产面临非常高的成本压力。
【发明内容】
本发明解决的技术问题是提供一种灰铸铁的制备方法，减少制造成本，并提高灰铸铁的性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种灰铸铁，其特征在于各组份按质量百分比计包括：3.0％～3.2％的碳；1.35％～1.55％的硅；0.85％～1.10％的锰；0.08％～0.15％的铬；小于等于0.065％的磷；小于等于0.11％的硫；0.25％～0.45％的炉前孕育剂；0.1％～0.15％的随流孕育剂；余量为铁和杂质，其中所述炉前孕育剂中各组份按占炉前孕育剂总质量的百分比计包括65％～70％的硅；1.0％～1.5％的钙；小于等于4.0％的钡；小于等于2.0％的铝；7.5％～8.5％的锑；1.5％～2.5％的铈；余量为铁和杂质。
进一步的，所述随流孕育剂中各组份按占随流孕育剂总质量的百分比计包括70％～73％的硅；1.0％～1.5％的钙；2.0％～3.0％的钡；小于等于2.0％的铝；余量为铁和杂质。
一种灰铸铁的制备方法，其特征在于：灰铸铁中各组份按质量百分比计包括：3.0％～3.2％的碳；1.35％～1.55％的硅；0.85％～1.10％的锰；0.08％～0.15％的铬；小于等于0.065％的磷；小于等于0.11％的硫；0.25％～0.45％的炉前孕育剂；0.1％～0.15％的随流孕育剂；余量为铁和杂质，其中所述炉前孕育剂中各组份按占炉前孕育剂总质量的百分比计包括65％～70％的硅；1.0％～1.5％的钙；小于等于4.0％的钡；小于等于2.0％的铝；7.5％～8.5％的锑；1.5％～2.5％的铈；余量为铁和杂质，所述随流孕育剂中各组份按占随流孕育剂总质量的百分比计包括70％～73％的硅；1.0％～1.5％的钙；2.0％～3.0％的钡；小于等于2.0％的铝；余量为铁和杂质，制备方法包括以下步骤：
1)熔炼：金属炉料包括25％～40％的普通废钢；10％～15％的含铬废钢；28％～45％的回炉铁；5％～25％的生铁；0.5％～1％的硅铁；0.5％～1.5％锰铁和8％～11％的层焦，将金属炉料熔炼成铁水，并检测和调整铁水中各组份的质量百分比；
2)孕育处理：熔炼后出铁水的过程中，通过炉前孕育装置向铁水中加入炉前孕育剂；
3)浇注：将经孕育处理后的铁水浇注到铸型中，通过随流孕育装置在浇注出铁的过程中，向铁水中加入随流孕育剂。
进一步的，熔炼过程中，采用铸铁双联法进行熔炼，先在冲天炉中将金属炉料熔炼，然后将熔炼的铁水回入保温电炉升温，在保温电炉中检测和调整铁水中各组份的质量百分比，然后静置、除渣、出铁。
进一步的，孕育过程中，在出铁水量接近出铁水总量的1/3时，再由炉前孕育装置向铁水的水流中加入炉前孕育剂。
本发明的有益效果：
本发明灰铸铁，不添加铜、钼、镍、钒等贵金属，而是用铬、锑通过微合金化方式来提高铸件的强度与硬度，降低制造成本，其中，锑能强烈促进形成珠光体。本技术中通过孕育的方式进行锑微合金化，其可有效改善灰铸铁的石墨形态，促进珠光体形成，并可细化珠光体；加入少量的铬，使其与锑一起进行微合金化，与锑共同促进增强灰铸铁的性能，可进一步稳定铸件硬度，使灰铸铁的石墨形态细小、珠光体含量高且片间距较小、强度和硬度高。本发明的铸件具有缩孔、缩松和变形等倾向小，铸造性能好，强度高，铸造工艺稳定，成品率高等技术特征。
且，本发明的炉料以废钢为主，同时积极利用回炉铁，大幅度降低生铁使用量，降低制造成本。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式中详细的揭露。
【具体实施方式】
本发明提供一种灰铸铁，灰铸铁中各组份按质量百分比计包括：3.0％～3.2％的碳；1.35％～1.55％的硅；0.85％～1.10％的锰；0.08％～0.15％的铬；小于等于0.065％的磷；小于等于0.11％的硫；0.25％～0.45％的炉前孕育剂；0.1％～0.15％的随流孕育剂；余量为铁和杂质。
其中，炉前孕育剂中各组份按占炉前孕育剂总质量的百分比计包括：65％～70％的硅；1.0％～1.5％的钙；小于等于4.0％的钡；小于等于2.0％的铝；7.5％～8.5％的锑；1.5％～2.5％的铈；余量为铁和杂质。
随流孕育剂中各组份按占随流孕育剂总质量的百分比计包括：70％～73％的硅；1.0％～1.5％的钙；2.0％～3.0％的钡；小于等于2.0％的铝；余量为铁和杂质。
该灰铸铁的制备方法，包括以下步骤：
首先是熔炼过程，金属炉料采用废钢为主，主要包括25％～40％的普通废钢；10％～15％的含铬废钢；28％～45％的回炉铁；5％～25％的生铁；0.5％～1％的硅铁；0.5％～1.5％锰铁和8％～11％的层焦(层焦为碳含量≥88％的铸造焦)，将金属炉料熔炼成铁水。并检测和调整铁水的成分，使铁水中碳含量为3.0％～3.2％、硅含量为1.35％～1.55％、锰含量为0.85％～1.10％、铬含量为0.08％～0.15％、磷含量≤0.065％、硫含量≤0.11％，调整符合标准后静置、除渣。
然后是孕育处理：熔炼后出铁水的过程中，通过炉前孕育装置向铁水流中定量加入炉前孕育剂，炉前孕育剂的质量为铁水质量的0.25％～0.45％；该步骤中的孕育温度为1435～1460℃。炉前孕育剂孕育具有稳定化作用和微合金化作用，同时有一定墨化能力。与普通硅铁孕育剂相比，本发明的炉前孕育装置含有锑，锑能有效改善石墨形态，促进珠光体形成，并可细化珠光体，能更好提高铸件抗拉强度且获得较好硬度和断面均匀性，并且抗衰退能力良好。
将经孕育处理后的铁水浇注到铸型中，且浇注过程中通过随流孕育装置在浇注出铁水的过程中，向铁水中加入随流孕育剂，随流孕育剂的量为铁水质量的0.1％～0.15％，浇注温度为1340～1390℃。随流孕育剂孕育加入能更好地强化孕育效果，提高灰铸铁性能和组织均匀性。
本发明中，优选采用铸铁双联法进行熔炼，先在冲天炉中将金属炉料熔炼，该过程温度要求控制在1450℃以上，然后将熔炼的铁液回入保温电炉升温，并检测铁水的测温，并通过光谱分析铁水的成分后，加入不足的成分进行成分调整，在铁水成分调整到符合设定要求后，静置、除渣、出铁，出铁温度控制在1435～1460℃。铸铁双联法熔炼充分利用冲天炉的熔化效率高和保温电炉升温对铁水过热能力强、控制化学成分容易的优点，制造出更符合要求的灰铸铁。
孕育处理中，在出铁水量约占出铁水总量的1/3时，再由炉前孕育装置随铁水流一起定量加入炉前孕育剂，能使炉前孕育剂和铁水的混合更加的均匀。
最终制备完成的灰铸铁中锑的含量控制在0.018％～0.038％，铸件硬度随锑含量的增加而相应提高，但铸件硬度并不是越高越好，将锑控制该范围内，同时保障铸铁的抗拉强度和硬度，并具有良好的铸造性能。本发明的灰铸铁中含铬量控制在0.08％～0.15％，且是通过废钢带入，使废料获得再生利用，符合节能、降耗的要求，同时铬能与锑一起进行微合金化，可强化灰铸铁性能，并稳定铸件硬度。
下面对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施案例1：
灰铸铁主要成分按质量百分比计包括：3.031％的碳；1.783％的硅；1.080％的锰；0.112％的铬；0.034％的锑；0.098％的硫和0.060％磷。
该灰铸铁的制备方法，包括以下步骤：
首先是熔炼过程，金属炉料包括35％的普通废钢；15％的含铬废钢；40％的回炉铁；10％生铁；0.6％的硅铁；0.5％锰铁和11％的层焦。先在冲天炉中将金属炉料熔炼，该过程温度要求控制在1450℃以上，然后将熔炼的铁液回入保温电炉升温，在通过光谱分析铁水的成分后，按照灰铸铁的成分百分比对成分进行调整，然后静置、除渣、出铁，出铁温度控制在1435～1460℃。
然后是孕育处理：熔炼后出铁水的过程中，通过炉前孕育装置向铁水流中定量加入炉前孕育剂，炉前孕育剂的质量为铁水质量的0.45％；该步骤中的孕育温度为1435～1460℃。炉前孕育剂中各组份按占炉前孕育剂总质量的百分比计包括70％的硅；1.4％的钙；3.0％的钡；2.0％的铝；7.5％％的锑；2.0％的铈；余量为铁和杂质。
将经孕育处理后的铁水浇注到铸型中，且浇注过程中通过随流孕育装置在浇注出铁水的过程中，向铁水中加入随流孕育剂，随流孕育剂的量为铁水质量的0.1％，浇注温度为1340～1390℃。随流孕育剂中各组份按占随流孕育剂总质量的百分比计包括71％的硅；1.3％的钙；3.2％的钡；1.5％的铝；余量为铁和杂质。
最终成型后铸件的拉伸强度为325MPa；铸件本体硬度HB为209；石墨形态为A型；石墨大小为4～5级，珠光体：≥98％；渗碳体：≤1％。
实施案例2：
本实施例灰铸铁制备方法与实施例1类似。区别主要在于，金属炉料包括：35％的普通废钢；15％的含铬废钢；40％的回炉铁；10％的生铁；0.9％的硅铁；1.3％锰铁和10％的层焦。
炉前孕育剂的用量为铁水总质量的0.4％；随流孕育剂的用量为铁水总质量的0.1％。
最终成型的铸件中主要化学成分按质量百分比计包括：3.065％的碳；1.757％的硅；1.120％的锰；0.105％的铬；0.028％的锑；0.096％的硫和0.056％的磷。
铸件的拉伸强度为332MPa；铸件本体硬度HB为198；石墨形态为A型；石墨大小为4～5级，珠光体≥98％；渗碳体≤1％。
实施案例3：
本实施例灰铸铁制备方法与实施例1类似。区别主要在于，金属炉料包括：35％的普通废钢；15％的含铬废钢；35％的回炉铁；15％的生铁；0.9％的硅铁；0.6％锰铁和11％的层焦。
炉前孕育剂的用量为铁水总质量的0.35％；随流孕育剂的用量为铁水总质量的0.1％。
最终成型的铸件中主要化学成分按质量百分比计包括：3.106％的碳；1.881％的硅；1.053％的锰；0.102％的铬；0.023％的锑；0.010％的硫和0.065％的磷。
铸件的拉伸强度为319MPa；铸件本体硬度HB为198；石墨形态为A型；石墨大小为4～5级，珠光体：≥98％；渗碳体：≤1％。
实施案例4：
本实施例灰铸铁制备方法与实施例1类似。区别主要在于，金属炉料包括：35％的普通废钢；15％的含铬废钢；35％的回炉铁；15％的生铁；0.9％的硅铁；1.5％锰铁和8％的层焦。
炉前孕育剂的用量为铁水总质量的0.35％；随流孕育剂的用量为铁水总质量的0.1％。
最终成型的铸件中主要化学成分按质量百分比计包括：3.117％的碳；1.775％的硅；1.000％的锰；0.110％的铬；0.025％的锑；0.092％的硫和0.055％的磷。
铸件的拉伸强度为331MPa；铸件本体硬度HB为206；石墨形态为A型；石墨大小为4～5级，珠光体：≥98％；渗碳体：≤1％。
实施案例5：
本实施例灰铸铁制备方法与实施例1类似。区别主要在于，金属炉料包括：30％的普通废钢；15％的含铬废钢；35％的回炉铁；20％生铁；0.8％的硅铁；0.7％锰铁和9％的层焦。
炉前孕育剂的用量为铁水总质量的0.3％；随流孕育剂的用量为铁水总质量的0.1％。
最终成型的铸件中主要化学成分按质量百分比计包括：3.172％的碳；1.837％的硅；1.051％的锰；0.098％的铬；0.021％的锑；0.099％的硫和0.054％的磷。
铸件的拉伸强度为320MPa；铸件本体硬度HB为192；石墨形态为A型；石墨大小为4～5级，珠光体：≥98％；渗碳体：≤1％。
实施案例6：
本实施例灰铸铁制备方法与实施例1类似。区别主要在于，金属炉料包括：30％的普通废钢；15％的含铬废钢；35％的回炉铁；20％的生铁；1％的硅铁；1.2％锰铁和9％的层焦。
炉前孕育剂的用量为铁水总质量的0.35％；随流孕育剂的用量为铁水总质量的0.1％。
最终成型的铸件中主要化学成分按质量百分比计包括：3.140％的碳；1.881％的硅；1.100％的锰；0.096％的铬；0.024％的锑；0.102％的硫；0.060％的磷。
铸件的拉伸强度为315MPa；铸件本体硬度HB为197；石墨形态为A型；石墨大小为4～5级，珠光体：≥98％；渗碳体：≤1％。
通过上述实施例，本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技术的人士应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (5)
1.一种灰铸铁，其特征在于各组份按质量百分比计包括：3.0％～3.2％的碳；1.35％～1.55％的硅；0.85％～1.10％的锰；0.08％～0.15％的铬；小于等于0.065％的磷；小于等于0.11％的硫；0.25％～0.45％的炉前孕育剂；0.1％～0.15％的随流孕育剂；余量为铁和杂质，其中所述炉前孕育剂中各组份按占炉前孕育剂总质量的百分比计包括65％～70％的硅；1.0％～1.5％的钙；小于等于4.0％的钡；小于等于2.0％的铝；7.5％～8.5％的锑；1.5％～2.5％的铈；余量为铁和杂质。
2.根据权利要求1所述的灰铸铁，其特征在于：所述随流孕育剂中各组份按占随流孕育剂总质量的百分比计包括70％～73％的硅；1.0％～1.5％的钙；2.0％～3.0％的钡；小于等于2.0％的铝；余量为铁和杂质。
3.一种灰铸铁的制备方法，其特征在于：灰铸铁中各组份按质量百分比计包括：3.0％～3.2％的碳；1.35％～1.55％的硅；0.85％～1.10％的锰；0.08％～0.15％的铬；小于等于0.065％的磷；小于等于0.11％的硫；0.25％～0.45％的炉前孕育剂；0.1％～0.15％的随流孕育剂；余量为铁和杂质，其中所述炉前孕育剂中各组份按占炉前孕育剂总质量的百分比计包括65％～70％的硅；1.0％～1.5％的钙；小于等于4.0％的钡；小于等于2.0％的铝；7.5％～8.5％的锑；1.5％～2.5％的铈；余量为铁和杂质，所述随流孕育剂中各组份按占随流孕育剂总质量的百分比计包括70％～73％的硅；1.0％～1.5％的钙；2.0％～3.0％的钡；小于等于2.0％的铝；余量为铁和杂质，制备方法包括以下步骤：
1)熔炼：金属炉料包括25％～40％的普通废钢；10％～15％的含铬废钢；28％～45％的回炉铁；5％～25％的生铁；0.5％～1％的硅铁；0.5％～1.5％锰铁和8％～11％的层焦，将金属炉料熔炼成铁水，并检测和调整铁水中各组份的质量百分比；
2)孕育处理：熔炼后出铁水的过程中，通过炉前孕育装置向铁水中加入炉前孕育剂；
3)浇注：将经孕育处理后的铁水浇注到铸型中，通过随流孕育装置在浇注出铁的过程中，向铁水中加入随流孕育剂。
4.如权利要求3所述的灰铸铁的制备方法，其特征在于：熔炼过程中，采用铸铁双联法进行熔炼，先在冲天炉中将金属炉料熔炼，然后将熔炼的铁水回入保温电炉升温，在保温电炉中检测和调整铁水中各组份的质量百分比，然后静置、除渣、出铁。
5.如权利要求3所述的灰铸铁的制备方法，其特征在于：孕育过程中，在出铁水量接近出铁水总量的1/3时，再由炉前孕育装置向铁水的水流中加入炉前孕育剂。
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