CN105886883A - 高效孕育剂及其制备方法和在球墨铸铁的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高效孕育剂及其制备方法和在球墨铸铁的应用，所述高效孕育剂由以下重量份的物质组成：Si 58‑72％、Zr 0.8‑3.2％、Nb1.2‑2.5％、Ca 2.8‑5.5％、Ba 1.85‑3.58％、Mg≤0.15％、Al≤0.2％、Mn≤0.26％、S≤0.02％、P≤0.05％，余量为铁，本发明的本发明提供的高效孕育剂，它的孕育效果好，增加球墨的数量和密度，不仅可以有效促进石墨形核，减少白口倾向，降低球墨尺寸，还能使孕育后铸铁的成分均匀性好，熔点、力度、性能均有大幅度提升，提高铁素体的伸长率和冲击韧性。
Description
技术领域
本发明涉及球墨铸铁孕育剂技术领域，具体涉及高效孕育剂及其制备方法和在球墨铸铁的应用。
背景技术
球墨铸铁是一种重要的工程材料，由于球墨铸铁的力学性能性能接近于钢，不少铸钢件及锻钢件为球墨铸铁所代替，因此，球墨铸铁在工业上获得了广泛的应用。要想达到良好的力学性能，可以采用以下方法：热处理、合金化、孕育处理。其中孕育处理是比较简便而又经济、行之有效的方法，它不仅促进石墨化，防止自由渗碳体和白口出现，而且有助于球化，使石墨变得更细小，更圆整，分布更加均匀，从而提高球铁件的综合力学性能。其作用就在于改变铸铁共晶结晶的凝固条件，达到消除白口、促进石墨化、细化晶粒、提高组织均匀性，从而改善铸铁的力学性能和加工性制。
铸铁的孕育剂有碳基和硅基两类，碳基孕育剂具有石墨化能力强、衰退慢等优点，但它的熔点高，要在1450℃以上处理，生产上使用有困难，因此目前主要用硅铁作为基本的孕育剂，生产中普遍应用的是75SiFe，但其孕育效果较差，为消除自由渗碳体，需要加入量较大，为控制终硅量，则必须降低原铁水的硅量，这给回炉料的应用及配料带来了一定难度，于是严重制约了生产过程中对回炉料的利用率，造成回炉料大量积压，给工业生产造成很大的浪费；另外，75SiFe的孕育衰退速度较快，厚大件或同一铸件厚大部分易因冷速慢、凝固时间长而使石墨球粗大、畸变，甚至形成蠕墨或碎块状石墨，从而显著降低力学性能。
为了强化孕育效果，生产中常在孕育剂中添加少量的铝、钙、锶、钡、稀土等元素，来增强孕育剂的孕育效果，这样往往会产生意想不到的效果，现有技术中已有报道，如中国发明专利(公开号：CN101704070A)涉及一种铁硅镧孕育剂。该孕育剂由70-75％的Si、1.0-2.0％的Ca、1.0-1.5％的Ba、0.7-1.3％的Al、0.5-1.3％的La、余量为Fe组成。在该发明中，加入了少量La元素，La元素属于动力过冷元素，用来脱氧去硫消除S、O在石墨球螺旋生长位错口的封堵作用，促进石墨球生长。S、O的含量过高或过低，都将使得铸铁组织白口化，但是，硫化物、氧化物都是石墨球形核时的基底物质，尤其是硫化物热力学稳定性越高，其孕育作用就越大，所以硫是促使孕育反应顺利进行的不可或缺的成分。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效孕育剂，它的孕育效果好，不仅可以有效促进石墨形核，减少白口倾向，增加球墨的数量和密度，讲笑球墨尺寸，还能使孕育后铸铁的成分均匀性好，熔点、力度、性能均有大幅度提升，提高铁素体的伸长率和冲击韧性。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高效孕育剂，由以下重量份的物质组成：Si 58-72％、Zr0.8-3.2％、Nb 1.2-2.5％、Ca 2.8-5.5％、Ba 1.85-3.58％、Mg≤0.15％、Al≤0.2％、Mn≤0.26％、S≤0.02％、P≤0.05％，余量为铁。
优选的，所述高效孕育剂，由以下重量份的物质组成：Si 60-65％、Zr 1.5-2.8％、Nb 1.8-2.2％、Ca 3.8-5.0％、Ba 2.25-2.68％、Mg≤0.15％、Al≤0.2％、Mn≤0.26％、S≤0.02％、P≤0.05％，余量为铁。
一种高效孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比称取Si、Zr、Nb、Ca、Ba、Mg、Al、Mn，放入电炉中，通入氩气排除空气，然后加热至1480-1530℃，熔炼8-15min后，得到合金溶液，然后加入碳酸氢氨，搅拌均匀后，冷却至室温，得到多孔疏松的孕育剂块材；
(2)将步骤(1)中的孕育剂块材在820-830℃下加热90min，然后炉冷至室温，再将其放入饱和氯化钠溶液中浸泡5-6小时，然后粉碎，研磨后，得到孕育剂粉末。
优选的，所述孕育剂的粒径为10-20微米。
优选的，所述碳酸氢氨的投加量为合金总量的5-15％。
本发明还提供高效孕育剂在球墨铸铁上的应用：采用两次孕育，首次孕育在包底将铁水量0.12-0.16％的孕育剂覆盖在球化剂的表面，上面用钢板覆盖，二次孕育采用随流孕育。
本发明的有益效果：本发明孕育剂中硅元素可以强烈促进石墨化，使铸件获得铁素体并控制铁素体的含量，使铸件在高温不会引起体积膨胀而使铸件破坏，且在高温下促进铸铁形成致密的二氧化硅氧化膜层，有效阻止氧离子向铸件内部的渗透侵入，防止进一步氧化，使铸件抗氧化生长性能大大提高；铌可以促进球墨的形成；Ba既能有效促进石墨化，又能使球墨细化，提高铸铁的力学性能，抑制衰退时间；Ca能减少铁水的过冷现象，同时还具有脱氧和中和其它过量微量元素的作用；S有助于石墨晶核的形成；在孕育剂中加入的碳酸氢铵，在进入合金溶液中发生受热分解，而产生气泡，从而得到结构均匀，含有气孔的疏松结构的孕育剂，使孕育剂容易粉碎成大小均一的粉末，此外，也有助于孕育剂使用时在铁水中的融化，增大其余钢水的接触面积，提高孕育效率。本发明提供的高效孕育剂，它的孕育效果好，增加球墨的数量和密度，不仅可以有效促进石墨形核，减少白口倾向，降低球墨尺寸，还能使孕育后铸铁的成分均匀性好，熔点、力度、性能均有大幅度提升，提高铁素体的伸长率和冲击韧性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高效孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量比称取58％Si、3.2％Zr、1.2％Nb、2.8％Ca、2.25％Ba、0.15％Mg、0.2％Al、0.25％Mn，余量为生铁，放入电炉中，通入氩气排除空气，然后加热至1480-1490℃，熔炼8-15min后，得到合金溶液，然后加入合金总量5％碳酸氢氨，搅拌均匀后，以10℃/min的速率冷却至室温，得到多孔疏松的孕育剂块材；
(2)将步骤(1)中的孕育剂块材在820-830℃下加热90min，然后炉冷至室温，再将其放入饱和氯化钠溶液中浸泡5-6小时，然后粉碎，研磨后，得到孕育剂粉末。
将本实施例的高效孕育剂在球墨铸铁上的应用：采用两次孕育，首次孕育在包底将铁水量0.12％的孕育剂覆盖在球化剂的表面，上面用钢板覆盖，二次孕育采用随流孕育。
实施例2：
一种高效孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比称取60％Si、2.8％Zr、2.5％Nb、2.8％Ca、1.85％Ba、0.12％Mg、0.05％Al、0.26％Mn，余量为生铁，放入电炉中，通入氩气排除空气，然后加热至1490-1500℃，熔炼8-15min后，得到合金溶液，然后加入合金总量15％碳酸氢氨，搅拌均匀后以10℃/min的速率冷却至室温，得到多孔疏松的孕育剂块材；
(2)将步骤(1)中的孕育剂块材在820-830℃下加热90min，然后炉冷至室温，再将其放入饱和氯化钠溶液中浸泡5-6小时，然后粉碎，研磨后，得到孕育剂粉末。
将本实施例的高效孕育剂在球墨铸铁上的应用：采用两次孕育，首次孕育在包底将铁水量0.12％的孕育剂覆盖在球化剂的表面，上面用钢板覆盖，二次孕育采用随流孕育。
实施例3：
一种高效孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比称取65％Si、1.5％Zr、2.2％Nb、5.0％Ca、2.68％Ba、0.15％Mg、0.1％Al、0.1％Mn，余量为生铁，放入电炉中，通入氩气排除空气，然后加热至1500-1510℃，熔炼8-15min后，得到合金溶液，然后加入合金总量8％碳酸氢氨，搅拌均匀后，以10℃/min的速率冷却至室温，得到多孔疏松的孕育剂块材；
(2)将步骤(1)中的孕育剂块材在820-830℃下加热90min，然后炉冷至室温，再将其放入饱和氯化钠溶液中浸泡5-6小时，然后粉碎，研磨后，得到孕育剂粉末。
将本实施例的高效孕育剂在球墨铸铁上的应用：采用两次孕育，首次孕育在包底将铁水量0.15％的孕育剂覆盖在球化剂的表面，上面用钢板覆盖，二次孕育采用随流孕育。
实施例4：
一种高效孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比称取72％Si、0.8％Zr、1.8％Nb、5.5％Ca、3.58％Ba、0.1％Mg、0.12％Al，放入电炉中，余量为生铁，通入氩气排除空气，然后加热至1520-1530℃，熔炼8-15min后，得到合金溶液，然后加入合金总量10％碳酸氢氨，搅拌均匀后，以10℃/min的速率冷却至室温，得到多孔疏松的孕育剂块材；
(2)将步骤(1)中的孕育剂块材在820-830℃下加热90min，然后炉冷至室温，再将其放入饱和氯化钠溶液中浸泡5-6小时，然后粉碎，研磨后，得到孕育剂粉末。
将本实施例的高效孕育剂在球墨铸铁上的应用：采用两次孕育，首次孕育在包底将铁水量0.16％的孕育剂覆盖在球化剂的表面，上面用钢板覆盖，二次孕育采用随流孕育。
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明提供的高效孕育剂，它的孕育效果好，增加球墨的数量和密度，不仅可以有效促进石墨形核，减少白口倾向，降低球墨尺寸，还能使孕育后铸铁的成分均匀性好，熔点、力度、性能均有大幅度提升，提高铁素体的伸长率和冲击韧性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种高效孕育剂，其特征在于，由以下重量份的物质组成：Si58-72％、Zr 0.8-3.2％、Nb 1.2-2.5％、Ca 2.8-5.5％、Ba 1.85-3.58％、Mg≤0.15％、Al≤0.2％、Mn≤0.26％、S≤0.02％、P≤0.05％，余量为铁。
2.如权利要求1所述的高效孕育剂，其特征在于，由以下重量份的物质组成：Si 60-65％、Zr 1.5-2.8％、Nb 1.8-2.2％、Ca 3.8-5.0％、Ba2.25-2.68％、Mg≤0.15％、Al≤0.2％、Mn≤0.26％、S≤0.02％、P≤0.05％，余量为铁。
3.一种如权利要求1或2所述的高效孕育剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按质量比称取Si、Zr、Nb、Ca、Ba、Mg、Al、Mn，放入电炉中，通入氩气排除空气，然后加热至1480-1530℃，熔炼8-15min后，得到合金溶液，然后加入碳酸氢氨，搅拌均匀后，冷却至室温，得到多孔疏松的孕育剂块材；
(2)将步骤(1)中的孕育剂块材在820-830℃下加热90min，然后炉冷至室温，再将其放入饱和氯化钠溶液中浸泡5-6小时，然后粉碎，研磨后，得到孕育剂粉末。
4.如权利要求3所述的高效孕育剂的制备方法，其特征在于，所述孕育剂的粒径为10-20微米。
5.如权利要求4所述的高效孕育剂的制备方法，其特征在于，所述碳酸氢氨的投加量为合金总量的5-15％。
6.一种如权利要求1或2所述的高效孕育剂在球墨铸铁上的应用，其特征在于，采用两次孕育，首次孕育在包底将铁水量0.12-0.16％的孕育剂覆盖在球化剂的表面，上面用钢板覆盖，二次孕育采用随流孕育。
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