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CN110983165A - 一种球墨铸铁用孕育剂及其制备方法 - Google Patents

一种球墨铸铁用孕育剂及其制备方法 Download PDF

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CN110983165A
CN110983165A CN201911403586.5A CN201911403586A CN110983165A CN 110983165 A CN110983165 A CN 110983165A CN 201911403586 A CN201911403586 A CN 201911403586A CN 110983165 A CN110983165 A CN 110983165A
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CN
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iron
nodular cast
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CN201911403586.5A
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包晓刚
林少云
肖传周
魏爽
叶旦旺
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Sanxiang Advanced Materials Co ltd
Original Assignee
Sanxiang Advanced Materials Co ltd
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Abstract

本发明涉及球墨铸铁领域，特别涉及一种球墨铸铁用孕育剂及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将如下重量份比原料：75#硅铁、30#硅钙、30#稀土硅、30#硅钡、35#硅锆、70#铌铁和废钢投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530‑1600℃范围内；待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑、硫磺和锑，继续保温搅拌熔炼，倾炉浇铸急速冷却，得球墨铸铁用孕育剂。本发明的有益效果在于：本发明所得球墨铸铁用孕育剂，具有提供形核质点，提升铁液中石墨成球能力，石墨球均匀度好、提升球化率等特点。有效减少铸铁白口倾向，提升球墨铸铁抗拉强度、冲击韧性、耐磨性和硬度等机械性能和力学性能。

Description

一种球墨铸铁用孕育剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁领域，特别涉及一种球墨铸铁用孕育剂及其制备方法。
背景技术
孕育剂又称接种剂，在铸造工艺中是一种具有细化晶粒，改善力学性能和加工性能的添加剂。它可改善石墨形态及分布状况，增加共晶团数量，减缓球化衰退，并能防止或消除铸件白口倾向，减少断面敏感性。在球化处理后的铁水中加入孕育剂，可以增加石墨球数，消除渗碳体，改善塑性和韧性。
目前，市场现有主流孕育剂以硅铁、硅钙、硅钡及相应的硅系多元系合金为主。现有孕育剂在使用过程中，特别是针对厚大铸件浇铸过程中，会出现铸件芯部石墨球数量少、成球率低，异形石墨等现象，导致球墨铸铁件机械性能和力学性能下降，所生产的器件无法满足特种环境作业要求。针对现有孕育剂存在的以上问题，埃肯研制新型硫氧孕育剂，其工艺为制备合适成分、粒度的硅铈合金，然后将硫化物和氧化物超细粉粘结液态喷涂至硅铈合金颗粒表面，烘干得硫氧孕育剂；禹州市恒利来合金有限责任公司专利201711194589.3采用制备合适成分、粒度的硅镧合金，然后将硅镧合金直接与FeS和FeO粉末混合制备硫氧孕育剂。
以上方法均为采用物理混合、粘结方式制备含硫含氧孕育剂，新型孕育剂均能使球墨铸铁中石墨球形态和数量在一定成度上得到改善和提升，球墨铸铁硬度和抗拉强度得到提升，但还是不能满足一些特殊环境作业需要力学性能更高铸件要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提升球墨铸铁抗拉强度、冲击韧性、耐磨性和硬度等机械性能和力学性能的球墨铸铁用孕育剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种球墨铸铁用孕育剂，包括如下重量份的原料制备而成：75#硅铁130-150份、30#硅钙4-6份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为35/65)6-10份、30#硅钡1-3.5份、35#硅锆1-3份、70#铌铁0.5-1.0份、废钢2-4份、硫磺1-2.5份、铁黑0.45-0.85份和锑0.45-0.85份；
所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：68-75％，Ca：0.7-1.5％，La/Ce：1.5-2.1％，Al：0.7-1.5％，Ba：0.3-0.8％，Zr：0.3-0.8％，Nb：0.3-0.8％，S：0.45-0.75％，O：0.25-0.55％，Sb：0.25-0.55％，余量为铁。
本发明的另一技术方案为：提供一种上述的球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
将如下重量份比原料：75#硅铁130-150份、30#硅钙4-6份、30#稀土硅6-10份、30#硅钡1-3.5份、35#硅锆1-3份、70#铌铁0.5-1.0份和废钢2-4份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530-1600℃范围内；
待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.45-0.85份、硫磺1-2.5份和锑0.45-0.85份，继续保温搅拌熔炼2-5min，倾炉浇铸急速冷却，得球墨铸铁用孕育剂。
本发明的有益效果在于：本发明球墨铸铁用孕育剂的制备方法中，采用熔配法生产的孕育剂，其成分分布均匀，后期加入铁黑、硫磺和锑主要是为减少损耗，让硫、氧弥散均与分布于硅系合金晶格间隙，提升孕育剂产品对铁液中石墨的孕育形核能力。硫、氧的加入主要是与镧铈稀土、钙和铝等元素相互作用，提供形核质点；适量的锑元素加入主要为使稀土镧铈存在的铁水中石墨倾向于均匀、小尺寸化；锆、铌元素的引入主要是减少白口，促进形核，增加过冷度，提升球墨铸铁抗拉强度、冲击韧性、耐磨性和硬度等机械性能。
本发明所得球墨铸铁用孕育剂，通过高温熔炼工艺制成，多元物相为化学反应式结合，应用于铁水炉外处理过程，处理温度要求低，工艺流程简单，所制得的特效孕育剂可用于球墨铸铁件，特别是厚大球墨铸铁件球化处理后的孕育处理，具有提供形核质点，提升铁液中石墨成球能力，石墨球均匀度好、提升球化率等特点。有效减少铸铁白口倾向，提升球墨铸铁抗拉强度、冲击韧性、耐磨性和硬度等机械性能和力学性能，能够生产出品质优异的球墨铸铁件。
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，以下结合实施方式予以说明。
本发明提供一种球墨铸铁用孕育剂，包括如下重量份的原料制备而成：75#硅铁130-150份、30#硅钙4-6份、30#稀土硅(本发明稀土硅中稀土金属元素(镧/铈)含量30％，余量是硅和铁等元素)6-10份、30#硅钡1-3.5份、35#硅锆1-3份、70#铌铁0.5-1.0份、废钢2-4份、硫磺1-2.5份、铁黑0.45-0.85份和锑0.45-0.85份；
所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：68-75％，Ca：0.7-1.5％，La/Ce：1.5-2.1％，Al：0.7-1.5％，Ba：0.3-0.8％，Zr：0.3-0.8％，Nb：0.3-0.8％，S：0.45-0.75％，O：0.25-0.55％，Sb：0.25-0.55％，余量为铁。
优选的，上述的球墨铸铁用孕育剂中，所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：71.5％，Ca：1.1％，La/Ce：1.98％，Al：0.89％，Ba：0.47％，Zr：0.43％，Nb：0.51％，S：0.46％，O：0.31％，Sb：0.36％，余量为铁。
优选的，上述的球墨铸铁用孕育剂中，所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：73.3％，Ca：1.21％，La/Ce：1.78％，Al：0.92％，Ba：0.40％，Zr：0.38％，Nb：0.44％，S：0.475％，O：0.28％，Sb：0.30％，余量为铁。
本发明还提供一种上述的球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
将如下重量份比原料75#硅铁130-150份、30#硅钙4-6份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)6-10份、30#硅钡1-3.5份、35#硅锆1-3份、70#铌铁0.5-1.0份和废钢2-4份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530-1600℃范围内；
待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.45-0.85份、硫磺1-2.5份和锑0.45-0.85份，继续保温搅拌熔炼2-5min，倾炉浇铸急速冷却，得球墨铸铁用孕育剂。
优选的，上述的球墨铸铁用孕育剂的制备方法中，所述步骤“倾炉浇铸急速冷却”后还包括步骤：冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得球墨铸铁用孕育剂。所述原料：废钢、硫磺、铁黑和锑的纯度大于98.5％。
优选的，上述的球墨铸铁用孕育剂的制备方法中，所述原料：废钢、硫磺、铁黑和锑的纯度大于98.5％。
本发明有益效果：本发明球墨铸铁用孕育剂的制备方法中，采用熔配法生产的孕育剂，其成分分布均匀，后期加入铁黑、硫磺和锑主要是为减少损耗，让硫、氧弥散均与分布于硅系合金晶格间隙，提升孕育剂产品对铁液中石墨的孕育形核能力。硫、氧的加入主要是与镧铈稀土、钙和铝等元素相互作用，提供形核质点；适量的锑元素加入主要为使稀土镧铈存在的铁水中石墨倾向于均匀、小尺寸化；锆、铌元素的引入主要是减少白口，促进形核，增加过冷度，提升球墨铸铁抗拉强度、冲击韧性、耐磨性和硬度等机械性能。
实施例1
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
称量原料75#硅铁142份、30#硅钙4份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)7.6份、30#硅钡2.3份、35#硅锆2份、70#铌铁0.66份和废钢2份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1550-1590℃范围内，待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.65份、硫磺1.5份和锑0.55份，继续保温搅拌熔炼3min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得所需特效孕育剂产品。所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：71.5％，Ca：1.1％，La/Ce：1.98％，Al：0.89％，Ba：0.47％，Zr：0.43％，Nb：0.51％，S：0.46％，O：0.31％，Sb：0.36％，余量为铁。
所使用的原料废钢、硫磺、铁黑和锑纯度要求在98.5％以上。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为417.6N/mm2，屈服强度为297.0N/mm2，延伸率为15.66％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比提升25％左右，机械性能和力学性能表现优异。
实施例2
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
称量原料75#硅铁135份、30#硅钙5份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)6.3份、30#硅钡1.25份、35#硅锆1.35份、70#铌铁0.54份和废钢2.5份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530-1600℃范围内，待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.48份、硫磺1.25份和锑0.47份，继续保温搅拌熔炼2.5min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得所需特效孕育剂产品。所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：73.3％，Ca：1.21％，La/Ce：1.78％，Al：0.92％，Ba：0.40％，Zr：0.38％，Nb：0.44％，S：0.475％，O：0.28％，Sb：0.30％，余量为铁。
所使用的原料废钢、硫磺、铁黑和锑纯度要求在98.5％以上。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为409.6N/mm2，屈服强度为306.3N/mm2，延伸率为17.01％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比提升20％左右，机械性能和力学性能表现优异。
实施例3
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
称量原料75#硅铁147份、30#硅钙5.7份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)9.5份、30#硅钡3.5份、35#硅锆3份、70#铌铁1份和废钢3份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1550-1600℃范围内，待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.8份、硫磺2.3份和锑0.82份，继续保温搅拌熔炼5min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得所需特效孕育剂产品。
所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：72.4％，Ca：1.37％，La/Ce：1.99％，Al：1.14％，Ba：0.57％，Zr：0.61％，Nb：0.72％，S：0.51％，O：0.39％，Sb：0.50％，余量为铁。
所使用的原料废钢、硫磺、铁黑和锑纯度要求在98.5％以上。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为426.5N/mm2，屈服强度为309.3N/mm2，延伸率为13.29％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比提升30％左右，机械性能和力学性能表现优异。
实施例4
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
将如下重量份比原料：75#硅铁150份、30#硅钙4份、30#稀土硅6份(稀土中镧/铈比例为35/65)、30#硅钡1份、35#硅锆1份、70#铌铁0.5份和废钢2份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530-1600℃范围内；
待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.45份、硫磺1份和锑0.45份，继续保温搅拌熔炼2-5min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得球墨铸铁用孕育剂。
所述原料中废钢、硫磺、铁黑和锑的纯度大于98.5％。
所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：75％，Ca：0.7％，La/Ce：1.5％，Al：0.7％，Ba：0.3％，Zr：0.3％，Nb：0.3％，S：0.45％，O：0.25％，Sb：0.25％，余量为铁。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为446.5N/mm2，屈服强度为319.7N/mm2，延伸率为15.21％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比提升25％左右，机械性能和力学性能表现优异。
实施例5
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
将如下重量份比原料：75#硅铁130份、30#硅钙6份、30#稀土硅10份(稀土中镧/铈比例为35/65)、30#硅钡3.5份、35#硅锆3份、70#铌铁1.0份和废钢4份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530-1600℃范围内；
待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.85份、硫磺2.5份和锑0.85份，继续保温搅拌熔炼2-5min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得球墨铸铁用孕育剂。
所述原料中废钢、硫磺、铁黑和锑的纯度大于98.5％。
所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：68％，Ca：1.5％，La/Ce：2.1％，Al：1.5％，Ba：0.8％，Zr：0.8％，Nb：0.8％，S：0.75％，O：0.55％，Sb：0.55％，余量为铁。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为406.5N/mm2，屈服强度为289.3N/mm2，延伸率为12.29％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比提升30％左右，机械性能和力学性能表现优异。
对比例1
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
称量原料75#硅铁140份、30#硅钙5.5份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)7份、30#硅钡2.5份、35#硅锆2份、70#铌铁0.75份和废钢2份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1550-1600℃范围内，待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.0份、硫磺0.0份和锑0.55份，继续保温搅拌熔炼3min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得所需特效孕育剂产品。所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：72.65％，Ca：0.96％，La/Ce：1.97％，Al：0.91％，Ba：0.52％，Zr：0.47％，Nb：0.455％，S：0.011％，O：0.06％，Sb：0.35％，余量为铁。
所使用的原料废钢和锑纯度要求在98.5％以上。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为327.2N/mm2，屈服强度为235.4N/mm2，延伸率为4.8％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比略差，机械性能和力学性能表现较差，主要为孕育剂缺少硫、氧元素与稀土等元素结合提供形核质点。
对比例2
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
称量原料75#硅铁140份、30#硅钙5份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)8.5份、30#硅钡2.5份、35#硅锆0份、70#铌铁0份和废钢2份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1550-1600℃范围内，待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.7份、硫磺2份和锑0.65份，继续保温搅拌熔炼3min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得所需特效孕育剂产品。所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：70.48％，Ca：0.95％，La/Ce：2.06％，Al：1.21％，Ba：0.62％，Zr：0.0％，Nb：0.0％，S：0.49％，O：0.287％，Sb：0.43％，余量为铁。
所使用的原料废钢、硫磺、铁黑和锑纯度要求在98.5％以上。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为357.9N/mm2，屈服强度为203.6N/mm2，延伸率为5.96％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比较差，机械性能和力学性能表现较差，主要为孕育剂缺少提升铸件力学能力的锆、铌元素。
对比例3
一种球墨铸铁用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
称量原料75#硅铁140份、30#硅钙5份、30#稀土硅(稀土中镧/铈比例为30/70)7.5份、30#硅钡2.5份、35#硅锆2份、70#铌铁0.75份和废钢2份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1550-1600℃范围内，待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.60份、硫磺2.0份和锑0.23份，继续保温搅拌熔炼3min，倾炉浇铸急速冷却，冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得所需特效孕育剂产品。所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：72.14％，Ca：1.3％，La/Ce：1.96％，Al：0.87％，Ba：0.48％，Zr：0.52％，Nb：0.53％，S：0.477％，O：0.28％，Sb：0.133％，余量为铁。
所使用的原料废钢、硫磺、铁黑和锑纯度要求在98.5％以上。
将通过上述方法所制得的特效孕育剂同等工艺条件下用于壁厚750mm油缸球墨铸铁孕育处理，得到的球磨铸铁件检测抗拉强度为373.5N/mm2，屈服强度为278.35N/mm2，延伸率为12.79％。铸件综合力学指标与正常孕育剂孕育铸件相比略微提升，机械性能和力学性能表现正常，主要是与稀土元素共同作用的锑元素量不足，孕育剂提升球墨铸铁抗拉强度能力略微下降。
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 (6)

1.一种球墨铸铁用孕育剂，其特征在于，包括如下重量份的原料制备而成：75#硅铁130-150份、30#硅钙4-6份、30#稀土硅6-10份、30#硅钡1-3.5份、35#硅锆1-3份、70#铌铁0.5-1.0份、废钢2-4份、硫磺1-2.5份、铁黑0.45-0.85份和锑0.45-0.85份；
所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：68-75％，Ca：0.7-1.5％，La/Ce：1.5-2.1％，Al：0.7-1.5％，Ba：0.3-0.8％，Zr：0.3-0.8％，Nb：0.3-0.8％，S：0.45-0.75％，O：0.25-0.55％，Sb：0.25-0.55％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁用孕育剂，其特征在于，所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：71.5％，Ca：1.1％，La/Ce：1.98％，Al：0.89％，Ba：0.47％，Zr：0.43％，Nb：0.51％，S：0.46％，O：0.31％，Sb：0.36％，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁用孕育剂，其特征在于，所述特效孕育剂组成元素的质量百分比为：Si：73.3％，Ca：1.21％，La/Ce：1.78％，Al：0.92％，Ba：0.40％，Zr：0.38％，Nb：0.44％，S：0.475％，O：0.28％，Sb：0.30％，余量为铁。
4.一种权利要求1-3任一项所述的球墨铸铁用孕育剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将如下重量份比原料：75#硅铁130-150份、30#硅钙4-6份、30#稀土硅6-10份、30#硅钡1-3.5份、35#硅锆1-3份、70#铌铁0.5-1.0份和废钢2-4份投入电炉内进行升温熔化，熔炼温度控制在1530-1600℃范围内；
待上述原料熔化完全，再向炉内投入铁黑0.45-0.85份、硫磺1-2.5份和锑0.45-0.85份，继续保温搅拌熔炼2-5min，倾炉浇铸急速冷却，得球墨铸铁用孕育剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤“倾炉浇铸急速冷却”后还包括步骤：冷却后破碎至粒度0.1-0.9mm，得球墨铸铁用孕育剂。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述原料：废钢、硫磺、铁黑和锑的纯度大于98.5％。
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