一种中等强度高延伸率球铁的熔炼方法
【专利摘要】本发明涉及一种中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，通过加料熔炼、成分微调、铁水预处理、铁水精炼、球化处理和铸件成型六个步骤制得球铁铸件。本发明的优点在于：本发明的熔炼方法，加料中生铁最后加入，能防止铁水中结晶型核的烧损；预处理采用碳和碳化硅同时加入的方法，且炉中需倒出1/3的铁水，这样炉中余的铁水的液面处在电炉感应线圈以下，铁水在升温时增大了搅拌力度，使铁水可以充分吸收C和SiC，保证了预处理的效果；孕育处理采用二次孕育处理工艺，及在球化出铁到出铁重量的1/3时向球化包中再加入孕育剂，充分保证铁水的孕育，且制得的球铁的强度能达到中等强度，且延伸率高。
【专利说明】
一种中等强度高延伸率球铁的熔炼方法
技术领域
[0001] 本发明属于化学熔炼领域，特别涉及一种中等强度高延伸率球铁的熔炼方法。
【背景技术】
[0002] 球墨铸铁是铸铁中的石墨呈现球状的一种铸铁，通过球化处理使石墨形成球状， 这种球状石墨可使应力集中小，减小对基体的割裂。由于球墨铸铁的强度、塑度、韧性高，疲 劳强度接近于中碳钢，耐磨性优于非合金钢，切削性能可与灰铸铁相媲美，制造成本低等优 点，它受到了广泛的应用。
[0003] 球墨铸铁的生产过程中，将不同配比的原料熔化后即可形成铁液，铁液的质量、球 化孕育处理效果等对铸件的质量有着决定性的作用。铁液的质量好，则凝固时能够形成数 量更多、更小的石墨球和共晶团，石墨球和共晶团越多、越细小，则铸件形成时的膨胀应力 越大，从而能更有效地克服基体组织疏松，提尚球墨铸铁的力学性能。因此，铁液的质量与 最终的球墨铸铁的质量有直接关系，铁液的质量好坏又直接与原料的配比以及原料中各元 素化学组分的含量有直接的关系。影响球墨铸铁质量的另外一个因素是球化过程，球化处 理的目的是使石墨球化，同时除去硫和氧等活性元素。众所周知，在球墨铸铁的制备过程 中，人们希望硫含量越多越好，普遍认为硫是一种有害元素，它的存在会破坏石墨形核的形 成过程，进而影响球墨铸铁的力学性能等；另外，球化过程中，球化反应速率及整个球化反 应时间决定着镁的吸收率、石墨的圆整度、数量及分布情况，而这些因素会影响球墨铸铁的 力学性能。目前，常规的制造厂在生产QT600材质时，一般延伸率只能达到5-7，虽然达到了 国标中规定延伸率超过3便合格的标准，但仍然处于偏低的性能。
[0004] 针对上述现象，中国专利号CN 104878275 A中提出了一种高强度高延伸率球铁铸 件的生产工艺，按下述步骤进行：（1)在电炉中加入18-22份废钢熔炼，再加入58-62份回炉 料，最后同时加入0.5份的组织改良剂和18-22份生铁进行熔炼，形成原铁水；（2)将球化剂 加入到球化包的球化室内，再将孕育剂覆盖在球化剂上，然后将矽钢片覆盖在孕育剂上，最 后将组织改良剂加入球化包内；（3)将电炉中温度控制在1460-1480 °C的原铁水到球化包中 反应后形成终铁水；（4)将终铁水浇入铸型，冷却后得到球铁铸件。但该生产工艺仍存在以 下缺陷：1.铁水的质量不能得到有效的改善;2.只适用于高强度高延伸率球铁的生产，并不 适用于中等强度高延伸率球铁的生产;3.球铁的延伸率虽得到了提升，但仍欠佳。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，该熔炼 方法不仅能防止铁水中结晶型核的烧损，提高铁水质量，还能在保证球铁的强度的基础上， 大幅度提尚延伸率。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种中等强度高延伸率球铁的熔炼 方法，其创新点在于:所述熔炼方法按下述步骤进行： (1)加料熔炼:在电炉中同时加入1.0-1.1质量份的增碳剂和28-32质量份的废钢熔炼， 然后加入38-42质量份的回炉料，再加入0.93-1.0质量份的硅铁，最后加入28-32质量份的 生铁进行熔炼； (2)成分微调：电炉中铁水升温到1420~1440°C，通过加入0.3-0.4质量份的锰铁及 0.2-0.3质量份的电解铜，调至原铁水要求的范围； (3 )铁水预处理：炉中铁水升温到1450~1470 °C后从电炉中倒出1/3的铁水于铁水包 中，然后向电炉中一起加入1个质量份碳和1个质量份的碳化硅，同时用最大功率将电炉升 温，并将倒出的1 /3的铁水回入电炉中； (4) 铁水精炼:将炉中铁水温度升至1500~1520°C，保温、静置5~10分钟，使铁水化学 成分达到均匀状态； (5) 球化处理： A. 将球化剂加入到球化反应包的球化室内，再将一次孕育剂覆盖在球化剂上，最后将 矽钢片覆盖在一次孕育剂上； B. 当铁水温度达到1480-1500°C时出炉到球化反应包中，在铁水出到总铁水重量的1/3 时，加入二次孕育剂至球化反应包中，最后再将剩余的铁水出炉至球化反应包中，形成终铁 水； (6) 铸件成型:球化结束后，在12min内将终铁水浇入铸型，冷却得到球铁铸件。
[0007] 进一步地，所述废钢采用低锰废钢，其各组成成分的质量分数分别为C:0.018%， Si:0.10%，Mn:0.13 %，卩：0.05%，5:0.017%，0:0.05%，11:0.038%，￥ :0.040%，余量为铁。
[0008] 进一步地，所述生铁采用Q10生铁，其各组成成分的质量分数分别为C:4.31%，Si: 0.86%，Mn:0.09%，P :0.026%，S:0.006%，Cr:0.013%，Ti:0.015%，V:0.010%，余量为铁。
[0009] 进一步地，所述球化剂采用稀土硅镁复合球化剂，其各组成成分质量分数分别为 Mg: 5 · 65%，A1:0 · 22%，Si :46 · 77 %，Ca: 1 · 15%，RE: 2 · 8%，余量为铁。
[0010] 进一步地，所述一次孕育剂和二次孕育剂采用硅钡孕育剂，其各组成成分质量分 数分别为Si :66%，，Ba: 1.16%，余量为Fe; -次孕育剂的加入量为原铁水重量的0.2%，二次孕 育剂的加入量为原铁水重量的〇. 2 %。
[0011] 进一步地，所述原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.80~3.90%，Si : 1.75 ~1.85%，]^:0.38~0.42%，？彡0.03%，5:0.020~0.030%，〇1 :0.25~0.30%，余量为铁。
[0012] 进一步地，所述终铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.65~3.75%，Si : 2.50 ~2.60%，]^:0.38~0.42%，？彡0.03%，5:0.010~0.018%，]\% :0.040~0.050%，余量为铁。 [0013]进一步地，所述步骤(3)中碳的粒度为3~8mm，其加入量为原铁水重量的0.4%，碳 化硅的粒度为3~8_，其加入量为原铁水重量的0.2%。
[0014]进一步地，所述步骤(5 )中球化剂的加入量为原铁水重量的1.0%，一次孕育剂的加 入量为原铁水重量的〇. 3%，矽钢片的加入量为原铁水重量的0.5%。
[0015]本发明的优点在于:本发明中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，加料中生铁最后 加入，保证了生铁中结晶型核不被严重烧损，为后期铁水中石墨的球化提供充足的结晶型 核； 预处理采用碳和碳化硅同时加入的方法，且炉中需倒出1/3的铁水，这样炉中余的铁水 的液面处在电炉感应线圈以下，铁水在升温时增大了搅拌力度，使铁水可以充分吸收C和 SiC，保证了预处理的效果；同时将电炉用最大功率升温，目的是使电炉中铁水产生驼峰现 象，保证碳和碳化硅与铁水充分接触； 孕育处理采用二次孕育处理工艺，及在球化出铁到出铁重量的1/3时向球化包中再加 入孕育剂，充分保证铁水的孕育； 熔炼过程中，严格控制铁水化学成分中Μη和Cu的含量，少了则强度会偏低，高了延伸率 会偏低，进而既保证了强度，又保证了延伸率； 铁水球化处理后必须在12分钟内浇注结束，否则会球化孕育衰退影响最终的力学性 能;通过本发明的熔炼方法，制得的球铁的强度能达到中等强度，且延伸率高。
【具体实施方式】
[0016]下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发 明限制在所述的实施例范围之中。
[0017] 实施例！ 本实施例中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行： (1) 加料熔炼:在电炉中同时加入1. 〇质量份的增碳剂和32质量份的低锰废钢熔炼，低 锰废钢中各组成成分的质量分数分别为C: 0.018 %，S i : 0.10 %，Μ η : 0.13 %，P: 0.0 5 %，S: 0.017%，Cr: 0.05%，Ti : 0.038%，V: 0.040%，余量为Fe;然后加入42质量份的回炉料，再加入 1.0质量份的硅铁，最后加入32质量份的Q10生铁进行熔炼，形成原铁水，Q10生铁中各组成 成分的质量分数分别为C: 4 · 31%，Si : 0 · 86%，Μη: 0 · 09%，P: 0 · 026%，S: 0 · 006%，Cr: 0 · 013%，Ti : 0.015%，V: 0.010%，余量为Fe ;原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.80%，Si : 1.85%，Mn: 0.42%，P:0.03%，S: 0.030%，Cu: 0.30%，余量为Fe; (2) 成分微调：电炉中铁水升温到1440°C，通过加入0.3质量份的锰铁及0.3质量份的电 解铜，调至原铁水要求的范围； (3 )铁水预处理:从电炉中倒出1 /3的铁水于铁水包中，然后向电炉中一起加入粒度为 5mm碳和碳化硅，碳的加入量为原铁水重量的0.4%，碳化硅的加入量为原铁水重量的0.2%同 时电炉用最大功率升温，并将倒出的1 /3的铁水回入电炉中； (4) 铁水精炼:将炉中铁水温度升至1500°C，保温、静置5分钟，使铁水化学成分达到均 匀状态； (5) 球化处理： A. 将稀土硅镁复合球化剂加入到球化反应包的球化室内，其加入量为原铁水重量的 1.0%，硅镁复合球化剂各组成成分质量分数分别为Mg: 5.65%，A1:0.22%，Si : 46.77 %，Ca: 1.15%，RE: 2.8%，余量为Fe;再将一次硅覆钡孕育剂盖在硅镁复合球化剂上，其加入量为原 铁水重量的〇. 2%，硅钡孕育剂各组成成分质量分数分别为Si :66%，，Ba: 1.16%，余量为Fe;最 后将矽钢片覆盖在一次硅钡孕育剂上，其加入量为原铁水重量的〇. 5%; B. 当铁水温度达到1480°C时出炉到球化反应包中，在铁水出到总铁水重量的1/3时，加 入二次孕育剂至球化反应包中，其加入量为原铁水重量的0.2%，最后再将剩余的铁水出炉 至球化反应包中，形成终铁水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C :3.65%，Si: 2.60%，Mn: 0.42%，P:0.03%，S: 0.018%，Mg: 0.050%，余量为Fe; (6) 铸件成型:球化结束后，在12min内将终铁水浇入铸型，冷却得到球铁铸件。
[0018] 实施例2 本实施例中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行： (1) 加料熔炼:在电炉中同时加入1.05质量份的增碳剂和30质量份的低锰废钢熔炼，低 锰废钢中各组成成分的质量分数分别为C: 0.018 %，S i : 0.10 %，Μ η : 0.13 %，P: 0.0 5 %，S: 0.017%，Cr: 0.05%，Ti : 0.038%，V: 0.040%，余量为Fe;然后加入40质量份的回炉料，再加入 0.96质量份的娃铁，最后加入30质量份的Q10生铁进行恪炼，形成原铁水，Q10生铁中各组成 成分的质量分数分别为C: 4 · 31%，Si : 0 · 86%，Μη: 0 · 09%，P: 0 · 026%，S: 0 · 006%，Cr: 0 · 013%，Ti : 0.015%，V: 0.010%，余量为Fe;原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.85%，Si : 1.8%， 皿11:0.4%，？：0.0:2%，5:0.025%，〇1:0.28%，余量为卩6 ; (2) 成分微调：电炉中铁水升温到1450°C，通过加入0.35质量份的锰铁及0.25质量份的 电解铜，调至原铁水要求的范围； (3 )铁水预处理:从电炉中倒出1 /3的铁水于铁水包中，然后向电炉中一起加入粒度为 5mm碳和碳化硅，碳的加入量为原铁水重量的0.4%，碳化硅的加入量为原铁水重量的0.2%同 时电炉用最大功率升温，并将倒出的1 /3的铁水回入电炉中； (4) 铁水精炼:将炉中铁水温度升至15HTC，保温、静置8分钟，使铁水化学成分达到均 匀状态； (5) 球化处理： A. 将稀土硅镁复合球化剂加入到球化反应包的球化室内，其加入量为原铁水重量的 1.0%，硅镁复合球化剂各组成成分质量分数分别为Mg: 5.65%，A1:0.22%，Si : 46.77 %，Ca: 1.15%，RE: 2.8%;再将一次硅覆钡孕育剂盖在硅镁复合球化剂上，其加入量为原铁水重量的 0.2%，硅钡孕育剂各组成成分质量分数分别为Si : 66%，，Ba: 1.16%，余量为Fe;最后将矽钢片 覆盖在一次硅钡孕育剂上，其加入量为原铁水重量的0.5%; B. 当铁水温度达到1490°C时出炉到球化反应包中，在铁水出到总铁水重量的1/3时，加 入二次孕育剂至球化反应包中，其加入量为原铁水重量的0.2%，最后再将剩余的铁水出炉 至球化反应包中，形成终铁水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.7%，Si : 2.55%， Mn:0.4%，P:0.0:2%，S:0.014%，SMg:0.045%; (6) 铸件成型:球化结束后，在12min内将终铁水浇入铸型，冷却得到球铁铸件。
[0019] 实施例3 本实施例中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行： (1) 加料熔炼:在电炉中同时加入1.1质量份的增碳剂和28质量份的低锰废钢熔炼，低 锰废钢中各组成成分的质量分数分别为C: 0.018 %，S i : 0.10 %，Μ η : 0.13 %，P: 0.0 5 %，S: 0.017%，Cr: 0.05%，Ti : 0.038%，V: 0.040%，余量为Fe;然后加入38质量份的回炉料，再加入 0.93质量份的娃铁，最后加入28质量份的Q10生铁进行恪炼，形成原铁水，Q10生铁中各组成 成分的质量分数分别为C: 4 · 31%，Si : 0 · 86%，Μη: 0 · 09%，P: 0 · 026%，S: 0 · 006%，Cr: 0 · 013%，Ti : 0.015%，V: 0.010%，余量为Fe ;原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.90%，Si : 1.75%,Μη：0.38%,Ρ：0.01%,S：0.020%,Cu：0.25%； (2) 成分微调：电炉中铁水升温到1460°C，通过加入0.4质量份的锰铁及0.2质量份的电 解铜，调至原铁水要求的范围； (3 )铁水预处理:从电炉中倒出1 /3的铁水于铁水包中，然后向电炉中一起加入粒度为 5mm碳和碳化硅，碳的加入量为原铁水重量的0.4%，碳化硅的加入量为原铁水重量的0.2%同 时电炉用最大功率升温，并将倒出的1 /3的铁水回入电炉中； (4) 铁水精炼:将炉中铁水温度升至1500~1520°C，保温、静置5~10分钟，使铁水化学 成分达到均匀状态； (5) 球化处理： A. 将稀土硅镁复合球化剂加入到球化反应包的球化室内，其加入量为原铁水重量的 1.0%，硅镁复合球化剂各组成成分质量分数分别为Mg: 5.65%，A1:0.22%，Si : 46.77 %，Ca: 1.15%，RE: 2.8%;再将一次硅覆钡孕育剂盖在硅镁复合球化剂上，其加入量为原铁水重量的 0.2%，硅钡孕育剂各组成成分质量分数分别为Si : 66%，，Ba: 1.16%，余量为Fe;最后将矽钢片 覆盖在一次硅钡孕育剂上，其加入量为原铁水重量的0.5%; B. 当铁水温度达到1500°C时出炉到球化反应包中，在铁水出到总铁水重量的1/3时，加 入二次孕育剂至球化反应包中，其加入量为原铁水重量的0.2%，最后再将剩余的铁水出炉 至球化反应包中，形成终铁水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.75%，Si: 2.50%,Μη：0.38%,Ρ：0.01%,S：0.010%, Mg：0.040%； (6) 铸件成型:球化结束后，在12min内将终铁水浇入铸型，冷却得到球铁铸件。
[0020] 下表为实施例1-3制得的球铁力学性能与传统制得的球铁的力学性能。
[0021] 由上表可以看出，通过本发明制备方法，制备得的球铁，其强度能够达到中等强 度，抗拉强度>540 MPa，屈服强度>330 MPa，与现有高强度球铁相比，虽然强度低于高强 度球铁，但延伸率却提高了，其延伸率可达16。
[0022]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技 术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明 本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些 变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及 其等效物界定。
【主权项】
1. 一种中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述熔炼方法按下述步骤进 行： (1) 加料熔炼:在电炉中同时加入1.0-1.1质量份的增碳剂和28-32质量份的废钢熔炼， 然后加入38-42质量份的回炉料，再加入0.93-1.0质量份的硅铁，最后加入28-32质量份的 生铁进行熔炼； (2) 成分微调：电炉中铁水升温到1420~1440°C，通过加入0.3-0.4质量份的锰铁及 0.2-0.3质量份的电解铜，调至原铁水要求的范围； (3) 铁水预处理：炉中铁水升温到1450~1470°C后从电炉中倒出1/3的铁水于铁水包 中，然后向电炉中一起加入1个质量份碳和1个质量份的碳化硅，同时用最大功率将电炉升 温，并将倒出的1 /3的铁水回入电炉中； (4) 铁水精炼:将炉中铁水温度升至1500~1520°C，保温、静置5~10分钟，使铁水化学 成分达到均匀状态； (5) 球化处理： A. 将球化剂加入到球化反应包的球化室内，再将一次孕育剂覆盖在球化剂上，最后将 矽钢片覆盖在一次孕育剂上； B. 当铁水温度达到1480-1500°C时出炉到球化反应包中，在铁水出到总铁水重量的1/3 时，加入二次孕育剂至球化反应包中，最后再将剩余的铁水出炉至球化反应包中，形成终铁 水； (6) 铸件成型:球化结束后，在12min内将终铁水浇入铸型，冷却得到球铁铸件。2. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述废钢采 用低锰废钢，其各组成成分的质量分数分别为C: 0.018%，Si : 0.10%，Mn: 0.13 %，P: 0.05%，S: 0 · 017%，Cr:0 · 05%，Ti :0 · 038%，V:0 · 040%，余量为铁。3. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述生铁采 用QlO生铁，其各组成成分的质量分数分别为C: 4.31%，Si : 0.86%，Mn: 0.09%，P: 0.026%，S: 0.006%，Cr:0.013%，Ti:0.015%，V:0.010%，余量为铁。4. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述球化剂 采用稀土硅镁复合球化剂，其各组成成分质量分数分别为Mg: 5.65%，Al: 0.22%，Si : 46.77 %，Ca: 1 · 15%，RE: 2 · 8%，余量为铁。5. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述一次孕 育剂和二次孕育剂采用硅钡孕育剂，其各组成成分质量分数分别为Si :66%，，Ba: 1.16%，余 量为Fe; -次孕育剂的加入量为原铁水重量的0.2%，二次孕育剂的加入量为原铁水重量的 0.2% 〇6. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述原铁水 中各组成成分的质量分数分别为C: 3 · 80~3 · 90%，Si : 1 · 75~1 · 85%，Mn:0 · 38~0 ·42%，P彡 0 · 03%，S: 0 · 020 ~0 · 030%，Cu: 0 · 25 ~0 · 30%，余量为铁。7. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于:所述终铁水 中各组成成分的质量分数分别为C: 3.65~3.75%，Si : 2.50~2.60%，Mn:0.38~0.42%，P彡 0.03%，5:0.010~0.018%，]\%:0.040~0.050%，余量为铁。8. 根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于：所述步骤 (3)中碳的粒度为3~8mm，其加入量为原铁水重量的0.4%，碳化硅的粒度为3~8mm，其加入 量为原铁水重量的0.2%。9.根据权利要求1所述的中等强度高延伸率球铁的熔炼方法，其特征在于：所述步骤 (5 )中球化剂的加入量为原铁水重量的1.0%，一次孕育剂的加入量为原铁水重量的0.3%，矽 钢片的加入量为原铁水重量的〇. 5%。
【文档编号】C22C37/04GK105886693SQ201610320754
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】章桂林
【申请人】江苏力源金河铸造有限公司