专利名称：金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种孕育剂及其制备方法，特别是一种金属型生产薄壁玛钢件 用孕育剂及其生产方法。
背景技术：
玛钢，也叫可锻铸铁，除具有较高的强度、伸长率外，最突出的特点是冲 击韧度和耐腐蚀性好，适于制造形状复杂、承受冲击的薄壁件及在潮湿空气、 炉气和水等介质中工作的零件，如管接头、阀门等。
玛钢的生产过程是首先浇注成白口铸铁件，然后经高温和/或低温两阶段 长时间石墨化退火，获得可锻铸铁件。为了铸态得到全白口组织以及有效缩短 石墨化退火时间，国内外开发了多种孕育剂，广泛釆用的有铝一铋、硼一铋、 硼一铝一铋、硅一铋、硅_锑、硅一硫、稀土硅铁合金一铋等孕育剂，均取得 了一些效果。根据金属结晶和原子扩散理论，玛钢铸态晶粒越细小，碳原子迁 移聚集越容易，石墨化时间越短，综合力学性能越好。而细化铸态晶粒的方法 很多，主要有增大过冷度、孕育处理和振动搅拌等。釆用金属型是增大过冷度 最有效的办法之一，并且，增大过冷度，也有利于在铸态下得到白口组织，或 者在保证得到白口组织的情况下，可以选择更能有效缩短两阶段石墨化退火时 间的化学成分。
在电炉熔化铁液的条件下，对于薄壁的玛钢件釆用金属型铸造是可行的， 开发与之配套的专用孕育剂，使铸态白口组织的晶粒更加细小，定能更有效降低 退火温度，缩短两阶段石墨化时间，节能降耗，降低生产成本，增强企业的市 场竟争力。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种在用电炉熔化铁液的条件下，降低石墨化温度、缩短石墨化时间的金属型生产薄壁玛钢件用的孕育剂及其制造方 法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是， 一种金属型生产薄壁玛钢
件用孕育剂，其成分及其质量百分比为
稀土 ( RE ) 3 ~ 5%，铋(Bi) 3 ~ 5%,钡(Ba ) 2 ~ 4%,铝(Al ) 6 ~ 10%，硅 (Si)15~20%，镁(Mg)2 4。/。，余量为铁(Fe)。
其制备方法为选取、称量原材料；将原材料混合均匀，再用压制工具压 制成型。
所述原材料及其质量百分比为
稀土硅铁合金粉(RE30。/。， Si40%，余量为Fe，质量百分比，下同)10~17%, 金属铋粉3 ~ 5%,硅钡合金粉(Ba25°/ , Si50%，余量为Fe ) 8 ~ 16%，铝粉6 ~ 10%, 硅铁粉(Si75。/。，余量为Fe) 0~16%，镁粉2~4%，余量为纯铁粉。
所述压制工具为压块机。
所述压制成型是指压制成①10x10 mm圆柱体颗粒。 本发明的配方中的各化学元素所起的作用机理为
稀土元素1)稀土元素是强碳化物形成元素，具有很强的促进铸态白口作 用，有效防止玛钢铸态出现灰口或麻口缺陷；2 )稀土元素还具有独特的脱氧、 脱硫、净化铁液和细化一次晶粒、强化金属基体、改善非金属夹杂物的形状、 大小和分布情况等作用，这又对提高铸件的力学性能非常有利；3)在固态石墨 化过程中，稀土还能促进渗碳体分解。
铋元素在铁液结晶过程中强烈促进铸态组织白口化，能有效防止铸态出 现灰口或麻口组织，而对两阶段石墨化过程阻碍作用很小。
硅钡合金钡和硅合金能明显细化奥氏体枝晶，增加退火时的石墨核心。 高硅加铋还出现了一种神奇的效果，即在白口组织中出现了FeC型特殊碳化物， 而FeC比FesC更不稳定，能在较低温度下分解。
铝元素虽然在一次结晶中具有强烈促进石墨化作用，但通过与铋等强碳化物形成元素的合理l^配可以得到有效抑制。铝在玛钢生产中作为孕育元素的
主要贡献在于1)铝与氧的亲和力非常强烈，所生成的高度弥散的游离氧化铝 质点，可以作为退火过程中的石墨核心；2)铝还能显著细化铸态晶粒；3)在 石墨化退火过程中，采用低温保温工艺还能明显增加石墨结晶核心，这均有利 于加快玛钢两阶—歐退火的石墨化进程。
镁元素绝大部分或全部溶入渗碳体中，在石墨化退火过程中强烈促进石 墨聚集成团球状，这对缩短石墨化退火时间也十分有利。
采用上述技术方案的有益效果在于利用本发明的孕育剂对电炉熔炼的铁 液进行孕育处理，能够在较高碳当量的情况下，采用金属型生产薄壁玛钢件时， 铸态得到非常细小的白口组织，使高温石墨化退火温度降低，两阶段石墨化时 间明显缩短，铸件的力学性能良好。本发明的孕育剂采用包底冲入法，即可达 到满意的孕育效果，使用方便。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，实施例中的百分比均为质 量百分比 实施例1
所用原材料的质量百分比为稀土硅铁合金粉(RE30y。， Si40%,余量为Fe ) 13.33%,金属铋粉4%，硅钡合金粉(Ba250/0, Si50°/。，余量为Fe) 12%，铝粉8%, 硅铁粉(Si75%,余量为Fe) 7.5%,镁粉3%,余量为纯4失4分。首先将这些原材 料混制均匀，然后在压块机上压制成①10x10的圆柱颗粒。由此得到了本实施 例的孕育剂，各元素的质量百分比约为稀土 (RE) 4%,铋(Bi) 4%,钡(Ba) 3%，铝(Al) 8%，硅(Si) 17%，镁(Mg) 3%，余量为铁(Fe)。
实施例2
本实施例与实施例1的不同在于生产孕育剂的原材料的质量百分比为， 稀土硅铁合金粉(RE30%， Si40%，余量为Fe) 10%,金属铋粉5%，硅钡合金粉 (Ba25%, Si50。/。，余量为Fe) 8%，铝粉10%,硅铁粉(Si75。/。，余量为Fe ) 9. 5%,镁粉4%，余量为纯铁粉。孕育剂的各元素质量百分比约为稀土 (RE) 31铋 (Bi) 5%，钡(Ba) 2%，铝Ul) 10%,硅(Si) 15%，镁(Mg) 4%，余量为铁 (Fe )。
实施例3
本实施例与实施例1的不同在于生产孕育剂的原材料的重量百分比为， 稀土硅铁合金粉(RE30%, Si40%,余量为Fe) 16.7%，金属铋粉3%,硅钡合金 粉(Ba250/。, Si50。/。，余量为Fe) 16%，铝粉6%，硅铁粉(Si75。/。，余量为Fe)70/。， 镁粉2%，余量为纯铁粉。孕育剂的各元素质量百分比约为稀土 (RE) 5%，铋 (Bi)3%，钡(Ba)40/。，铝(A1)60/。，硅(Si) 200/。,镁(Mg)2X，余量为铁(Fe)。
实施例4
对比分别加入实施例1、 2、 3中制备的孕育剂和未加入孕育剂的情况下， 在电炉熔炼铁液、金属型铸造的条件下，生产钢管脚手架玛钢扣件的结果。
金属型采用蠕墨铸铁材质，按钢管脚手架玛钢扣件的工艺要求制作，使用 时内壁刷涂料。
用250公斤中频感应电炉熔炼铁液，铁液出炉温度为1550°C，采用包底冲 入法的孕育处理工艺。分别加入实施例l、 2和3中的孕育剂，加入量为O. 1%。 原铁液的化学成分及质量百分含量为碳(C ) 2. 6 ~ 3. 0%,硅(Si ) 1. 6 ~ 2. 0%， 锰(Mn) <0. 3%,硫(S)《0.2%,磷(P) < 0. 06%。
在箱式电阻热处理炉中进行石墨化退火，铸件经装箱密封后随炉加热至430 。C时保温2小时，继续升温至820。C保温4小时后，降至72(TC保温6小时，之 后随炉降至650。C出炉空冷，即可得到铁素体和团絮状石墨的玛钢扣件。
将未加入孕育剂和加入孕育剂的石墨化退火温度、时间作一比较，如表1 所示。表l金属型铸造石墨化退火温度和时间
加入孕育剂情况高温石墨化退火温度高温保温时间低温保温时间
未加960 ~ 980°C5小时8小时
加入实施例1820°C4小时6小时
加入实施例2825 。C4小时6小时
力口入实施例3815°C4小时6小时
表1数据表明加入本发明的孕育剂后，在铸态得到晶粒细小的白口组织 的同时，高温石墨化退火温度降低了 115~165°C，两阶段石墨化时间缩短了 3 小时。
上述试样经力学性能^r测，结果表明采用实施例l、 2和3中孕育剂在上 述石墨化退火条件下，生产的金属型铸件达到KTH370—12的要求，超过GB15831 —2006 (钢管脚手架扣件)标准规定的KTH330—08要求。
权利要求
1、一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂，其特征在于，所述孕育剂的成分及其质量百分比为稀土3～5％，铋3～5％，钡2～4％，铝6～10％，硅15～20％，镁2～4％，余量为铁。
2、 一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂的制备方法，包括选取、称量原材 料，其特征在于为将原材料混合均匀，并用压制工具压制成型。
3、 根据权利要求2所述金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂的制备方法，其特 征在于所述原材料及其质量百分比为稀土硅铁合金粉10~17%，其中含有各元素的质量百分比为稀土30°/。，硅40%， 余量为Fe;金属铋粉3~5%;硅钡合金粉8~16%，其中含有各元素的质量百分 比为钡25%，硅50%，余量为Fe;铝粉6 ~ 10%;硅铁粉0 ~ 16%,其中含有各元素的 质量百分比为硅75%,余量为Fe;镁粉2 ~ 4%,余量为纯铁粉。
4、 根据权利要求2所述金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂的制备方法，其特 征在于所述压制工具为压块^)L。
5、 根据权利要求2所述金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂的制备方法，其特 征在于所述压制成型是指压制成O10xlQ mm圆柱体颗粒。
全文摘要
本发明公开了一种金属型生产薄壁玛钢件用孕育剂及其生产方法，所述孕育剂的成分及其质量百分比为稀土3～5％，铋3～5％，钡2～4％，铝6～10％，硅15～20％，镁2～4％，余量为铁；其制备方法为选取、称量原材料，将原材料混合均匀，并用压制工具压制成型。利用本发明的孕育剂对电炉熔炼的铁液进行孕育处理，能够在较高碳当量的情况下，采用金属型生产薄壁玛钢件时，铸态得到晶粒非常细小的白口组织，高温石墨化退火温度降低，两阶段石墨化时间明显缩短，铸件的力学性能良好。
文档编号C22C33/02GK101525719SQ200910074199
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者张忠诚, 磊 毛, 王忠民 申请人:河北科技大学