一种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种熔模铸造铁素体不锈钢的晶粒细化剂及其使用方法。
【背景技术】
[0002]铁素体不锈钢是指在高温和室温均具有完全铁素体或以铁素体为主体结构，Cr含量大于10.5%的一系列低C铁基合金，为了获得不同特定性能，常加入适量的Mo、N1、Nb、Ti等元素。近几年，Ni原材料价格的提高使含Ni不锈钢的炼钢成本增加，汽车工业的飞速发展又使汽车尾气排气系统用不锈钢消费量大增，这些为不含或只含少量Ni的铁素体不锈钢的发展提供了广阔的市场空间。由于我国Ni资源短缺，所需的80%以上依赖进口，价格昂贵，因此发展铁素体不锈钢，少用甚至不用Ni，是国内不锈钢工业发展的方向之一。铁素体不锈钢经历了从409型到430系列的发展过程。430铁素体不锈钢的C含量< 0.12wt%,Cr含量在16.0wt% -18.0wt %之间，一般不含Ni，铸造收缩率为1.4% -1.6%，铸造性能较差。该种合金价格低廉，具有很好的抗氧化和抗硫化性能，其铸件主要应用于阀盖、汽车尾气排气系统等。但该种合金具有σ相脆性、475°C脆性、高温脆性、马氏体脆性和铸造脆性，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感等缺点。其中的铸造脆性主要源于在铸件凝固过程中凝固组织一直保持铁素体相，不发生α — T的相变，因此凝固组织中柱状晶比较发达，甚至没有中心等轴晶区，又由于阀盖、汽车尾气排气管接头等铸件为薄壁件，一般采用熔模铸造方法成形，铸型温度高，冷却速度慢，使晶粒尺寸更加粗大，因此铸件的强度特别是室温韧性差。为了解决铁素体不锈钢铸态组织晶粒粗大的问题，人们不断探索细化晶粒的方法。目前，生产和研究中细化晶粒的方法主要有电磁搅拌、二次冷却、添加稀土和Nb、Ti合金等，但是细化晶粒的效果有限，细化处理的同时往往会降低薄壁件钢液的充型能力。这些使得熔模铸造铁素体不锈钢薄壁件的晶粒细化成为一个难以解决的技术难题，严重地影响了铁素体不锈钢产品的质量及其推广应用。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂，以解决现有的细化晶粒的方法存在的效果有限，细化处理的同时往往会降低薄壁件钢液的充型能力的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]—种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂，所述细化剂为铁粉。
[0006]进一步的，所述细化剂为工业纯铁粉，其形状为近球形，其粒度为30目-50目，其纯度为Fe含量多98%。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种上述熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂的使用方法，能够细化铁素体不锈钢的晶粒，并获得近等轴晶组织，提高材料的力学性能和耐高温腐蚀性能。其技术方案如下:
[0008]—种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂的使用方法，包括以下步骤:
[0009](I)准备不锈钢液，采用熔模壳型铸铁素体不锈钢铸件；
[0010](2)根据恪模铸造的不锈钢液质量，确定细化剂加入量；
[0011](3)对细化剂进行烘干和预热处理；
[0012](4)在浇注铸件过程中将铁粉加入铸型；
[0013](5)将铸件清理后对铸件热处理。
[0014]进一步的，所述步骤(2)中，细化剂的加入量为不锈钢液质量的2% -6%。
[0015]进一步的，所述步骤(3)中，细化剂烘干和预热的温度为120°C _150°C。
[0016]进一步的，所述步骤(4)中，浇注过程中向不锈钢液中随流均匀加入。
[0017]进一步的，所述步骤(4)中，不锈钢液的浇注温度为1600°C -1650°C。
[0018]进一步的，所述步骤(5)中，热处理的方法是:对铸件进行800°C保温1.5h-2.5h再水冷。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]加入铁粉可以加快冷却速度，缩短凝固时间，提高形核率；带入外来晶核；改变凝固过程温度场，即降低钢液的过热度和铸型中钢液断面温度梯度。上述作用都有利于细化晶粒，促进生成等轴晶，提高材料的强度、韧性、耐腐蚀性、抗高温氧化性。又由于随流加入的铁粉是互相独立的近球形颗粒，不同于正常凝固中的树枝状晶，因此对钢液的流动性和充型能力不会造成太大影响，避免了晶粒细化与充型能力降低之间的矛盾。另外，通过控制铁粉的加入量和粒度，使铁粉充分熔合为铸件正常组织，不产生结合界面。铁粉来源丰富，成本低廉，加入过程简单易操作，细化效果好。实施后能提高铁素体不锈钢铸件的产品质量，降低废品率，提高企业的经济效益和市场竞争力，促进铁素体不锈钢的广泛应用。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023]I)合金液准备:在中频感应电炉中熔炼430不锈钢液，其成分为0.065wt % C，0.29wt% Si，0.67wt% Mn，0.023wt% P，0.012wt% S，16.19wt% Cr，0.1Owt% Ti。
[0024]2)铸型准备:采用熔模铸造浇铸壁厚为3_的铸件，浇注时壳型温度为800 °C。
[0025]3)细化剂准备:对粒度为40目的近球形雾化工业纯铁粉，按钢液质量的4%秤重，120 °C烘干和预热。
[0026]4)浇注和细化处理:浇注温度为1640°C ;在浇注过程中向不锈钢液中随流均匀加入。
[0027]5)清理后对铸件进行800°C保温1.5h水冷的热处理。
[0028]检测结果:与未加细化剂的铸件相比，
[0029]铁素体晶粒平均等效圆直径由521μπι减小为198μπι，圆形度由0.67增大到0.89 ο
[0030]延伸率、断面收缩率、冲击功基本相当，抗拉强度由458MPa提高到569MPa。
[0031]电化学侵蚀实验结果为:反映晶间腐蚀敏感度的循环伏安曲线特征值R(Ia/Ir)由14.55减小至IJ 4.45 ;在沸腾的50% H2S04+5.5g/L Fe2 (SO4) 3溶液中浸泡24h结果为:失重从4.29g减小至Ij 4.15g ;850°C空气氧化200h结果为:增重从9.16%减小到8.44% 0
[0032]实施例2
[0033]I)合金液准备:在中频感应电炉中熔炼430不锈钢液，其成分为0.07wt% C，
0.30wt% Si,0.63wt% Mn,0.021wt% P，0.021wt% S，17.35wt% Cr，0.llwt% Ti。
[0034]2)铸型准备:采用熔模铸造浇铸壁厚为3_的铸件，浇注时壳型温度为800 °C。
[0035]3)细化剂准备:对粒度为50目的近球形雾化工业纯铁粉，按钢液质量的2 %秤重，140 °C烘干和预热。
[0036]4)浇注和细化处理:浇注温度为1600°C。在浇注过程中向不锈钢液中随流均匀加入。
[0037]5)清理后对铸件进行800°C保温2h然后再水冷的热处理。
[0038]检测结果:与未加细化剂的铸件相比，
[0039]铁素体晶粒平均等效圆直径由521 μπι减小为201 μπι，圆形度由0.67增大到
0.87。
[0040]延伸率、断面收缩率、冲击功基本相当，抗拉强度由458MPa提高到567MPa。
[0041]电化学侵蚀实验结果为:反映晶间腐蚀敏感度的循环伏安曲线特征值R(Ia/Ir)由14.55减小至IJ 4.43 ;在沸腾的50% H2S04+5.5g/L Fe2 (SO4) 3溶液中浸泡24h结果为:失重从4.29g减小至Ij 4.20g ;850°C空气氧化200h结果为:增重从9.16%减小到8.25%。
[0042]实施例3
[0043]I)合金液准备:在中频感应电炉中熔炼430不锈钢液，其成分为0.054wt % C，
0.32wt% Si，0.60wt% Mn，0.019wt% P，0.015wt% S，16.50wt% Cr，0.09wt% Ti。
[0044]2)铸型准备:采用熔模铸造浇铸壁厚为3_的铸件，浇注时壳型温度为800 °C。
[0045]3)细化剂准备:对粒度为30目的近球形雾化工业纯铁粉，按钢液质量的6 %秤重，150 °C烘干和预热。
[0046]4)浇注和细化处理:浇注温度为1650°C。在浇注过程中向不锈钢液中随流均匀加入。
[0047]5)清理后对铸件进行800°C保温2.5h然后再水冷的热处理。
[0048]检测结果:与未加细化剂的铸件相比，
[0049]铁素体晶粒平均等效圆直径由521 μπι减小为191 μπι，圆形度由0.67增大到
0.86ο
[0050]延伸率、断面收缩率、冲击功基本相当，抗拉强度由458MPa提高到565MPa。
[0051]电化学侵蚀实验结果为:反映晶间腐蚀敏感度的循环伏安曲线特征值R(Ia/Ir)由14.55减小至IJ 4.56 ;在沸腾的50% H2S04+5.5g/L Fe2 (SO4) 3溶液中浸泡24h结果为:失重从4.29g减小至Ij 4.23g ;850°C空气氧化200h结果为:增重从9.16%减小到8.40%。
[0052]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂，其特征在于:所述细化剂为铁粉。2.如权利要求1所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂，其特征在于:所述细化剂为工业纯铁粉，其形状为近球形，其粒度为30目-50目，其纯度为Fe含量多98%。3.一种如权利要求1或2所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂的使用方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)准备不锈钢液，采用熔模壳型铸铁素体不锈钢铸件； (2)根据熔模铸造的不锈钢液质量，确定细化剂加入量； (3)对细化剂进行烘干和预热处理； (4)在浇注铸件过程中将铁粉加入铸型； (5)将铸件清理后对铸件热处理。4.如权利要求3所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化方法，其特征在于:所述步骤(2)中，细化剂的加入量为不锈钢液质量的2%-6%。5.如权利要求3所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化方法，其特征在于:所述步骤(3)中，细化剂烘干和预热的温度为120°C-150°C。6.如权利要求3所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化方法，其特征在于:所述步骤(4)中，浇注过程中向不锈钢液中随流均匀加入。7.如权利要求3所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化方法，其特征在于:所述步骤(4)中，不锈钢液的浇注温度为1600°C-1650°C。8.如权利要求3所述的熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化方法，其特征在于:所述步骤(5)中，热处理的方法是:对铸件进行800°C保温1.5h-2.5h再水冷。
【专利摘要】本发明公开了一种熔模铸造铁素体不锈钢晶粒细化剂及其使用方法，所述细化剂为工业纯铁粉，其形状为近球形，其粒度为30目-50目，其纯度为Fe含量≥98％。在熔模铸造浇注时定量地向不锈钢液中均匀地随流加入，可以细化铁素体不锈钢的晶粒，并获得近等轴晶组织，提高材料的力学性能和耐高温腐蚀性能。细化处理后能有效细化铁素体晶粒，促进生成等轴晶，提高材料的强度、韧性、耐腐蚀性、抗高温氧化性。对钢液的流动性和充型能力影响小。细化剂在铸型中与铸件充分熔合，来源丰富，成本低廉，加入过程简单易操作。
【IPC分类】B22C9/04, B22D27/20
【公开号】CN105033181
【申请号】CN201510364587
【发明人】盛晓波, 江坤华, 董寅生, 储成林, 郭超
【申请人】东南大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月26日