一种高强度厚大件球铁的熔炼方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，在中频感应电炉中加入废钢熔炼，再加入回炉料，待炉中铁液温度达到1500?1520℃时保温5?10min，同时进行调质处理，形成原铁水；将球化剂加入到球化包的球化反应坑内，再将孕育剂覆盖在球化剂上，最后将0矽钢片覆盖在孕育剂上；当原铁水温度达到1430?1460℃时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包中加入孕育剂，球化后形成终铁水；球化结束后，在10min内将终铁水在1320?1340℃的温度下浇注铸形，同时加入三次孕育剂，浇注后待铸件冷却至830?880℃开箱空冷，得到球铁珠光体。本发明的优点在于：该熔炼方法不仅能防止铁水中结晶形核的烧损，提高铁水质量，还能大幅度提高强度。
【专利说明】
一种高强度厚大件球铁的熔炼方法
技术领域
[0001] 本发明属于化学熔炼领域，特别涉及一种高强度厚大件球铁的熔炼方法。
【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。特别是厚大件球墨铸铁在材料市场上更是占有极其重要的地位， 随着装备制造业向大功率、大吨位、高强度的方向发展，球墨铸铁的单件质量从最初的几公 斤发展到如今的几十吨、上百吨，最大断面由最初的十几毫米发展到如今的1米多。
[0003] 厚大件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厚大件球墨铸铁时，存在以下缺点：1.铁液中容 易使石墨异质行核的微观固相质点严重烧损;2.-般厚大件球墨铸铁强度虽然达到了国标 中规定强度的合格标准，但仍然处于偏低的性能。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法 不仅能防止铁水中结晶形核的烧损，提尚铁水质量，还能大幅度提尚强度。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种高强度厚大件球铁的熔炼方法， 其创新点在于:所述熔炼方法按下述步骤进行： (1) 在中频感应电炉中加入28-32质量份的废钢熔炼，再加入68-72质量份的回炉料，待 卢中铁液温度达到1500-1520°C时保温5-10min，同时通过加入65锰铁0.3-0.4质量份、电解 铜0.2-0.3质量份和金属锡0.01-0.02质量份进行调质处理，将铁水化学成分调到符合原铁 水的标准； (2) 将0.8-1质量份的球化剂加入到球化包的球化反应坑内，再将0.2-0.4质量份的一 次孕育剂覆盖在球化剂上，最后将〇. 9-1.1质量份的矽钢片覆盖在一次孕育剂上； (3) 当原铁水温度达到1430-1460°C时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向 球化包中加入0.1-0.3质量份的二次孕育剂，球化反应时间控制在50-70S，球化后形成终铁 水； (4)球化结束后，在lOmin内将终铁水在1320-1340°C的温度下浇注铸形，同时加入三次 孕育剂，随铁水流一同流入铸型型腔，三次孕育剂的加入量为终铁水总量的〇. 12%，浇注后 待铸件冷却至830-880 °C开箱空冷，得到球铁珠光体。
[0006] 进一步地，所述废钢中各组成成分的质量分数分别为(：:0.020-0.030%^:0.30-0·40%，Μη:0·35-0·42 % ，P彡 0.03% ，S彡 0.01%，Cr:0.03-0.04%，Ti 彡0.05% ，V 彡 0.040%，余量为卩〇。
[0007]进一步地，所述球化剂是粒度为5-30mm的纪基重稀土复合球化剂，其各组成成分 的质量分数分别为Mg: 6-8%，Si : 42%-45%，Ca: 1 · 5-2 · 5%，RE0( Y): 2 · 5-3 · 5%，余量为Fe。
[0008] 进一步地，所述一次孕育剂和二次孕育剂是粒度为3-8mm的高钙钡孕育剂，其各组 成成分的质量分数分别为A1:0-1 · 5%，Si : 70-75%，Ca: 1 · 2-2 · 4%，Ba: 2 · 0-3 · 0%，余量为Fe。
[0009] 进一步地，所述三次孕育剂是粒度为0.2-0.7mm的硅钙钡孕育剂，其各组成成分的 质量分数分别为Si : 70%-75%，Ca: 1 · 0-2 · 0%，Ba: 3 · 0-5 · 0%，余量为Fe。
[0010] 进一步地，所述原铁水中各组成成分的质量分数分别为C:3.4~ 3.5%，Si:1.75~1.85%，Mn:0.6%~0.7%，P彡0.03%，S:0.020~0.030%，Cu: 0.7~0.8% ，Sn: 0 · 03-0 · 04%，余量为 Fe。
[0011] 进一步地，所述终铁水中各组成成分的质量分数分别为C:3.35~ 3·45%，Si:2·50~2·60%，Mn:0·6%~0·7%，P彡0·03%，S:0·010~0·018%，Mg:0·040~ 0.050%，Sn:0.03-0.04%，余量为Fe。
[0012]本发明的优点在于： (1) 与现有技术相比，本发明铁水在炉中的保温时间为5-10分钟，保温时间过长，容易 使铁液中有利于石墨异质行核的微观固相质点严重烧损，使铁水在凝固过程中石墨难以形 核，因而有效防止了铁水中结晶形核的烧损;本发明选用钇基重稀土复合球化剂，其特性抗 球化衰退、抗石墨畸变、抗球化干扰元素能力强，能有效解决由于厚大铸件凝固速度慢，石 墨球在液体环境下生长的时间较长容易产生畸变、球化衰退的现象，因而大大提高了厚大 件球铁的质量，还将合金元素加入量进行有效控制以获得较高的强度;此外，830-880°C开 箱空冷，加快铸件的冷却速度，促进奥氏体转变成珠光体，增加球铁的圆整度； (2) 本发明高强度厚大件球铁的熔炼方法，一次孕育剂和二次孕育剂选用高钙钡孕育 剂，钙可以提高孕育剂的孕育效果与钡元素可以产生叠加效果，钡有强烈的抗球化孕育衰 退的能力，厚大件在凝固的过程中减温慢凝固时间较长，容易出现球化孕育衰退的现象，固 选用高钙钡孕育剂;且本发明进行三次孕育，还有一次孕育是在浇注时通过硅钙钡孕育剂 进行的，进一步增加了铁水孕育的效果，防止球化衰退。
【具体实施方式】
[0013] 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。
[0014] 实施例1 本实施例高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行： (1) 在中频感应电炉中加入32质量份的废钢熔炼，废钢中各组成成分的质量分数分别 为C: 0.030%，Si: 0·40%，Μη: 0.42 % ，P:0.03% ，S:0.01% ，Cr: 0.04%，Ti:0.05% ，V : 0.040%，余量为Fe;再加入68质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1510°C时保温8min，同 时通过加入0.4质量份的65猛铁、0.2质量份的电解铜和0.01质量份金属锡进行调质处理， 形成原铁水，原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.5%，Si: 1.85%，Mn: 0.7%，P: 0.03%，S: 0.030%，Cu: 0.8%，Sn: 0.04%，余量为Fe; (2) 将0.8质量份粒度为20mm的纪基重稀土复合球化剂加入到球化包的球化反应坑内， 且球化剂各组成成分的质量分数分别为1 8:8%，3丨：45%，0&:2.5%，1^0(￥):3.5%，余量为 Fe;再将0.2质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，孕育剂各组成成分的质量 分数分别为Al: 1.5%，Si: 75%，Ca: 2.4%，Ba: 3.0%，余量为Fe，最后将0.9质量份的矽钢片 覆盖在孕育剂上； (3 )当原铁水温度达到1445 °C时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包 中加入0.3质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂，球化反应时间控制在60s，球化后形成终铁 水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.45%，Si: 2.60%，Mn: 0.7%，P:0.03%，S: 0.018%，Mg: 0.050%，Sn: 0.04%，余量为Fe; (4)球化结束后，在lOmin内将终铁水在1330°C的温度下浇注铸形，同时加入终铁水总 量的2%的0.5mm的硅钙钡孕育剂，硅钙钡孕育剂各组成成分的质量分数分别为Si: 75%，Ca: 1.0%，Ba: 3.0%，余量为Fe，且硅钙钡孕育剂随铁水流一同流入铸型型腔，浇注后待铸件冷却 至855 °C开箱空冷，得到球铁珠光体，其力学性能见表1。
[0015] 实施例2 本实施例高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行： (1) 在中频感应电炉中加入28质量份的废钢熔炼，废钢中各组成成分的质量分数分别 为C:0.020%，Si:0.30%，Mn:0.35% ，P:0.01% ，S:0.008% ，Cr:0.03%，Ti:0.03% ，V:0.0: 20%，余量为Fe;再加入72质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1510°C时保温8min，同时通 过加入0.3质量份的65猛铁、0.3质量份的电解铜和0.02质量份金属锡进行调质处理，形成 原铁水，原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.4%，Si : 1.75%，Mn: 0.6%，P: 0.01%，S: 0.020%，Cu: 0.7%，Sn:0.03%，余量为Fe; (2) 将1质量份粒度为20mm的钇基重稀土复合球化剂加入到球化包的球化反应坑内，且 球化剂各组成成分的质量分数分别为Mg: 6%，Si : 42%，Ca: 1.5%，REO( Y): 2.5%，余量为Fe;再 将0.4质量份粒度为5_的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，孕育剂各组成成分的质量分数分 别为A1:0.5%，Si : 70%，Ca: 1.2%，Ba: 2.0%，余量为Fe，最后将1.1质量份的矽钢片覆盖在孕育 剂上； (3 )当原铁水温度达到1445 °C时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包 中加入0.1质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂，球化反应时间控制在60s，球化后形成终铁 水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.35%，Si : 2.50%，Mn : 0.6%，P: 0.01%，S: 0 · 010%，Mg: 0 · 040%，Sn: 0 · 03%，余量为Fe; (4)球化结束后，在lOmin内将终铁水在1330°C的温度下浇注铸形，同时加入终铁水总 量的2%的0.5mm的硅钙钡孕育剂，硅钙钡孕育剂各组成成分的质量分数分别为Si : 70%，Ca: 2.0%，Ba: 5.0%，余量为Fe，且硅钙钡孕育剂随铁水流一同流入铸型型腔，浇注后待铸件冷 却至855°C开箱空冷，得到球铁珠光体，其力学性能见表1。
[0016] 实施例3 本实施例高强度厚大件球铁的熔炼方法，该熔炼方法按下述步骤进行： (1) 在中频感应电炉中加入30质量份的废钢熔炼，废钢中各组成成分的质量分数分别 为C:0.025%，Si:0.35%，Mn:0.39 % ，P:0.0:2% ，S: 0.0:09% ，Cr:0.035%，Ti :0.04% ，V : 0.030%，余量为Fe;再加入70质量份的回炉料，待卢中铁液温度达到1510°C时保温8min，同 时通过加入0.35质量份的65猛铁、0.25质量份的电解铜和0.015质量份金属锡进行调质处 理，形成原铁水，原铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.45%，Si : 1.8%，Mn: 0.65%，P: 0.0:2%，S:0.025%，Cu: 0.75%，Sn:0.035%，余量为Fe; (2) 将0.9质量份粒度为20mm的纪基重稀土复合球化剂加入到球化包的球化反应坑内， 且球化剂各组成成分的质量分数分别为Mg: 7%，Si : 44%，Ca: 2.0%，RE0(Y): 3.0%，余量为Fe; 再将〇. 3质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，孕育剂各组成成分的质量分数 分别为A1:1.0%，Si : 73%，Ca: 1.8%，Ba: 2.5%，余量为Fe，最后将1.0质量份的矽钢片覆盖在孕 育剂上； (3 )当原铁水温度达到1445 °C时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向球化包 中加入0.2质量份粒度为5mm的高钙钡孕育剂，球化反应时间控制在60s，球化后形成终铁 水，终铁水中各组成成分的质量分数分别为C: 3.4%，Si : 2.55%，Μη: 0.65%，P: 0.0 : 2%，S: 0 · 014%，Mg:0 · 045%，Sn: 0 · 035%，余量为Fe; (4)球化结束后，在lOmin内将终铁水在1330°C的温度下浇注铸形，同时加入终铁水总 量的2%的0.5mm的硅钙钡孕育剂，硅钙钡孕育剂各组成成分的质量分数分别为Si : 72%，Ca: 1.5%，Ba: 4.0%，余量为Fe，且硅钙钡孕育剂随铁水流一同流入铸型型腔，浇注后待铸件冷却 至855 °C开箱空冷，得到球铁珠光体，其力学性能见表1。
[0017]表1实施例1-3制得的厚大件球铁力学性能结果
由上表可以看出，本发明将原铁水与其他辅料进行合理配比，不仅能保证厚大件较强 的强度，还能提升延伸率，从而提高产品性能;其抗拉强度> 700 MPa，屈服强度> 400MPa。 [0018]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. 一种高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于:所述熔炼方法按下述步骤进行： (1) 在中频感应电炉中加入28-32质量份的废钢熔炼，再加入68-72质量份的回炉料，待 卢中铁液温度达到1500-1520°C时保温5-10min，同时通过加入65锰铁0.3-0.4质量份、电解 铜0.2-0.3质量份和金属锡0.01-0.02质量份进行调质处理，将铁水化学成分调到符合原铁 水的标准； (2) 将0.8-1质量份的球化剂加入到球化包的球化反应坑内，再将0.2-0.4质量份的一 次孕育剂覆盖在球化剂上，最后将〇. 9-1.1质量份的矽钢片覆盖在一次孕育剂上； (3) 当原铁水温度达到1430-1460°C时出炉到球化包中，待球化反应爆发开始时，再向 球化包中加入0.1-0.3质量份的二次孕育剂，球化反应时间控制在50-70s，球化后形成终铁 水； (4) 球化结束后，在IOmin内将终铁水在1320-1340°C的温度下浇注铸形，同时加入三次 孕育剂，随铁水流一同流入铸型型腔，三次孕育剂的加入量为终铁水总量的〇. 12%，浇注后 待铸件冷却至830-880 °C开箱空冷，得到球铁珠光体。2. 根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于:所述废钢中各组 成成分的质量分数分别为C: 0 · 020-0 · 030%，Si : 0 · 30-0 · 40%，Mn: 0 · 35-0 · 42%，P彡0 · 03%，S 彡0.01%，Cr:0.03-0.04%，Ti 彡0.05%，V 彡0.040%，余量为Fe。3. 根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于:所述球化剂是粒 度为5-30mm的钇基重稀土复合球化剂，其各组成成分的质量分数分别为1%:6-8%^:42%-45%，Ca: 1 · 5-2 · 5%，REO(Y): 2 · 5-3 · 5%，余量为Fe。4. 根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在于:所述一次孕育剂 和二次孕育剂是粒度为3_8mm的高钙钡孕育剂，其各组成成分的质量分数分别为41:0_ 1 · 5%，Si : 70-75%，Ca: 1 · 2-2 · 4%，Ba: 2 · 0-3 · 0%，余量为Fe。5. 根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，其特征在 于:所述三次孕育剂是粒度为〇. 2-0.7mm的硅钙钡孕育剂，其各组成成分的质量分数分 别为Si : 70%-75%，Ca: 1 · 0-2 · 0%，Ba: 3 · 0-5 · 0%，余量为Fe。6. 根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，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: 3.4~3.5%，Si : 1.75~1.85%，Mn:0.6%~0.7%，P彡 0.03%，S:0.020~0.030%，Cu: 0 · 7~0 · 8%，Sn: 0 · 03-0 · 04%，余量为Fe。7. 根据权利要求1所述的高强度厚大件球铁的熔炼方法，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: 3.35~3.45%， Si:2·50~2·60%，Mn:0·6%~0·7%，P彡0·03%，S:0·010~0·018%，Mg:0·040~0·050%， Sn: 0 · 03-0 · 04%，余量为 Fe。
【文档编号】C21C1/10GK105950954SQ201610320761
【公开日】2016年9月21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