一种高镍奥氏体球墨铸铁及其生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高镍奥氏体球墨铸铁，其特征在于，所述奥氏体球墨铸铁包括以下重量百分数的化学成分：碳2.35～2.7％，硅1.75～2.0％，锰0.7～0.9％，磷小于等于0.05％，镍18～19.5％，铬1.75～1.9％，镁0.05～0.065％，余量为铁，其生产工艺包括以下步骤：配料准备、中频炉熔炼、取样分析、出水球化、孕育处理、固溶强化、时效处理。本发明通过合理的生产工艺，能够获得合格力学性能的铸件并适于长期稳定生产，通过固溶强化与时效处理的热处理方式，强化了基体组织，并增加其韧性，细化晶粒、消除偏析、降低了内应力，使组织和性能更加均匀，满足耐蚀，特别是耐海水腐蚀要求。
【专利说明】
一种高镍奥氏体球墨铸铁及其生产工艺
技术领域
[0001]本发明属于球墨铸铁领域，尤其涉及一种高镍奥氏体球墨铸铁及其生产工艺。
【背景技术】
[0002 ]奥氏体球墨铸铁是现今使用广泛的一种合金材料，它具有良好的腐蚀性、耐热性、 低温强度和机械性能，广泛使用于家庭用品，汽车配件，医疗器具，建材，化工、食品工业，农 业、船舶部件等。
[0003] 现有高镍奥氏体球墨铸铁存在的标准不统一，化学成分范围太宽，也无稳定生产 该材质的金相组织，不适用于长期稳定生产，化学成分中含有大量的促进碳化物元素，如 铬、锰等，铁水白口倾向很大，铁水流动性差，缩性大，如果工艺处理不当，极易获得脆性大、 碳化物超过30%的组织，球化等级不合格的铸件。因此，需要寻找一种可靠的能稳定获得合 格力学性能铸件的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种高镍奥氏体球墨铸铁 及其生产工艺，能够获得合格力学性能的铸件并适于长期稳定生产。
[0005] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] -种高镍奥氏体球墨铸铁，所述奥氏体球墨铸铁包括以下重量百分数的化学成 分:碳2.35~2.7%，硅1.75~2.0%，锰0.7~0.9%，磷小于等于0.05%，镍18~19.5%，铬 1.75~1.9%，镁0.05~0.065%，余量为铁。
[0007] 本发明还提供一种高镍奥氏体球墨铸铁生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：
[0008] (1)配料准备:按照以下重量份数比的组分准备配料:生铁150份、废钢320份、增碳 剂11.5份、镍板120份、微碳铬铁19.5份、锰铁8.5份、硅铁10份；
[0009] (2)中频炉熔炼:首先将生铁、废钢装入炉内，增碳剂加入到电炉中下部，待生铁、 废钢熔化后再加入镍板、微碳铬铁、锰铁、硅铁，其中镍板在熔炼后期加入，锰铁、硅铁在原 铁水分析后出水前最后加入；
[0010] (3)取样分析:铁水熔清后，温度达1460°C以上进行取样分析，按照铁水化学成分 要求进行调整，调整合格后，升温至1510°C，并在炉内加入硅、锰进行脱氧；
[0011] 其中，铁水化学成分为:碳2.55~2.80 %，硅小于等于0.4 %，锰小于等于0.05 %， 憐小于等于0.05%，银18~19%，络1.8~1.9%，硫小于等于0.02%，余量为铁；
[0012] (4)出水球化：当温度达到1540~1550°C时，进行出炉球化，球化剂采用镍镁合金， 加入量为0.75 %;
[0013] (5)孕育处理:采用三次孕育处理的方式，在浇注时采用采用硅锶孕育剂进行随流 孕育，其中随流孕育加入量为0.15%，粒度为0.8~1mm;
[0014] (6)固溶强化:对于孕育处理后的高镍合金化的奥氏体球墨铸铁在900°C以上采用 油淬来进行强化处理，升温梯度小于等于150°C/小时，在温度达到950°C后保温4小时，然后 进行油冷；
[0015] (7)时效处理:将固溶强化后的奥氏体球墨铸铁进行加热，升温梯度小于等于150 °C/小时，在温度达到635°C后保温2小时，并随炉冷却至200°C，然后进行空冷。
[0016] 进一步地，所述配料准备步骤中废钢采用纯净的冲压边角料，生铁采用南非高纯 生铁，且所有配料均无油污、无锈蚀，并保持干燥及清洁状态，使得铁液内含有微量的反球 化元素如铅、砷等，而又无稀土元素中和时，避免出现破碎状石墨。
[0017] 进一步地，所述中频炉熔炼步骤中添加覆盖剂进行覆盖熔炼，配合加快熔炼速度， 使得熔炼过程中减少铁液吸气，并防止炉料搭桥。
[0018] 进一步地，所述出水球化步骤中球化剂不含稀土，防止铁液中残留的稀土元素使 石墨成为块状。
[0019] 进一步地，所述出水球化步骤中镍镁合金由15~16 %的镁和80~85 %的镍组成， 镍镁合金的粒度为10~25目，提高球化效果。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 本发明通过合理的生产工艺，能够获得合格力学性能的铸件并适于长期稳定生 产，通过固溶强化与时效处理的热处理方式，强化了基体组织，并增加其韧性，细化晶粒、消 除偏析、降低了内应力，使组织和性能更加均匀，并使得奥氏体球墨铸铁的机械性能、基体 组织满足拉伸强度、屈服强度的要求。
【具体实施方式】
[0022] 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例 仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0023] 实施例1:
[0024] -种高镍奥氏体球墨铸铁，所述奥氏体球墨铸铁包括以下重量百分数的化学成 分:碳2.35%，硅 1.75%，锰 0.7%，磷0.05%，镍 18%，铬 1.75%，镁 0.05%，余量为铁。
[0025] 一种高镍奥氏体球墨铸铁生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
[0026] (1)配料准备:按照以下重量份数比的组分准备配料:生铁150份、废钢320份、增碳 剂11.5份、镍板120份、微碳铬铁19.5份、锰铁8.5份、硅铁10份；
[0027] (2)中频炉熔炼:首先将生铁、废钢装入炉内，增碳剂加入到电炉中下部，待生铁、 废钢熔化后再加入镍板、微碳铬铁、锰铁、硅铁，其中镍板在熔炼后期加入，锰铁、硅铁在原 铁水分析后出水前最后加入；
[0028] (3)取样分析:铁水熔清后，温度达1460°C以上进行取样分析，按照铁水化学成分 要求进行调整，调整合格后，升温至1510°C，并在炉内加入硅、锰进行脱氧；
[0029] 其中，铁水化学成分为：碳2.55%，硅0.4%，锰0.05%，磷0.05%，镍18%，铬 1.8%，硫0.02%，余量为铁；
[0030] (4)出水球化：当温度达到1540 °C时，进行出炉球化，球化剂采用镍镁合金，加入量 为 0.75%;
[0031] (5)孕育处理:采用三次孕育处理的方式，在浇注时采用采用硅锶孕育剂进行随流 孕育，其中随流孕育加入量为0.15%，粒度为0.8mm;
[0032] (6)固溶强化:对于孕育处理后的高镍合金化的奥氏体球墨铸铁在900°C以上采用 油淬来进行强化处理，升温梯度小于等于150°C/小时，在温度达到950°C后保温4小时，然后 进行油冷；
[0033] (7)时效处理:将固溶强化后的奥氏体球墨铸铁进行加热，升温梯度小于等于150 °C/小时，在温度达到635°C后保温2小时，并随炉冷却至200°C，然后进行空冷。
[0034] 其中，配料准备步骤中废钢采用纯净的冲压边角料，生铁采用南非高纯生铁，且所 有配料均无油污、无锈蚀，并保持干燥及清洁状态，使得铁液内含有微量的反球化元素如 铅、砷等，而又无稀土元素中和时，避免出现破碎状石墨，中频炉熔炼步骤中添加覆盖剂进 行覆盖熔炼，配合加快熔炼速度，使得熔炼过程中减少铁液吸气，并防止炉料搭桥，出水球 化步骤中球化剂不含稀土，防止铁液中残留的稀土元素使石墨成为块状，出水球化步骤中 镍镁合金由15 %的镁和85 %的镍组成，镍镁合金的粒度为10目，提高球化效果。
[0035] 本实施例得到的奥氏体球墨铸铁机械性能及基体组织如下表所示：
[0036]
[0037] 实施例2:
[0038] -种高镍奥氏体球墨铸铁，所述奥氏体球墨铸铁包括以下重量百分数的化学成 分:碳2.7%，硅2.0%，锰 0.9%，磷0.04%，镍 19.5%，铬 1.9%，镁0.065%，余量为铁。
[0039] -种高镍奥氏体球墨铸铁生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
[0040] (1)配料准备:按照以下重量份数比的组分准备配料:生铁150份、废钢320份、增碳 剂11.5份、镍板120份、微碳铬铁19.5份、锰铁8.5份、硅铁10份；
[0041] (2)中频炉熔炼:首先将生铁、废钢装入炉内，增碳剂加入到电炉中下部，待生铁、 废钢熔化后再加入镍板、微碳铬铁、锰铁、硅铁，其中镍板在熔炼后期加入，锰铁、硅铁在原 铁水分析后出水前最后加入；
[0042] (3)取样分析:铁水熔清后，温度达1460°C以上进行取样分析，按照铁水化学成分 要求进行调整，调整合格后，升温至1510°C，并在炉内加入硅、锰进行脱氧；
[0043] 其中，铁水化学成分为：碳2.80%，硅0.3%，锰0.04%，磷0.04%，镍19%，铬 1.9%，硫0.01%，余量为铁；
[0044] (4)出水球化:当温度达到1550 °C时，进行出炉球化，球化剂采用镍镁合金，加入量 为 0.75%;
[0045] (5)孕育处理:采用三次孕育处理的方式，在浇注时采用采用硅锶孕育剂进行随流 孕育，其中随流孕育加入量为0.15%，粒度为1mm;
[0046] (6)固溶强化:对于孕育处理后的高镍合金化的奥氏体球墨铸铁在900°C以上采用 油淬来进行强化处理，升温梯度小于等于150°C/小时，在温度达到950°C后保温4小时，然后 进行油冷；
[0047] (7)时效处理:将固溶强化后的奥氏体球墨铸铁进行加热，升温梯度小于等于150 °C/小时，在温度达到635°C后保温2小时，并随炉冷却至200°C，然后进行空冷。
[0048] 其中，配料准备步骤中废钢采用纯净的冲压边角料，生铁采用南非高纯生铁，且所 有配料均无油污、无锈蚀，并保持干燥及清洁状态，使得铁液内含有微量的反球化元素如 铅、砷等，而又无稀土元素中和时，避免出现破碎状石墨，中频炉熔炼步骤中添加覆盖剂进 行覆盖熔炼，配合加快熔炼速度，使得熔炼过程中减少铁液吸气，并防止炉料搭桥，出水球 化步骤中球化剂不含稀土，防止铁液中残留的稀土元素使石墨成为块状，出水球化步骤中 镍镁合金由16%的镁和84%的镍组成，镍镁合金的粒度为25目，提高球化效果。
[0049] 本实施例得到的奥氏体球墨铸铁机械性能及基体组织如下表所示：
[0050]
[0051 ] 实施例3:
[0052] 一种高镍奥氏体球墨铸铁，所述奥氏体球墨铸铁包括以下重量百分数的化学成 分:碳2.45%，硅 1.5%，锰 0.8%，磷0.03%，镍 18.5%，铬 1.85%，镁 0.06%，余量为铁。 [0053] 一种高镍奥氏体球墨铸铁生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
[0054] (1)配料准备:按照以下重量份数比的组分准备配料:生铁150份、废钢320份、增碳 剂11.5份、镍板120份、微碳铬铁19.5份、锰铁8.5份、硅铁10份；
[0055] (2)中频炉熔炼:首先将生铁、废钢装入炉内，增碳剂加入到电炉中下部，待生铁、 废钢熔化后再加入镍板、微碳铬铁、锰铁、硅铁，其中镍板在熔炼后期加入，锰铁、硅铁在原 铁水分析后出水前最后加入；
[0056] (3)取样分析:铁水熔清后，温度达1460°C以上进行取样分析，按照铁水化学成分 要求进行调整，调整合格后，升温至1510°C，并在炉内加入硅、锰进行脱氧；
[0057] 其中，铁水化学成分为：碳2.65%，硅0.2%，锰0.03%，磷0.03%，镍18.5%，铬 1.85%，硫0.01%，余量为铁；
[0058] (4)出水球化：当温度达到1545 °C时，进行出炉球化，球化剂采用镍镁合金，加入量 为 0.75%;
[0059] (5)孕育处理:采用三次孕育处理的方式，在浇注时采用采用硅锶孕育剂进行随流 孕育，其中随流孕育加入量为0.15%，粒度为0.9mm;
[0060] (6)固溶强化:对于孕育处理后的高镍合金化的奥氏体球墨铸铁在900°C以上采用 油淬来进行强化处理，升温梯度小于等于150°C/小时，在温度达到950°C后保温4小时，然后 进行油冷；
[0061] (7)时效处理:将固溶强化后的奥氏体球墨铸铁进行加热，升温梯度小于等于150 °C/小时，在温度达到635°C后保温2小时，并随炉冷却至200°C，然后进行空冷。
[0062] 其中，配料准备步骤中废钢采用纯净的冲压边角料，生铁采用南非高纯生铁，且所 有配料均无油污、无锈蚀，并保持干燥及清洁状态，使得铁液内含有微量的反球化元素如 铅、砷等，而又无稀土元素中和时，避免出现破碎状石墨，中频炉熔炼步骤中添加覆盖剂进 行覆盖熔炼，配合加快熔炼速度，使得熔炼过程中减少铁液吸气，并防止炉料搭桥，出水球 化步骤中球化剂不含稀土，防止铁液中残留的稀土元素使石墨成为块状，出水球化步骤中 镍镁合金由15.5 %的镁和84.5 %的镍组成，镍镁合金的粒度为20目，提高球化效果。
[0063] 本实施例得到的奥氏体球墨铸铁机械性能及基体组织如下表所示：
[0064]
[0065]本发明通过合理的生产工艺，能够获得合格力学性能的铸件并适于长期稳定生 产，通过固溶强化与时效处理的热处理方式，强化了基体组织，并增加其韧性，细化晶粒、消 除偏析、降低了内应力，使组织和性能更加均匀，并使得奥氏体球墨铸铁的机械性能、基体 组织满足拉伸强度、屈服强度的要求。
[0066]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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。
【主权项】
1. 一种高镍奥氏体球墨铸铁，其特征在于，所述奥氏体球墨铸铁包括以下重量百分数 的化学成分:碳2.35~2.7%，硅1.75~2.0%，锰O .7~0.9%，磷小于等于0.05%，镍18~ 19.5%，铬 1.75~1.9%，镁0.05~0.065%，余量为铁。2. -种如权利要求1所述的高镍奥氏体球墨铸铁生产工艺，其特征在于，所述生产工艺 包括以下步骤： (1) 配料准备：按照以下重量份数比的组分准备配料：生铁150份、废钢320份、增碳剂 11.5份、镍板120份、微碳铬铁19.5份、锰铁8.5份、硅铁10份； (2) 中频炉熔炼:首先将生铁、废钢装入炉内，增碳剂加入到电炉中下部，待生铁、废钢 恪化后再加入银板、微碳络铁、猛铁、娃铁，其中银板在恪炼后期加入，猛铁、娃铁在原铁水 分析后出水前最后加入； (3) 取样分析:铁水熔清后，温度达1460°C以上进行取样分析，按照铁水化学成分要求 进行调整，调整合格后，升温至1510°C，并在炉内加入硅、锰进行脱氧； 其中，铁水化学成分为:碳2.55~2.80 %，硅小于等于0.4 %，锰小于等于0.05 %，磷小 于等于0.05%，镍18~19%，铬1.8~1.9%，硫小于等于0.02%，余量为铁； (4) 出水球化：当温度达到1540~1550 °C时，进行出炉球化，球化剂采用镍镁合金，加入 量为0.75%; (5) 孕育处理：采用三次孕育处理的方式，在浇注时采用采用硅锶孕育剂进行随流孕 育，其中随流孕育加入量为0.15%，粒度为0.8~Imm; (6) 固溶强化:对于孕育处理后的高镍合金化的奥氏体球墨铸铁在900°C以上采用油淬 来进行强化处理，升温梯度小于等于150°C/小时，在温度达到950°C后保温4小时，然后进行 油冷； (7) 时效处理:将固溶强化后的奥氏体球墨铸铁进行加热，升温梯度小于等于150°C/小 时，在温度达到635°C后保温2小时，并随炉冷却至200°C，然后进行空冷。3. 根据权利要求2所述的一种高镍奥氏体球墨铸铁，其特征在于，所述配料准备步骤中 废钢采用纯净的冲压边角料，生铁采用南非高纯生铁，且所有配料均无油污、无锈蚀，并保 持干燥及清洁状态。4. 根据权利要求2所述的一种高镍奥氏体球墨铸铁，其特征在于，所述中频炉熔炼步骤 中添加覆盖剂进行覆盖熔炼。5. 根据权利要求2所述的一种高镍奥氏体球墨铸铁，其特征在于，所述出水球化步骤中 球化剂不含稀土。6. 根据权利要求2所述的一种高镍奥氏体球墨铸铁，其特征在于，所述出水球化步骤中 镍镁合金由15~16%的镁和80~85%的镍组成，镍镁合金的粒度为10~25目。
【文档编号】C21C1/10GK105950959SQ201610567296
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】薛继长, 汪国林
【申请人】安徽德宝压缩机有限公司