專利名稱：一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵的生產(chǎn)方法，屬鐵——碳合金，具體地說(shuō)是一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法。主要適用于制造低溫環(huán)境下使用的汽車(chē)和工程機(jī)械的重要高強(qiáng)度零件。

背景技術(shù)：
球墨鑄鐵主要是通過(guò)鎂或鎂合金做球化劑使大部分碳成為球狀石墨的形式存在。目前，球墨鑄鐵已得到了廣泛的應(yīng)用。但因應(yīng)用領(lǐng)域不同，對(duì)其性能的要求也不同，使其生產(chǎn)方法也有所不同。目前，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)牌號(hào)QT400-18和QT400-18L的球墨鑄鐵規(guī)定了沖擊值和低溫沖擊值要求(如表1所示)，而對(duì)牌號(hào)QT450-10球墨鑄鐵的材質(zhì)，由于要求比較高的強(qiáng)度，韌性相對(duì)就要降低，特別是低溫下的韌性會(huì)更低，所以國(guó)內(nèi)外的所有球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)對(duì)牌號(hào)QT450-10均未規(guī)定低溫沖擊性能要求。根據(jù)收集到的資料，目前QT450-10牌號(hào)在滿足抗拉強(qiáng)度≥450Mpa時(shí)，其-20℃時(shí)V型缺口試樣的沖擊功平均在6J(相當(dāng)于沖擊韌性7.5J/cm2)左右。顯然，牌號(hào)QT450-10球墨鑄鐵，在較低溫度下，就低溫沖擊韌度性能而言，其強(qiáng)度則達(dá)不到在低溫下應(yīng)用的要求。
表1牌號(hào)QT400-18球墨鑄鐵V型缺口試樣沖擊值


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，通過(guò)對(duì)牌號(hào)QT450-10球墨鑄鐵生產(chǎn)方法的改進(jìn)，添加Cu，使其強(qiáng)度性能達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/T1348-1988中牌號(hào)QT450-10球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，-20℃下V型缺口試樣的沖擊性能提升到達(dá)到或超過(guò)牌號(hào)QT400-18L的要求。其目標(biāo)值如表2所列 表2改進(jìn)后的牌號(hào)QT450-10球墨鑄鐵的力學(xué)性能 和V型缺口試樣低溫沖擊目標(biāo)值
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，由以下步驟生產(chǎn)包括備料工序、熔煉工序、脫硫工序、鐵液成分調(diào)整工序、球化處理工序、Y型試塊造型及試樣制備工序、機(jī)械性能與金相試驗(yàn)工序，其特征在于 所述的備料工序中，原生鐵、廢鋼、回爐鐵按重量百分比配比，其中原生鐵占30％-70％，廢鋼占10％-20％，回爐鐵占10％-60％；其它添加料按以上原生鐵、廢鋼、回爐鐵總重量的百分比加入，其中球化劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1.6％-2.0％，孕育劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的0.4％-0.6％，脫硫劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1.2％-1.8％，增碳劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1％-3％。
所述的熔煉工序是采用中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液，一次裝料1.6-2.0噸，按原生鐵、回爐鐵、廢鋼的次序依次裝入，加入廢鋼的作用主要是調(diào)整成分，加熱熔化后，升溫至1510-1530℃時(shí)，靜止3-5分鐘，扒凈鐵液面上的熔渣，進(jìn)行碳當(dāng)量分析，并澆注光譜分析試塊。
所述的脫硫工序是采用3噸的鐵液包，首先將鐵液包燙熱、燙透，至鐵液包內(nèi)溫度高于800℃時(shí)，倒入中頻感應(yīng)電爐熔內(nèi)的鐵液1.4-1.5噸，吊上脫硫攪拌裝置，蓋在鐵液包口上，并蓋嚴(yán)，從脫硫攪拌裝置的加料孔內(nèi)加入1％的深度脫硫劑，攪拌5分鐘，再吊起脫硫攪拌裝置，扒凈鐵液面上的熔渣，并測(cè)溫，澆注光譜分析試塊，分析硫含量，以確定脫硫率，接著將鐵液包內(nèi)的鐵液全部倒回中頻感應(yīng)電爐。
所述的鐵液成分調(diào)整工序，當(dāng)已脫硫的鐵液倒入中頻感應(yīng)電爐后，立即加熱升溫，待與中頻感應(yīng)電爐爐內(nèi)的殘存鐵液混合3-5分鐘，即混合均勻后，立即澆注光譜分析試塊和碳當(dāng)量分析樣杯，根據(jù)光譜分析和碳當(dāng)量分析的結(jié)果，對(duì)鐵液成分進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)碳含量低時(shí)，用增碳劑增碳，使碳含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的3.5％-3.9％的要求范圍；當(dāng)硅含量高時(shí)，加廢鋼降硅，使硅含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的1.8％-2.5％的要求范圍；在鐵液化學(xué)成分分析報(bào)告未出來(lái)之前，鐵液在1350℃-1400℃下保持一段時(shí)間，試驗(yàn)表明，在該溫度區(qū)域內(nèi)，碳、硅基本不燒增，同時(shí)，當(dāng)銅含量達(dá)不到要求時(shí)，要加入少量廢銅，使銅含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的0.15％-0.50％的要求范圍；另外，還要使Mn含量占該球墨鑄鐵材質(zhì)的比例≤0.20％，P含量≤0.05％，S含量≤0.015，Mg含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的0.03-0.06％，Re含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的0.01％-0.03％。等待分析結(jié)果，成分調(diào)整結(jié)束后，即快速升溫至1500℃-1520℃，在此溫度下保持并扒渣，扒凈渣后靜置3-5分鐘，并澆注光譜分析試塊和進(jìn)行碳當(dāng)量分析，對(duì)調(diào)整結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，直至使該球墨鑄鐵材質(zhì)的化學(xué)成分重量百分比為C 3.5％-3.9％，Si1.8％-2.5％，Mn≤0.20％，P≤0.05％，S≤0.015，Mg 0.03-0.06％，Re0.01％-0.03％，Ti≤0.055％，Cu 0.15％-0.50％，余量為Fe(還有極少量微量元素，不作考慮，僅記作余量為Fe，以下同)。
所述的球化處理工序，球化包是用1000kg堤壩式球化蓋包，堤壩的高度以保證球化材料加入后低于壩高為宜，球化包內(nèi)溫度不得低于800℃；處理溫度為1520℃±10℃，處理溫度過(guò)高吸收率低，處理溫度過(guò)低則燒結(jié)溫度難以保證；處理要求是要嚴(yán)格掌握出鐵速度，以鐵液完全覆蓋住進(jìn)鐵液孔、鎂光不外泄為宜；球化反應(yīng)結(jié)束以包蓋進(jìn)鐵液孔不出現(xiàn)鎂光為標(biāo)志，要待反應(yīng)完全結(jié)束才能打開(kāi)包蓋，如打開(kāi)包蓋后鐵液仍在沸騰并有鎂光時(shí)，一定要等鐵液表面平靜后才能進(jìn)行扒渣，撒集渣劑、攪拌、扒渣，至少要重復(fù)進(jìn)行3次。扒渣干凈后，在鐵液面上撒上一層集渣劑，蓋上包蓋，吊運(yùn)至澆注處。
所述的Y型試塊造型及試樣制備工序，是按本公司制定的HJ/QM1039III(A版)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，Y型試塊的尺寸按ASTM A536-93標(biāo)準(zhǔn)，首先澆注Y型試塊，在每球化包鐵液前、中、后期各澆注A＝25mm標(biāo)準(zhǔn)單鑄試塊2塊，然后再澆注驗(yàn)證鑄件，每球化包后期鐵液澆注左、右支架鑄件各3箱，澆注溫度為1360-1400℃，并采用隨流瞬時(shí)孕育進(jìn)行瞬時(shí)孕育，孕育劑加入量為0.10-0.15％，從球化反應(yīng)結(jié)束至全包鐵液澆注完控制在8分鐘以內(nèi)。
所述的機(jī)械性能與金相試驗(yàn)工序，包括拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn)和超聲波球化率檢測(cè)，其中，拉伸試驗(yàn)按ASTM A536-93和ASTM E8標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；沖擊試驗(yàn)按ASTM A327-97和ES64777標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；硬度試驗(yàn)按荷載3000kg，球徑φ10mm，保荷30秒的通用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行；金相試驗(yàn)按ASTM A247和ASTM E10標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；超聲波球化率檢測(cè)用金相試塊作超聲波球化率檢測(cè)，是用從Y型試塊端頭切取的金相試塊作超聲波球化率檢測(cè)(用美國(guó)產(chǎn)VX超聲波球化率檢測(cè)儀，其聲速值與球化率相對(duì)應(yīng)，故該處敘述用球化率，下同)，求出與球化率90％相對(duì)應(yīng)的聲速值作為評(píng)判球化率是否滿足要求的界定值。
本發(fā)明還通過(guò)如下措施實(shí)施 所述的原生鐵是采用山西省生產(chǎn)的高純生鐵，其主要成分的重量百分比為C 4.08％，Si 1.02％，Mn 0.22％，P 0.03％，S 0.021％，Ti 0.035％，其余微量元素有Sc、Sn、B、Zn、Pb、Sb、Bi、Se、As，含量均小于0.0005％，Cu、Al、Ni、Cr，含量均小于0.005％，V＝0.017％，余量為Fe。
所述的廢鋼是采用優(yōu)質(zhì)中低碳廢鋼，使用前需經(jīng)除銹處理。
所述的回爐鐵是同牌號(hào)QT450-10的報(bào)廢產(chǎn)品及澆注系統(tǒng)。
所述的球化劑為低Re、低Mg合金，由南京浦江合金廠生產(chǎn)，其化學(xué)成分如下表3 表3南京浦江合金廠生產(chǎn)的球化劑化學(xué)成分表
從表3可以看出ω(Re)的含量?jī)H有1.15％，ω(Mg)的含量?jī)H有5.65％，含量均較低，有利于提高球化率。
所述的孕育劑為硅鋇合金，為長(zhǎng)效一次孕育劑，瞬時(shí)孕育采用專用Si-Bi高效隨流孕育劑，由曲阜鑄造材料廠生產(chǎn)。所述的孕育劑主要指標(biāo)規(guī)格如下表4 表4硅鋇孕育劑主要指標(biāo)規(guī)格表
此孕育劑，與低Re、低Mg合金球化劑共同應(yīng)用，使球化率達(dá)到90％以上，檢測(cè)結(jié)果表明，與美國(guó)ASTM A247金相標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，有相當(dāng)數(shù)量的試樣球化率已高于95％，即達(dá)到國(guó)標(biāo)的球化率等級(jí)1級(jí)，而且通過(guò)對(duì)所有樣件本體使用超聲波聲速儀逐件檢測(cè)表明，球化率均≥90％。
所述的脫硫劑，是深度脫硫劑，其主要成分百分比含量為CaO 35％-50％，CaC235％-40％，規(guī)格＜5mm，由煙臺(tái)盛利達(dá)公司生產(chǎn)。
所述的增碳劑、覆蓋劑和集渣劑，均為現(xiàn)有材料。
以上成分含量的配比理論依據(jù)是由于Mn、P對(duì)鑄態(tài)鐵素體球鐵的有害影響，特別是對(duì)低溫沖擊性能的影響是顯著的，所以其含量應(yīng)是愈低愈好。關(guān)于Mn對(duì)低溫沖擊性能的影響，經(jīng)試驗(yàn)可知，在其它成分都符合要求的情況下，當(dāng)ω(Mn)含量達(dá)到0.27％時(shí)，-20℃時(shí)的沖擊韌度只有7.51J，因此確定含量ω(Mn)≤0.20％，ω(P)≤0.05％；C元素，提高含C量(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于3.2％范圍)，可以提高沖擊值；在含Si量低的條件下，隨著C含量增加，碳當(dāng)量提高，可以減小收縮缺陷，而獲得健全鑄件，確定ω(C)含量為3.5％～3.9％；S元素，S是反石墨化元素，屬于有害雜質(zhì)，降低原鐵液含S量是確保球化處理成功的前提，也是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的基礎(chǔ)，因此對(duì)于要求高的球鐵鑄件，原鐵液必須經(jīng)過(guò)脫硫，但含S量過(guò)低時(shí)也有不利的一面，即降低低溫沖擊值，所以確定ω(S)含量的范圍為≤0.015％；Si元素，Si提高球墨鑄鐵的σb、σ0.2和HB，同時(shí)也使塑性降低，特別是對(duì)具有低溫沖擊性能要求的球墨鑄鐵件尤為重要，對(duì)于低Mn鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵來(lái)說(shuō)，增加含Si量會(huì)使沖擊值明顯降低，Si使球墨鑄鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。試驗(yàn)表明，當(dāng)ω(Si)含量在2.60％以上時(shí)，常溫下的延伸率穩(wěn)定達(dá)到20％以上，最高可達(dá)到27.55％，但-20℃時(shí)的沖擊值卻較低，當(dāng)ω(Si)含量降到2.2％以下時(shí)，強(qiáng)度稍有降低，-20℃時(shí)沖擊值提高將近一倍，為此，確定ω(Si)含量為1.8％-2.5％；Mg含量，盡管S含量已控制得很低，Mg含量相應(yīng)可以控制得低一些，但由于選擇的是高C含量，為保證球化所需的殘余Mg含量相應(yīng)要高一些，所以確定ω(Mg)含量為0.03％-0.06％；Re含量，Re有抵消干擾元素對(duì)球化不良影響的作用，當(dāng)使用高純?cè)牧蠒r(shí)，這一點(diǎn)已顯得不太重要，二是稀土元素(主要是Ce)易形成團(tuán)狀和團(tuán)片狀石墨、影響石墨球的圓整度的負(fù)面作用，所以Re殘量盡量低些，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定ω(Re)含量為0.01％-0.03％；其微量元素中的Ni元素對(duì)強(qiáng)度和低溫沖擊性能是雙向的，即既可提高球鐵的強(qiáng)度又可提高沖擊性能，但Ni價(jià)格高，會(huì)導(dǎo)致鑄件成本較大幅度提高，而廢Cu的價(jià)格只是Ni的1/5～1/6，廢銅的來(lái)源又比較廣泛，而廢Ni卻很少，Ni的熔點(diǎn)高達(dá)1453℃，而Cu的熔點(diǎn)只有1083℃，Cu在合金化處理時(shí)相對(duì)容易，而且基本上能滿足強(qiáng)度和韌性兩方面的要求。Cu與Ni相比在強(qiáng)化基體提高強(qiáng)度方面來(lái)說(shuō)，兩者是一致的，而對(duì)沖擊性能來(lái)說(shuō)Cu與Ni相反，隨著含Cu量的增加，球墨鑄鐵的冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，沖擊性能ak下降，試驗(yàn)表明，從含Cu量在0.21％以下時(shí)，-20℃時(shí)的沖擊性能可以達(dá)到將近17j/cm2，而且在此溫度往上一直到100℃，此值幾乎不變，往下至-40℃仍可以達(dá)到近11J/cm2，因此，要滿足D450-10牌號(hào)-20℃平均12J/cm2、三個(gè)試樣一件不小于9J/cm2的要求還是有余地的。同時(shí)考慮到，在鐵液純凈的情況下，加Cu可改善石墨球的形狀和增加石墨球數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，最后確定加Cu。Cu的加入量，試驗(yàn)表明，在鐵液含Cu小于0.15％時(shí)，在-20℃條件下的低溫沖擊性能能滿足要球，但抗拉強(qiáng)度卻較低，達(dá)不到要求；在鐵液含Cu在0.3％-0.5％時(shí)，常溫下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率都沒(méi)有問(wèn)題，而在-20℃條件下的低溫沖擊性能卻有所下降，但在10J/cm2以上。因此當(dāng)確定加Cu 0.15％-0.50％時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明所有試塊和切取的本體試樣強(qiáng)度、延伸率和-20℃低溫沖擊韌度都達(dá)到了要求，其中，延伸率達(dá)到了20％以上，而且最低的-20℃沖擊韌度也達(dá)到了11J/cm2。
所述的機(jī)械性能與金相試驗(yàn)工序中的硬度試驗(yàn)，其硬度值檢測(cè)，是Y型試塊和鑄件本體檢測(cè)，Y型試塊為BHN＝163，鑄件本體BHN＝161；其超聲波球化率檢測(cè)，是通過(guò)對(duì)62件鑄件本體的逐件檢測(cè)，最高的聲速為5725m/s，最低的為5619m/s，平均聲速V＝5660m/s，通過(guò)對(duì)一件末期澆注的Y型試塊的聲速檢測(cè)，其聲速V＝5610m/s，用金相圖譜儀評(píng)定對(duì)應(yīng)部位的球化率為92.31％，故確定V＝5600m/s為90％球化率的對(duì)應(yīng)聲速值，即聲速超過(guò)5600m/s的件球化率＞90％，反之球化率＜90％。由此可以得出結(jié)論，逐件檢測(cè)的這62件鑄件球化率均達(dá)到并超過(guò)90％，達(dá)到了球化率升級(jí)的要求。以下表5中所列為62件鑄件各件的聲速值。
表562件鑄件各件的聲速值測(cè)試表 本發(fā)明的有益效果在于與目前使用的球墨鑄鐵生產(chǎn)方法相比，由于使用高純生鐵和低Re、低Mg球化劑，以及專用孕育劑，控制化學(xué)成分為高C，低Si、Mn、P、S，采取瞬時(shí)孕育措施，使球化級(jí)別穩(wěn)定達(dá)到了90％以上(相當(dāng)于球化率≥90％)；由于通過(guò)加入少量的Cu 0.15-0.50％，原鐵水Si高時(shí)，Cu取低值，原鐵水Si低時(shí)，Cu取高值，可以獲得一種相當(dāng)于牌號(hào)DT450-10球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度和相當(dāng)于牌號(hào)QT400-18L球墨鑄鐵低溫沖擊性能的球墨鑄鐵。該球墨鑄鐵在確保低溫沖擊性能的前提下，提高了強(qiáng)度，滿足了該牌號(hào)既有較高的低溫沖擊性能，又有較高常溫強(qiáng)度的要求。球化級(jí)別和低溫沖擊值的提高，可廣泛適用于制造低溫環(huán)境下使用的汽車(chē)、機(jī)車(chē)、風(fēng)機(jī)和工程機(jī)械的重要高強(qiáng)度鑄件和疲勞強(qiáng)度有嚴(yán)格要求的鑄件。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例 一、原材料準(zhǔn)備 1、原生鐵采用從山西省購(gòu)進(jìn)的高純生鐵。
2、廢鋼采用優(yōu)質(zhì)中低碳廢鋼，使用前必須經(jīng)過(guò)除銹處理。
3、球化劑采用南京浦江合金廠生產(chǎn)的低Re低Mg合金。
4、孕育劑包內(nèi)孕育采用曲阜鑄造材料廠生產(chǎn)的硅鋇合金。
5、脫硫劑采用煙臺(tái)盛利達(dá)公司生產(chǎn)的深度脫硫劑。
6、增碳劑、覆蓋劑、集渣劑采用現(xiàn)有材料。
二、材質(zhì)要求牌號(hào)QT450-10。
三、所達(dá)到的化學(xué)成分ω(％) C 3.5～3.9％，Si 1.8％～2.5％，Mn≤0.2％，P≤0.05％，S≤0.015％，Mg0.03～0.06％，Re 0.01～0.03％，，Ti≤0.055％，Cu 0.15-0.50％，余量為T(mén)e。
四、所達(dá)到的機(jī)械性能 бb≥450Mpa，σ0.2≥310Mpa，δ≥10％，-20℃±2℃時(shí)Akv值三次試驗(yàn)平均值≥9J，其中1件最小值不得低于7.2J，HB 160-210。
五、所達(dá)到的金相 1、石墨I(xiàn)型+II型≥90％(即球化率≥90％或球化等級(jí)≥2級(jí))；石墨大小6～8級(jí)。
2、基體鐵素體≥75％，不得有游離滲碳體和磷共晶。
六、具體實(shí)施方案 用2t電爐單熔工藝，除澆注試塊外，剩余鐵液相間澆注同材質(zhì)鑄件。球化劑、孕育劑相互搭配按下表6 表6球化劑、孕育劑試驗(yàn)搭配表 七、操作步驟 1、鐵液熔煉 a、采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，一次裝料2t。
b、爐料配比(％)原生鐵50％～60％，回爐鐵(首爐用三通管廢件和它的澆冒系統(tǒng)，使用前需經(jīng)清理)25％～40％，廢鋼10～15％。
c、熔煉按原生鐵、回爐料、廢鋼次序裝料，加廢鋼主要用于調(diào)整成分。鐵料熔化，升溫至1520℃±10℃時(shí)，稍停3～5分鐘，將鐵液面上的熔渣扒凈，進(jìn)行碳當(dāng)量分析并澆注光譜分析試塊。
2、脫硫 a、脫硫裝置用現(xiàn)有的3t鐵液包和脫硫攪拌專用裝置。
b、燙包將包燙熱、燙透，包內(nèi)溫度不低于800℃(用測(cè)溫槍測(cè)量)。
c、脫硫出鐵1.5～1.8t(根據(jù)攪拌塊浸入鐵液的位置確定)，吊上脫硫裝置并蓋嚴(yán)，從脫硫裝置的加料孔內(nèi)加入1％的深度脫硫劑，攪拌5分鐘吊起脫硫裝置，將渣扒凈并測(cè)溫，澆注光譜分析試塊(僅要求分析硫含量以確定脫硫率)，接著將包內(nèi)鐵液全部倒回電爐。
3、鐵液成分調(diào)整 已脫硫的鐵液倒入電爐后即可升溫，待與爐內(nèi)殘存鐵液均勻后，以時(shí)間計(jì)3～5分鐘，立即澆注光譜分析試塊和碳當(dāng)量分析樣杯，根據(jù)光譜分析和碳當(dāng)量分析結(jié)果，對(duì)鐵液成分進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)碳含量低時(shí)，用增碳劑增碳，當(dāng)硅含量高時(shí)加廢鋼降硅。在鐵液化學(xué)成分報(bào)告未出來(lái)之前，鐵液升溫盡量慢一點(diǎn)，必要時(shí)可以在1350～1400℃下保持一段時(shí)間，在該溫度區(qū)域碳、硅基本不燒增，以等待分析結(jié)果，一旦成分調(diào)整結(jié)束，即快速升溫至1510℃±10℃，在此溫度下保持并扒渣，扒凈渣后靜止3～5分鐘，并澆注光譜分析試塊和進(jìn)行碳當(dāng)量分析，以對(duì)調(diào)整結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如調(diào)整未達(dá)到預(yù)期結(jié)果，需繼續(xù)調(diào)整直至符合要求。
4、球化處理 a、球化包用1000kg堤壩式球化蓋包，堤壩應(yīng)有足夠高度，保證球化材料加入后低于壩高，包內(nèi)溫度不得低于800℃。通過(guò)在包內(nèi)加入少量的銅，調(diào)整使銅含量達(dá)到包內(nèi)原鐵液總重量的0.15％-0.20％。
b、裝料 裝料次序球化劑→硅鋇孕育劑→廢銅→覆蓋劑→球鐵切屑。
塊度要求球化劑5～20mm，硅鋇孕育劑3～6mm。
裝料要求①所有球化材料需經(jīng)烘烤，以去除水分，但烘烤溫度不得過(guò)高，以防氧化。對(duì)球鐵切屑要求必須是鐵素體基的球鐵件切屑，要盡量挑選干凈的，絕對(duì)避免使用帶銹切屑，使用前亦需經(jīng)烘烤以去水、去油。②嚴(yán)格按次序裝料，層層沖實(shí)，球鐵切屑必須將下面的料覆蓋嚴(yán)密，不得有合金外露。③裝料結(jié)束應(yīng)立即進(jìn)行球化處理，防止球化材料在包內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而氧化。
c、球化處理與扒渣 處理溫度1520℃±10℃，過(guò)高的處理溫度吸收率低，過(guò)低則澆注溫度難以保證。
處理要求要嚴(yán)格掌握出鐵速度，以鐵液完全覆蓋住進(jìn)鐵液孔、鎂光不外泄為好。球化反應(yīng)結(jié)束以包蓋進(jìn)鐵液孔不出現(xiàn)鎂光為標(biāo)志，要待反應(yīng)完全結(jié)束才能打開(kāi)包蓋，如打開(kāi)包蓋后鐵液仍在沸騰并有鎂光時(shí)，一定要等鐵液表面平靜后才能進(jìn)行扒渣，撒集渣劑、攪拌、扒渣至少要重復(fù)進(jìn)行3次。渣扒干凈后，在鐵液面上撒上一層集渣劑，蓋上包蓋，吊運(yùn)至澆注處。
5、Y型試塊造型 用與汽車(chē)件造型相同的型砂造型，要求砂型硬度不低于80。
澆注 澆注Y型試塊每球化包鐵液前、中、后期各澆注A＝25mm標(biāo)準(zhǔn)單鑄塊2塊。(試塊與其它同材質(zhì)鑄件相間澆注)，Y型試塊尺寸按ASTM塊2塊。(試塊與其它同材質(zhì)鑄件相間澆注)，Y型試塊尺寸按ASTM A536-93標(biāo)準(zhǔn)。
澆注鑄件；每球化包后期鐵液澆注驗(yàn)證鑄件各3箱，作本體和試塊對(duì)比用。
澆注溫度1360～1400℃。
6、瞬時(shí)孕育采用隨流瞬時(shí)孕育，孕育劑加入量0.10％～0.15％。
總的澆注時(shí)間從球化反應(yīng)結(jié)束至全包鐵液澆注完最長(zhǎng)不超過(guò)8分鐘。
7、試樣制備在Y型線塊上切取拉伸試棒、沖擊試塊和金相試塊。
8、機(jī)械性能與金相試驗(yàn) a、拉伸試驗(yàn)按ASTMA536-93和ASTM E8標(biāo)準(zhǔn)。
b、沖擊試驗(yàn)按ASTM A327-97和ES64777標(biāo)準(zhǔn)。
c、硬度試驗(yàn)按荷載3000kg，球徑φ10mm，保荷30秒的通用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。
d、金相試驗(yàn)按ASTM A247和ASTM E10標(biāo)準(zhǔn)。
e、超聲波球化率檢測(cè)用金相試塊作超聲波球化率檢測(cè)，求出球化率與聲速的對(duì)應(yīng)值。
八、試驗(yàn)過(guò)程及分析 1、第一爐次試驗(yàn) a、試驗(yàn)按操作步驟七進(jìn)行； b、依次投料先投原生鐵1000kg，增碳劑10kg，同時(shí)送電830KW；再逐步投回爐鐵700kg，直至投完；再逐步投廢鋼300kg，直至投完； c、測(cè)溫測(cè)溫1519℃時(shí)，澆注CE和光譜試塊 CECE1 C3.87％，Si 1.32％，CE2 4.31％光譜試塊C 3.72％，Si1.42％，Mn 0.19％，S 0.017％，P 0.034％ d、脫硫爐內(nèi)測(cè)溫1520℃時(shí)，出鐵1400kg，加脫硫劑14kg，脫硫包內(nèi)測(cè)溫1490℃時(shí)，開(kāi)始脫硫，脫硫5分鐘，脫硫后測(cè)溫1361℃，包內(nèi)澆光譜試塊C3.64％，Si 1.41％，Mn 0.19％，S 0.009％，P 0.034％； e、升溫調(diào)質(zhì)鐵液返回爐內(nèi)，開(kāi)始升溫，測(cè)溫1402℃時(shí)，澆注CECE1 4.22％，C 3.79％，Si 1.3％，CE2 4.22％；加3kg增碳劑，升溫，燙球化包后鐵液倒回爐內(nèi)測(cè)溫1475℃，接著升溫1508℃，澆光譜試塊和測(cè)CECE1 4.31％，C3.88％，Si 1.29％，CE2 4.31％；光譜試塊C 3.83％，Si 1.40％，Mn 0.18％，S 0.011％，P 0.033％； f、球化處理球化包內(nèi)加銅1.5Kg；測(cè)溫1524℃時(shí)，開(kāi)始球化處理，溫度1448℃時(shí)接著澆光譜試塊。
f、澆注澆注完后，測(cè)末了澆注溫度1342℃，澆注光譜試塊和金相試塊。
g、第二球化包第一包處理完，剩余鐵液爐內(nèi)保持(保持溫度功率89KW)，測(cè)溫，測(cè)溫1531℃時(shí)澆CECE1 4.26％，C 3.77％，Si 1.51％，CE2 4.27％；測(cè)溫1528℃時(shí)球化處理，扒渣后測(cè)溫1442℃，澆完并測(cè)溫1344℃，澆注光譜試塊。光譜分析結(jié)果見(jiàn)表7，機(jī)械性能和金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。
表7第一爐次試驗(yàn)光譜分析結(jié)果
表8第一爐次試驗(yàn)機(jī)械性能和金相分析結(jié)果
2、第二爐次試驗(yàn) a、要求和步驟同第一爐。配料稍作調(diào)整，增加加銅含量； b、依次投料投料順序同第一爐原生鐵1080kg， 回爐鐵360kg，(自身回爐料)，廢鋼360kg； c、測(cè)溫過(guò)程同第二爐，其中CECE1 4.20，C 3.88％，Si 0.99％，CE2 4.21； 光譜試塊C 3.83％，Si 1.05％，Mn 0.18％，S 0.015％，P 0.027％ d、脫硫同第一爐； e、升溫調(diào)質(zhì)步驟同第一爐。其中光譜試塊C 3.81％，Si 0.99％，Mn 0.021％，S 0.009％，P0.028；澆注CE和光譜試塊CE2CE1 4.25 C3.92％，Si1.03％，CE2 4.26。球化前光譜試塊C 3.79％，Si 0.94％，Mn 0.20％，S0.007％，P0.028； f、球化處理同第一爐。開(kāi)始出鐵球化處理，球化包內(nèi)加銅2.5Kg，扒渣后，測(cè)溫1448℃。
g、澆注澆注完，測(cè)末了澆注溫度1359℃。
h、第二球化包第一包處理完，爐內(nèi)剩余鐵液800Kg，加碳劑9Kg，加廢鋼200Kg，接著測(cè)CECE1 4.00，C 3.72％，Si 0.93％，CE2 4。03。加碳劑3Kg，測(cè)CECE1 4.23，C 3.92％，Si 0.97％，CE2 4.24，測(cè)溫1508℃開(kāi)始出鐵球化處理，扒渣后測(cè)溫1435℃，澆注光譜試塊，澆完，測(cè)末了澆注溫度1362℃。光譜分析結(jié)果見(jiàn)表9，機(jī)械性能見(jiàn)表10，金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。
表9第二爐次試驗(yàn)光譜分析結(jié)果
表10第二爐次試驗(yàn)機(jī)械性能分析結(jié)果
表11金相檢驗(yàn)報(bào)告單
3、第三爐實(shí)驗(yàn) a、試驗(yàn)要求和操作步驟同第一爐，配料和成分少作調(diào)整，再次增加了包內(nèi)銅的加入量至4kg； b、依次投料 原生鐵60％(1200kg)，回爐鐵25％(三通管8個(gè)200kg，前爐自身回爐料300kg)，廢鋼15％(300kg)。
c、測(cè)溫過(guò)程同第一爐。其中CECE1 4.35，C 4.03％，Si 1.11％，CE24.40，光譜試塊C 3.83％，Si 1.05％，Mn 0.18％，S 0.015％，P 0.027％ d、脫硫出鐵1400kg加脫硫劑14kg，脫硫前包內(nèi)測(cè)溫1483℃時(shí)，開(kāi)始脫硫，脫硫5分鐘，脫硫后開(kāi)蓋測(cè)溫1372℃(溫降111℃)，澆光譜試塊C 3.87％，Si 1.06％，Mn 0.18％，S 0.005％，P 0.027％； e、升溫調(diào)質(zhì)過(guò)程同第一爐。其中CECE1 4.34，C 4.02％，Si 1.08％，CE2 4.30；光譜試塊C 3.85％，Si 1.09％，Mn 0.19％，S 0.008％，P0.028％；澆注CE和光譜試塊，CECE1 4.33，C 3.99％，Si 1.10％，CE24.35。球化前光譜試塊C 3.91％，Si 1.03％，Mn 0.18％，S 0.008％，P0.029％； f、球化處理測(cè)溫1520℃，降溫至1500℃，開(kāi)始出鐵球化處理，扒渣后，測(cè)溫1450℃。
g、澆注澆注完，測(cè)末了澆注溫度1365℃。
h、第二球化包第一包處理完，爐內(nèi)剩余鐵液接著測(cè)CECE1 4.32，C3.97％，Si 1.10％，CE2 4.33。測(cè)溫1512℃開(kāi)始出鐵球化處理，扒渣后測(cè)溫1442℃，澆注光譜試塊和CE，澆完，測(cè)末了澆注溫度1383℃。光譜分析結(jié)果見(jiàn)表12，機(jī)械性能見(jiàn)表13，金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14。
表12第三爐次試驗(yàn)光譜分析結(jié)果
表13第三爐次試驗(yàn)機(jī)械性能分析結(jié)果
表14金相檢驗(yàn)報(bào)告
從實(shí)施例可以看出，所生產(chǎn)出的球墨鑄鐵其性能指標(biāo)均達(dá)到了要求。
權(quán)利要求
1.一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，由以下步驟生產(chǎn)包括備料工序、熔煉工序、脫硫工序、鐵液成分調(diào)整工序、球化處理工序、Y型試塊造型及試樣制備工序、機(jī)械性能與金相試驗(yàn)工序，其特征在于
a、所述的備料工序中，原生鐵、廢鋼、回爐鐵按重量百分比配比，其中原生鐵占30％-70％，廢鋼占10％-20％，回爐鐵占10％-60％；其它添加料按以上原生鐵、廢鋼、回爐鐵總重量的百分比加入，其中球化劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1.6％-2.0％，孕育劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的0.4％-0.6％，脫硫劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1.2％-1.8％，增碳劑占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1％-3％；
b、所述的熔煉工序是采用中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液，一次裝料1.6-2.0噸，按原生鐵、回爐鐵、廢鋼的次序依次裝入，加熱熔化后，升溫至1510-1530℃時(shí)，靜止3-5分鐘，扒凈鐵液面上的熔渣，進(jìn)行碳當(dāng)量分析，并澆注光譜分析試塊；
c、所述的脫硫工序是采用3噸的鐵液包，首先將鐵液包燙熱、燙透，至鐵液包內(nèi)溫度高于800℃時(shí)，倒入中頻感應(yīng)電爐熔內(nèi)的鐵液1.4-1.5噸，吊上脫硫攪拌裝置，蓋在鐵液包口上，并蓋嚴(yán)，從脫硫攪拌裝置的加料孔內(nèi)加入1％的深度脫硫劑，攪拌5分鐘，再吊起脫硫攪拌裝置，扒凈鐵液面上的熔渣，并測(cè)溫，澆注光譜分析試塊，分析硫含量，以確定脫硫率，接著將鐵液包內(nèi)的鐵液全部倒回中頻感應(yīng)電爐；
d、所述的鐵液成分調(diào)整工序，當(dāng)已脫硫的鐵液倒入中頻感應(yīng)電爐后，立即加熱升溫，待與中頻感應(yīng)電爐爐內(nèi)的殘存鐵液混合3-5分鐘，即混合均勻后，立即澆注光譜分析試塊和碳當(dāng)量分析樣杯，根據(jù)光譜分析和碳當(dāng)量分析的結(jié)果，對(duì)鐵液成分進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)碳含量低時(shí)，用增碳劑增碳，使碳含量達(dá)到占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的3.5％-3.9％的要求范圍；當(dāng)硅含量高時(shí)，加廢鋼降硅，使硅含量達(dá)到占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的1.8％-2.5％的要求范圍；在鐵液化學(xué)成分分析報(bào)告未出來(lái)之前，鐵液在1350℃-1400℃下保持一段時(shí)間，同時(shí)，當(dāng)銅含量達(dá)不到要求時(shí)，要加入少量廢銅，使銅含量達(dá)到占以上原生鐵、廢鋼和回爐鐵總重量的0.15％-0.50％的要求范圍；另外，還要使Mn含量占該球墨鑄鐵材質(zhì)的比例≤0.20％，P含量≤0.05％，S含量≤0.015，Mg含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的0.03-0.06％，Re含量達(dá)到該球墨鑄鐵材質(zhì)的0.01％-0.03％，等待分析結(jié)果，成分調(diào)整結(jié)束后，即快速升溫至1500℃-1520℃，在此溫度下保持并扒渣，扒凈渣后靜置3-5分鐘，并澆注光譜分析試塊和進(jìn)行碳當(dāng)量分析，對(duì)調(diào)整結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，直至使該球墨鑄鐵材質(zhì)的化學(xué)成分重量百分比為C3.5％-3.9％，Si 1.8％-2.5％，Mn≤0.20％，P≤0.05％，S≤0.015，Mg0.03-0.06％，Re 0.01％-0.03％，Ti≤0.055％，Cu 0.15％-0.50％余量為Fe；
e、所述的球化處理工序，球化包是用1000kg堤壩式球化蓋包，堤壩的高度以保證球化材料加入后低于壩高為宜，球化包內(nèi)溫度不得低于800℃；處理溫度為1520℃±10℃，處理溫度過(guò)高吸收率低，處理溫度過(guò)低則燒結(jié)溫度難以保證；處理要求是以鐵液完全覆蓋住進(jìn)鐵液孔、鎂光不外泄為宜；球化反應(yīng)結(jié)束以包蓋進(jìn)鐵液孔不出現(xiàn)鎂光為標(biāo)志，要待反應(yīng)完全結(jié)束才能打開(kāi)包蓋，如打開(kāi)包蓋后鐵液仍在沸騰并有鎂光時(shí)，一定要等鐵液表面平靜后才能進(jìn)行扒渣，撒集渣劑、攪拌、扒渣；扒渣干凈后，在鐵液面上撒上一層集渣劑，蓋上包蓋，吊運(yùn)至澆注處；
f、所述的Y型試塊造型及試樣制備工序，工序中的澆注溫度為1360-1400℃，并采用隨流瞬時(shí)孕育進(jìn)行瞬時(shí)孕育，孕育劑加入量為0.10-0.15％，從球化反應(yīng)結(jié)束至全包鐵液澆注完控制在8分鐘以內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，其特征在于
所述的原生鐵是采用山西省生產(chǎn)的高純生鐵，其主要成分的重量百分比為C 4.08％，Si 1.02％，Mn 0.22％，P 0.03％，S 0.021％，Ti 0.035％，其余微量元素有Sc、Sn、B、Zn、Pb、Sb、Bi、Se、As，含量均小于0.0005％，Cu、Al、Ni、Cr，含量均小于0.005％，V＝0.017％，余量為Fe；
所述的廢鋼是采用優(yōu)質(zhì)中低碳廢鋼，使用前需經(jīng)除銹處理；
所述的回爐鐵是同牌號(hào)QT450-10的報(bào)廢產(chǎn)品及澆注系統(tǒng)；
所述的球化劑為低Re、低Mg合金，由南京浦江合金廠生產(chǎn)；
所述的孕育劑為硅鋇合金，為長(zhǎng)效一次孕育劑，瞬時(shí)孕育采用專用Si-Bi高效隨流孕育劑，由曲阜鑄造材料廠生產(chǎn)；
所述的脫硫劑，是深度脫硫劑，其主要成分百分比含量為CaO 35％-50％，CaC235％-40％，規(guī)格＜5mm，由煙臺(tái)盛利達(dá)公司生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種抗低溫沖擊高強(qiáng)度球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，包括備料、熔煉、脫硫、鐵液成分調(diào)整、球化處理工序，其特征在于備料工序中，原生鐵占30％-70％，廢鋼占10％-20％，回爐鐵占10％-60％；其它添加料按以上配料的總重量的百分比加入，其中球化劑占1.6％-2.0％，孕育劑0.4％-0.6％，脫硫劑1.2％-1.8％，增碳劑1％-3％；另外還要加Cu 0.15-0.50％。該球墨鑄鐵在確保低溫沖擊性能的前提下，提高了強(qiáng)度，滿足了該牌號(hào)既有較高的低溫沖擊性能，又有較高常溫強(qiáng)度的要求?？蓮V泛適用于制造低溫環(huán)境下使用的汽車(chē)、機(jī)車(chē)、風(fēng)機(jī)和工程機(jī)械的重要高強(qiáng)度鑄件和疲勞強(qiáng)度有嚴(yán)格要求的鑄件。
文檔編號(hào)C22C37/10GK101760689SQ20091025656
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者張 杰, 陳淦, 張務(wù)才 申請(qǐng)人:山東匯金股份有限公司