一種合金球鐵銅量的添加控制方法
【專利摘要】本發(fā)明一種合金球鐵銅量的添加控制方法，其以廢鋼為原料熔煉球墨鑄鐵，在鐵水熔化后即時取樣，通過光譜儀分析鐵液中已有的合金元素銅、錳、鉻、鉬、鎳、釩、錫的含量，然后根據(jù)銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型，計算出需要添加的銅量并向鐵液中添加，使鐵液中的銅當(dāng)量處于0.7%-1.2%。本發(fā)明計算簡單、快速、準(zhǔn)確，避免鐵水過合金化，不僅使合金化得到有效控制，保證了鑄件良好的綜合機械性能，而且由于銅的加入量少，使珠光體間析出的銅顆粒較小，且呈彌散分布，因此其力學(xué)性能更高。
【專利說明】一種合金球鐵銅量的添加控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金和鑄鐵合金領(lǐng)域，具體地說是一種以廢鋼為原料熔煉合金球鐵時銅量的添加控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]球墨鑄鐵是現(xiàn)代工業(yè)的一種重要工程材料，具有良好的成型性、加工性、耐磨性及綜合機械性能。其廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、船舶、高鐵等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)。球墨鑄鐵以鑄造生鐵作為主要原料。鑄造生鐵和煉鋼生鐵雖然都是由高爐從鐵礦石還原而成，但由于鑄造和煉鋼生產(chǎn)工藝不同，對生鐵的要求差別很大。鋼材生產(chǎn)一般采用轉(zhuǎn)爐(純氧頂吹)工藝，高爐鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后，吹氧脫碳過程中可以把p、s及有害雜質(zhì)元素一并去除，故對生鐵的化學(xué)成分要求不嚴(yán)。鑄造則不同，生鐵經(jīng)重熔后，除了 S可以采用不同的脫S工藝(搖包、氣動、機械攪拌等)降低外，其它元素會全部進(jìn)入鑄件，因此要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件必須要有優(yōu)質(zhì)生鐵。在球鐵生產(chǎn)中，鑄鐵中添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪乜捎行Ц纳畦T鐵的機械性能，即鑄鐵的合金化。如銅能增加珠光體的數(shù)量，并有細(xì)化共晶團(tuán)的作用，使鑄鐵更易得到珠光體組織。銅還可強化鐵素體，提高它的硬度。銅的這一良好作用，使其在鑄鐵生產(chǎn)中作為主要的強化合金元素來增加機械性能。例如國內(nèi)外生產(chǎn)高性能球鐵均推薦向鐵液中添加0.8-1.2%的銅。
[0003]本 申請人:研究的全廢鋼熔制鑄鐵技術(shù)正是為了避免生鐵的遺傳性危害，采用廢鋼代替生鐵熔制高品質(zhì)鑄鐵。然而在高性能球鐵生產(chǎn)中，由于采用廢鋼熔制鑄鐵，廢鋼中的某些合金元素(如Cr、Mn、Mo等)部分作用與銅類似，也可促進(jìn)及細(xì)化珠光體，只是作用程度不同。由于廢鋼來源雜，如35#、45#碳素鋼及48MnV、40Cr、42CrMo合金鋼等，這些廢鋼中的合金元素及含量差異非常大，如果仍按傳統(tǒng)方法控制銅含量，向鐵液中添加0.8-1.2%的銅，則會造成過合金化，不利于鑄件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種計算簡單、快速、準(zhǔn)確并且避免鐵水過合金化，使球鐵抗拉強度達(dá)到900MPa以上，伸長率達(dá)到5%以上的以廢鋼為原料熔煉合金球鐵銅量的添加控制方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種合金球鐵銅量的添加控制方法，其特征是:其以廢鋼為原料熔煉球墨鑄鐵，在鐵水熔化后即時取樣，通過光譜儀分析鐵液中已有的合金元素銅、錳、鉻、鑰、鎳、釩、錫的含量，然后根據(jù)銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型，計算出需要添加的銅量并向鐵液中添加，使鐵液中的銅當(dāng)量處于0.7%-L 2%，所述銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型是:
CuE = [WJ 新加+ [ (Wfc-0.45%) /2.5+1.1ffcr+ (Wfc-0.15%) /2+0.lffNi+12ffSn+ffcu+4ffv]原有
其中:CuE為銅當(dāng)量，取0.7%-1.2% ；
[WcJ |^為需要向鐵液中添加的銅含量；Wcr> ffMo> wNi>wSn> ffcu> Wv均為鐵液中原有的合金元素含量。
[0006]本發(fā)明通過合理控制銅添加量，避免了以廢鋼為原料熔制球鐵時合金化難以控制，易造成過合金化，以致球鐵機械性能下降問題。銅的加入量僅為0.2%-0.5%，遠(yuǎn)低于國外鑄鐵中銅含量0.8%-1.2%的水平(如日本豐田公司球鐵中銅含量1.2%，德國GF公司球鐵中銅含量1.0%)。對照現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明計算簡單、快速、準(zhǔn)確，避免鐵水過合金化，不僅使合金化得到有效控制，保證了鑄件良好的綜合機械性能，而且由于銅的加入量少，使珠光體間析出的銅顆粒較小，且呈彌散分布，因此其力學(xué)性能更高。
【具體實施方式】
[0007]下面結(jié)合實例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0008]一種合金球鐵銅量的添加控制方法，其以廢鋼為原料熔煉球墨鑄鐵，廢鋼可以是碳素鋼、合金鋼或者二者的混合，在IOT電爐熔煉，在熔煉過程中首先加入碳化硅基復(fù)合預(yù)處理變質(zhì)劑，控制碳以石墨形態(tài)析出，同時起到增硅的作用。在合金化處理前，在電爐中鐵水熔化后即時取樣，利用爐前光譜儀快速分析鐵水中的合金元素含量，主要是Mn、Cr、Mo、N1、Sn、Cu、V等的含量，將所述合金元素含量折算為相應(yīng)的銅當(dāng)量，然后根據(jù)銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型，計算銅的加入量并向鐵液中添加，使鐵液中的銅當(dāng)量處于0.7%-1.2%。然后經(jīng)球化處理及澆注成型。將完成澆注成型后的球鐵毛坯在常規(guī)正火工藝下進(jìn)行正火。
[0009]所述銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型是:
CuE = [WcJ 新加+ [ (Wfc-0.45%) /2.5+1.1ffcr+ (Wfc-0.15%) /2+0.lffNi+12ffSn+ffcu+4ffv]原有
其中:CuE為銅當(dāng)量，取0.7%-1.2% ；
[WcJ |^為需要向鐵液中添加的銅含量；
Wcr> ffMo> wNi>wSn> ffcu> Wv均為鐵液中原有的合金元素含量。
[0010]根據(jù)所述銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型計算得到:
[WJ 新加=CuE-[(Wfc-0.45%)/2.5+1.1ffcr+ (Wfc-0.15%) /2+0.lffNi+12 Wsn + Wcu +4ffv]原有。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)鑄件中的銅含量高達(dá)0.8-1.2%，雖然也能提高力學(xué)性能，但由于銅加入量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出銅在鑄鐵中的溶解度(0.35%)，更易形成富銅相，珠光體間的銅顆粒尺寸較大，對基體造成了割裂作用。本發(fā)明通過合理控制銅添加量，避免了以廢鋼為原料熔制球鐵時合金化難以控制，易造成過合金化，以致球鐵機械性能下降問題。銅的加入量僅為0.2%-0.5%，遠(yuǎn)低于國外鑄鐵中銅含量0.8%-1.2%的水平(如日本豐田公司球鐵中銅含量1.2%，德國GF公司球鐵中銅含量1.0%)。
[0012]本發(fā)明生產(chǎn)的球鐵與常規(guī)控制技術(shù)相比，不僅使合金化得到有效控制，避免了過合金化，保證了鑄件良好的綜合機械性能，而且由于銅的加入量少，使珠光體間析出的銅顆粒較小，且呈彌散分布，其抗拉強度達(dá)到900MPa以上，伸長率達(dá)到5%以上，遠(yuǎn)超國標(biāo)GB/T1348中規(guī)定的珠光體球鐵最高牌號。
[0013]實施例1:采用100%的45#碳素結(jié)構(gòu)鋼，電爐熔煉。在電爐鐵水中取樣分析鐵液中原含有的合金元素含量(wt%) Mn 0.723、Cr 0.182、Mo 0.00249、Ni 0.0533、Sn 0.0013、Cu 0.0293、V 0.011，取銅當(dāng)量下限0.7%，根據(jù)銅量控制數(shù)學(xué)模型:
[WJ 新加=0.7%-[(0.723%-0.45%)/2.5+1.1X0.182%+ (0.00249%_0.15%) /2+0.1X0.0533%+12X0.0013%+0.0293%+4X0.011%]原有=0.39%?以10噸電爐容量計算銅的加入量為10000X0.39% =39kg，然后經(jīng)球化處理及澆注成型。成型后的鑄件軸進(jìn)行常規(guī)正火處理。
[0014]實施例2:采用100%合金結(jié)構(gòu)鋼(48MnV)，電爐熔煉。在電爐鐵水中取樣分析合金元素含量(Wt%)Mn 1.14、Cr 0.134、Mo 0.00608、Ni 0.091、Sn 0.00205、Cu 0.0297、V
0.0932，取銅當(dāng)量上限1.2%。
[0015][WJ 新加=1.2%-[(1.14%-0.45%)/2.5+1.1X0.134%+ (0.00608-0.15%)/2+0.1X0
?091%+12X0.00205%+0.0297%+4X0.011%]原有=0.43%?以10噸電爐容量計算銅的加入量為10000X0.43%=43kg，然后經(jīng)球化處理及澆注成型。成型后的鑄件進(jìn)行常規(guī)正火處理。
[0016]實施例3:采用50%碳素結(jié)構(gòu)鋼(45#)和50%合金結(jié)構(gòu)鋼(42CrMo)，電爐熔煉。在電爐鐵水中取樣分析合金元素含量(Wt%) Mn 0.730、Cr 0.616、Mo 0.119、Ni 0.0827、Sn
0.00086、Cu 0.0341、V 0.0116，取銅當(dāng)量上限 1.2%。
[0017][WJ 新加=1.2%-[ (0.73%-0.45%) /2.5+1.1X0.616+(0.119-0.15)/2+0.1X0.0827%+12X0.00086+0.0341+4X0.0116]原有=0.4%。以10噸電爐容量計算銅的加入量為10000X0.4%=40kg，然后經(jīng)球化處理及澆注成型。成型后的鑄件進(jìn)行常規(guī)正火處理。
[0018]上述各實施例得到的合金球鐵本體機械性能指標(biāo)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種合金球鐵銅量的添加控制方法，其特征是:其以廢鋼為原料熔煉球墨鑄鐵，在鐵水熔化后即時取樣，通過光譜儀分析鐵液中已有的合金元素銅、錳、鉻、鑰、鎳、釩、錫的含量，然后根據(jù)銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型，計算出需要添加的銅量并向鐵液中添加，使鐵液中的銅當(dāng)量處于0.7%-1.2% ;所述銅當(dāng)量控制數(shù)學(xué)模型是:
CuE = DU 新加+ [ (Wfc-0.45%) /2.5+1.1ffcr+ (Wfc-0.15%) /2+0.lffNi+12ffSn+ffcu+4ffv]原有
其中:CuE為銅當(dāng)量，取0.7%-1.2% ； [WcJ |^為需要向鐵液中添加的銅含量；
Wcr> ffMo> wNi>wSn>` ffcu> Wv均為鐵液中原有的合金元素含量。
【文檔編號】C22C33/08GK103556033SQ201310523232
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】叢建臣, 邵詩波, 戴學(xué)忠, 田學(xué)雷, 姜濤, 于海明, 劉進(jìn)軍 申請人:天潤曲軸股份有限公司