球狀石墨鑄鐵金屬熔液的球狀化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及球狀石墨鑄鐵金屬熔液的石墨球狀化處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 球狀石墨鑄鐵是在鑄造狀態(tài)下石墨球狀化、機(jī)械性質(zhì)（楊氏模量、拉伸強(qiáng)度、伸長 率）優(yōu)異的材料。石墨的球狀化是通過在澆包中添加石墨球狀化劑而進(jìn)行的。石墨球狀化 劑中包含Mg、稀土元素（以下簡稱為"RE"）、Ca、A1等。
[0003] 冷卻速度變慢的大型厚壁制品或制品的厚壁部（以下將它們統(tǒng)稱為"厚壁部"） 中，因?yàn)楣簿虝r間長，所以在球狀石墨鑄鐵的金屬組織中，異常石墨組織即短棒狀石墨 易于晶析。短棒狀石墨的晶析會導(dǎo)致鑄鐵材料的楊氏模量、拉伸強(qiáng)度、伸長率顯著降低。
[0004] 旨在抑制短棒狀石墨產(chǎn)生的石墨球狀化劑的一個例子被公開于日本國公開專利 公報第2007-182620號公報中。在該文獻(xiàn)中，沒有明確教導(dǎo)相對于金屬恪液的適宜添加量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供可以更為可靠地抑制球狀石墨鑄鐵的厚壁部中短棒狀石 墨的晶析的石墨球狀化處理方法。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的石墨球狀化處理方法中，所使用的石墨球狀化劑包 含：30~80wt%的Si、Mg、由純度80~100wt%的Ce和純度80~100wt%的La中的任一構(gòu)成的 RE (稀土元素）、Ca、和A1。通常，上述元素以外的石墨球狀化劑的剩余部分是鐵及不可避免 的雜質(zhì)。石墨球狀化劑中也可以進(jìn)一步包含S作為任選元素。上述石墨球狀化劑以如下方 式添加到金屬熔液中：相對于金屬熔液總體，添加0. 〇〇l~〇. 009wt%的RE、0. 001~0. 02wt%的 Ca、0. 001~0. 02wt%的A1，并且石墨球狀化處理后的金屬熔液中包含0. 03~0. 07wt%的Mg。
[0007] 根據(jù)上述實(shí)施方案，呈現(xiàn)出石墨化作用而助長短棒狀石墨的晶析的RE、Ca、A1的 含量在降低的同時最優(yōu)化，因此球狀石墨鑄鐵的厚壁部、具體而言例如共晶凝固時間為 l.Oks(即1000秒）以上的厚壁部中，短棒狀石墨的晶析可以得到抑制。
[0008] 另外，根據(jù)上述實(shí)施方案，助長熔渣及浮渣的形成的Ca、A1的量在降低的同時最 優(yōu)化，因此可以得到清潔的金屬熔液，可以得到夾渣、針孔等缺陷少的制品。
[0009] 進(jìn)而，根據(jù)上述實(shí)施方案，價格高且對于價格穩(wěn)定性尚存不安的RE的使用量得以 減少，因此可以減少材料費(fèi)用，并且可以減小對價格變動的敏感性。
【附圖說明】
[0010] 圖1表示健全的球狀石墨鑄鐵的組織的一個例子的光學(xué)顯微鏡照片 圖2表示有短棒狀石墨晶析的組織的一個例子的光學(xué)顯微鏡照片 圖3說明用沖入包內(nèi)孕育法（置§注爹'法）進(jìn)行石墨球狀化處理的示意圖 圖4說明用喂絲法進(jìn)行石墨球狀化處理的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下對本發(fā)明的實(shí)施方案中涉及的石墨球狀化處理方法進(jìn)行說明。
[0012] 實(shí)施方案中涉及的石墨球狀化處理方法對于所適用的制品的形狀沒有特殊限制。 然而，上述的石墨球狀化處理方法對于共晶凝固時間為1. Oks以上、例如為1. 0~100ks范圍 內(nèi)的制品，或者制品最大壁厚為l〇〇~500mm的制品，可以獲得特別優(yōu)異的組織改善效果。
[0013] 本發(fā)明的石墨球狀化處理方法的一個實(shí)施方案中所采用的石墨球狀化劑中包含 30~80wt%的Si (硅）、Mg(鎂）、RE (稀土元素）、Ca(鈣）、和A1 (鋁）。另外，本實(shí)施方案 中，該石墨球狀化劑以滿足下述的兩個條件的方式向金屬熔液中添加。第一個條件是，各元 素相對于金屬熔液的添加量（各元素的添加重量相對于金屬熔液總體重量的比）為，RE: 0. 001~0. 009wt%、Ca :0. 001~0. 02wt%、A1 :0. 001~0. 02wt%，第二個條件是，石墨球狀化處理 后的金屬熔液中包含Mg:0. 03~0. 07wt%。 該石墨球狀化劑中可以進(jìn)一步包含S。石墨球狀化劑中上述元素以外的部分，典型的情 況下由Fe(鐵）及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0014] 就Mg而言，雖然添加到金屬熔液中的Mg關(guān)系到石墨的晶核形成，但是Mg的一部 分并沒有成為石墨晶核，而是成了氧化物或與RE等的復(fù)合化合物，從而作為熔渣損耗掉。 因此，在石墨的球狀化處理后（即，即將向鑄模澆注前的時刻），可以向金屬熔液中添加石 墨球狀化效果得以維持的量的Mg、具體而言是以使0. 03~0. 07wt%的Mg殘留于金屬熔液中 的添加量向金屬熔液中添加Mg。
[0015] 石墨球狀化處理后的金屬熔液中的Mg含量若低于0. 03wt%，則石墨形狀會因鎂帶 來的脫氧效果不足和作為石墨晶核原料的Mg不足而變差，若超過0. 07wt%，則會形成爆炸 狀石墨，不論哪種情況，都會因石墨形狀變差而造成機(jī)械性質(zhì)變差。尚需說明，上述Mg量的 數(shù)值是在球狀石墨鑄鐵的制造中一般的數(shù)值。
[0016] 對金屬熔液的Mg添加量與石墨球狀化處理后的金屬熔液中的Mg含量的關(guān)系在本 領(lǐng)域技術(shù)人員中是熟知的。例如，將包含5wt%Mg的球狀化劑以1. 5 wt%添加于金屬熔液 中時（即對金屬熔液添加了 0. 075%的Mg時），石墨球狀化處理后的金屬熔液中的Mg含量 (分析值）為〇.〇35~0.055wt%。Mg的添加量增多則Mg的成品率降低也是為人熟知的。因 此，確定使石墨球狀化處理后的金屬恪液中殘留有〇. 03~0. 07wt%的Mg這樣的Mg向金屬恪 液中的添加量，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易的。
[0017] 作為RE，優(yōu)選僅單獨(dú)添加Ce (鈰）、或僅單獨(dú)添加La (鑭），而非作為多種RE的合金 或混合物的形式添加。通過僅單獨(dú)且適量地添加Ce或La，可得到優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)。僅將Ce 用作RE時，優(yōu)選Ce的純度為80~100wt%。僅將La用作RE時，優(yōu)選La的純度為80~100wt%。 但是，上述的成分規(guī)定不排除這樣的情況，即例如將添加的RE設(shè)為Ce時，所添加的RE中包 含未能從Ce中完全分離的La作為不可避免的雜質(zhì)。
[0018] 尚需說明，在將RE用作石墨球狀化劑的成分時，一般以Ce:La=2:1的合金（misch metal，稀土金屬合金）的形式加以使用。與之相對，在本實(shí)施方案中對這樣的稀土金屬合 金進(jìn)一步精煉，將高純度的Ce或La以單獨(dú)的形式添加。
[0019] 如上所述，優(yōu)選向金屬熔液中添加0. 001~0. 009wt%的RE (Ce或La)。RE的添加量 低于0.0 Olwt%時，對石墨球狀化阻礙元素的中和能力不足從而石墨形狀變差，RE的添加量 超過0. 009wt%時，短棒狀石墨大量晶析，無論哪種情況下機(jī)械性質(zhì)均降低。尚需說明，為了 更確實(shí)地使石墨形狀為良好形狀，更優(yōu)選向金屬熔液中添加0. 002~0. 005wt%的RE(Ce或 La) 〇
[0020] 石墨球狀化劑中包含S時，在厚壁制品的情況下，優(yōu)選使RE的添加量相對 于 S (硫）的添加量的比率（重量比）（RE/S)為 0? 06~1. 60 (S :0? 005~0. 030wt%，RE : 0. 002~0. 008wt%的情形）。據(jù)此可以更確實(shí)地得到良好形狀的石墨形狀。尚需說明，一直 以來，在薄壁制品中，RE/S = 2. 0~5. 0被認(rèn)為在獲得良好形狀的石墨形狀方面是出色的。
[0021] 尚需說明，關(guān)于S，雖然也取決于熔爐和熔融法，但是也存在在鑄鐵的金屬熔液 (處理前金屬熔液）中包含得較大量S的情形。如上述那樣積極地添加S是在金屬熔液（處 理前金屬熔液）充分脫硫的情況下。當(dāng)處理前金屬熔液中包含比較多的S時，不積極地添 加S，或者可以僅添加減去了處理前金屬熔液中自始包含的S的量的S。
[0022] 如上所述，優(yōu)選向金屬熔液中添加0. 001~0. 020wt%的Ca、0. 001~0. 020wt%的A1。 Ca的添加量或A1的添加量低于0.0 Olwt%時，石墨晶核形成不能充分進(jìn)行。Ca的添加量或 A1的添加量超過0. 020wt%時，短棒狀石墨發(fā)生晶析，易于形成熔渣及浮渣，制品中可能產(chǎn) 生夾渣、針孔的缺陷。
[0023] 作為參考，將共晶凝固時間為2. 5ks的鑄造制品中所呈現(xiàn)的良好石墨形狀的例子 示于圖1的照片中，不良石墨形狀的例子示于圖2的照片中。圖2的照片中，特別是在左側(cè) 可見大量短棒狀石墨的晶析。尚需說明，在圖1的例子中，對RE、Ca、Al的添加量按照上述 進(jìn)行了最優(yōu)化，而圖2的例子中Ca、Al是過量的。
[0024] 上述的石墨球狀化劑可以適用于沖入包內(nèi)孕育法（夾層處理法）、中間包 (Tundish)法、喂絲法等（不限于這些方法）公知的所有石墨球狀化處理方法。
[0025] 圖3表示沖入包內(nèi)孕育法的示意圖。通常大多使用的沖入包內(nèi)孕育法中，將石墨 球狀化劑SA填充于澆包L底部的反應(yīng)槽（Pocket)中，并用覆蓋劑CA (鐵肩、Fe-Si等）完 全覆蓋。將1400~1500°C的處理前金屬熔液RM放出到該澆包中，通過石墨球狀化劑與金屬 熔液的反應(yīng)對石墨進(jìn)行球狀化處理。由于如果Mg的添加量多則反應(yīng)變得劇烈，因此這時藉 由在最優(yōu)范圍內(nèi)多加入Ca以使反應(yīng)平穩(wěn)。
[0026] 進(jìn)行沖入包內(nèi)孕育法時的石墨球狀化處理劑的優(yōu)選組成的一個例子如下。
[0027] Si: 30~80wt°/〇 Mg: 3~8wt% RE: 0? 1~0. 6wt% (但是，RE 由純度 80~100wt% 的 Ce 和純度 80~100wt% 的 La 中的任一 構(gòu)成），優(yōu)選〇? 2~0. 5wt% Ca: 0. 1 ~1. 3wt% A1:0.1 ~2.Owt% 剩余部分：Fe及不可避免的雜質(zhì)（也可以包含S。） 作為在沖入包內(nèi)孕育法中使用的石墨球狀化劑，例如在l〇~500kg的小型鑄造物的情 況