铸态高韧性高强度球墨铸铁的熔炼方法

摘要

本发明一种铸态高韧性高强度球墨铸铁的熔炼方法，其步骤为：步骤1备料：选用生铁、废钢和回炉料作为原料；步骤2配料：采用步骤1原料，以质量百分比计，选取生铁20%‑40%、废钢30%‑40%、回炉料20%‑50%；步骤3熔炼：将步骤2中配好的原料加入中频熔炼炉中，升温并进行熔化，熔化时在炉底部位加入增碳剂，熔化至要求出炉温度；步骤4球化及浇注处理：球化前先将球化包和浇筑包预热到600℃‑800℃，将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次放入球化包放料坑内，进行三次孕育；步骤5出箱。本发明操作简单，通过加入大比例的废钢和回炉料，生产成本低，合理的配比使得机械性能的提高。

说明书

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别是一种铸态高韧性高强度球墨铸铁的熔炼方法。

背景技术

在生产实践中，球墨铸铁应用广泛，标准球墨铸铁QT600-3抗拉强度σb≥600MPa，延伸率δ≥3％，由于一些桥类产品对铸件要求有较高的强度和延伸，对此研究出来QT650-10球墨铸铁。中国专利 CN1554793A公开了一种铸态高屈服强度球墨铸铁材料，其抗拉强度σb≥620MPa，延伸率δ≥6％的球墨铸铁。常规生产，需要热处理，成本增加而且交货时间较长。

发明内容

本发明是为解决现有技术生产铸态球墨铸铁力学性能低的问题。提供了一种铸态高韧性高强度球墨铸铁的熔炼方法。

本发明所采用的技术手段为：一种铸态高韧性高强度球墨铸铁的熔炼方法，其步骤为：

步骤1——备料：选用生铁、废钢和回炉料作为原料；

其中生铁中五大元素成分质量百分比：碳:4.0%-4.4%、硅:0.4%-0.9%、锰：0.1%-0.2%、磷:＜0.04%、硫:＜0.03%，其余为铁，总量为100%；

其中废钢五大元素成分质量百分比：碳:0.22%-0.32%、硅:0.2%-0.6%、锰：＜0.4%、磷:＜0.04%、硫:＜0.03%，其余为铁，总量为100%；

其中回炉料五大元素成分质量百分比：碳:3.6%-3.8%、硅:2.0%-2.3%、锰：＜0.3%、磷:＜0.03%、硫:＜0.025%，其余为铁，总量为100%；

步骤2——配料：采用步骤1原料，以质量百分比计，选取生铁20%-40% 、废钢30%-40%、回炉料20%-50%；

步骤3——熔炼：将步骤2中配好的原料加入中频熔炼炉中，升温并进行熔化，熔化时在炉底部位加入增碳剂，熔化至要求出炉温度；炉前成分控制，以质量百分比计：碳:3.8%-4.0%、硅:1.0%-1.2%、锰：＜0.3%、磷:＜0.03%、硫:＜0.025%；

步骤4——球化及浇注处理：球化前先将球化包和浇筑包预热到600℃-800℃，将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次放入球化包放料坑内，并用捣打工具打紧实，再往球包相对于放料坑的另一侧放入铜和锡，之后放入步骤3熔炼的铁水，并盖住球化包盖，待反应后再倒入浇注包并二次孕育，打渣后浇注时进行三次孕育；

步骤5——出箱：浇注完成后，铸件出箱时，表面温度控制在400℃-500℃，并自然冷却。

步骤4中球化剂粒度为5-25mm，加入量质量百分数计，为总质量的1.0-1.3%；孕育剂粒度为5-25mm，加入量质量百分数计，为总质量的0.5-0.75%；

步骤4二次孕育孕育剂粒度为0.7-3mm，加入量质量百分数计，为总质量的0.4-0.65%；三次孕育粒度0.1-0.5mm，加入量质量百分数计，为总质量的0.1-0.13%。

球墨铸铁化学成分质量百分比：

碳:3.6%-3.8%、硅:2.0%-2.3%、锰：＜0.3%、磷:＜0.05%、硫:＜0.025% 镁：0.03%-0.05%、铜：0.2%-0.4%、锡：0.025%-0.035%。

本发明的有益效果为：本发明操作简单，通过加入大比例的废钢和回炉料，生产成本低，合理的配比使得机械性能的提高。

通过多次孕育的方法，细化了基体组织，细化了石墨球径，提高了石墨球的圆整度，提高了球化率，保证了力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例所用球化包透视图。

图2为本发明实施例的捣打工具结构示意图。

图3为本发明实施例球化包俯视图。

具体实施方式

本发明一种铸态高韧性高强度球墨铸铁的熔炼方法，其步骤为：

步骤1——备料：选用生铁、废钢和回炉料作为原料；

其中生铁中五大元素成分质量百分比：碳:4.0%-4.4%、硅:0.4%-0.9%、锰：0.1%-0.2%、磷:＜0.04%、硫:＜0.03%，其余为铁，总量为100%；

其中废钢五大元素成分质量百分比：碳:0.22%-0.32%、硅:0.2%-0.6%、锰：＜0.4%、磷:＜0.04%、硫:＜0.03%，其余为铁，总量为100%；

其中回炉料五大元素成分质量百分比：碳:3.6%-3.8%、硅:2.0%-2.3%、锰：＜0.3%、磷:＜0.03%、硫:＜0.025%，其余为铁，总量为100%；

步骤2——配料：采用步骤1原料，以质量百分比计，选取生铁20%-40% 、废钢30%-40%、回炉料20%-50%；

步骤3——熔炼：将步骤2中配好的原料加入中频熔炼炉中，升温并进行熔化，熔化时在炉底部位加入增碳剂，熔化至要求出炉温度；炉前成分控制，以质量百分比计：碳:3.8%-4.0%、硅:1.0%-1.2%、锰：＜0.3%、磷:＜0.03%、硫:＜0.025%；

步骤4——球化及浇注处理：球化前先将球化包和浇筑包预热到600℃-800℃（暗红色或红色），将球化剂6（粒度5-25mm，为总质量的1.0-1.3%，加入量质量百分数计）、孕育剂5（粒度5-25mm，为总质量的0.5-0.75%，加入量质量百分数计）、覆盖剂4（同材质小块冒口料）用如图1所示的放料工具3依次放入球化包放料坑1内（如图3所示），这里的放料工具3为上下小的管状结构。之后用捣打工具2打紧实，捣打工具如图2所示，为细长的杆连接一盘状结构。再往球化包相对于放料坑的另一侧放入铜和锡（铜和锡的量可以依据需求调整），之后放入步骤3熔炼的铁水，并盖住球化包盖，待反应后再倒入浇注包并二次孕育（孕育剂粒度0.7-3mm），打渣后浇注时进行三次孕育（随流孕育粒度0.1-0.5mm，加入量按质量百分数计，为总质量的0.1-0.03%）；

步骤5——出箱（落砂）：浇注完成后，铸件出箱时，表面温度控制在400℃-500℃，并自然冷却。

利用上述方法制得的QT650-10球墨铸铁化学成分质量百分比：

碳:3.6%-3.8%、硅:2.0%-2.3%、锰：＜0.3%、磷:＜0.05%、硫:＜0.025% 镁：0.03%-0.05%、铜：0.2%-0.4%、锡：0.025%-0.035%。

利用上述方法制得的QT650-10球墨铸铁铸态材料性能：抗拉强度σb≥650MPa，屈服强度σ_0.2≥440MPa，延伸率δ≥10％，布氏硬度200-245，基体珠光体≥50%，球化率≥80%。

以下为具体实施例。

取原料化学成分如下，均以质量百分比计：

生铁：碳:4.3%、硅:0.5% 、锰：0.1%、磷:0.028%、硫:0.03%，其余为铁。

废钢：碳:0.22% 、硅:0.39%、锰：0.4% 、磷:0.028%、硫:0.019%，其余为铁。

回炉料：碳:3.76%、硅:2.2%、锰：0.25%、磷:0.02%、硫:0.015%，其余为铁。

增碳剂：增碳剂中碳的百分含量为91%。

球化剂：硅：45-48%、镁：5.8-6.5%、铝：＜0.8%、钙：2.7-3.2%、稀土：1.5-1.7%，其余为铁。

孕育剂：硅：72-80%，其余为铁。

二次孕育剂：硅：68-75%、钡：3.5-5.5%、钙：1-2%、铝：＜1.7%，其余为铁。

三次孕育剂：硅：70-76%、钡：1.2-2.5%、钙：1-2%、铝：1-2%，其余为铁。

铜： 99%，其余为杂质。

锡： 98%，其余为杂质。

实例一：

共熔化800kg铁水，球化800kg；

炉料配比：生铁240kg 废钢280kg 回炉料280kg 增碳剂10kg（增碳剂放入中频炉中下部）出炉温度控制1535℃±15℃。

球化处理：球化剂9.6kg 孕育剂：5kg 覆盖剂：8kg二次孕育剂：4.5kg 三次孕育：（随流孕育）0.88kg 铜：1.7kg锡：0.15kg。

球化前先将球化包和浇注包预热，温度至600℃-800℃（暗红色或红色），

将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次加入球化包中，并捣打紧实。再往球化包中放入铜和锡。铁水放入球化包后盖住球化包盖，待反应平稳后，铁水倒入浇注包（茶壶包）并二次孕育（孕育剂粒度0.7-3mm），打渣后浇注时进行三次孕育（随流孕育粒度0.1-0.5mm）。

本次生产是采用V法生产，落砂时间为5小时，其表面温度为436℃。

产品力学性能结果：

随铸试棒 抗拉强度σb=662MPa，屈服强度σ0.2=446MPa，延伸率δ=13

金相组织 球化率＞85% 珠光体55%。

实例二：

共熔化1000KG铁水，球化1000kg；

炉料配比：生铁250kg 废钢350kg 回炉料400kg 增碳剂13kg（增碳剂放入中频炉中下部）出炉温度控制1545℃±15℃。

球化处理：球化剂12.5kg 孕育剂：6kg 覆盖剂：10kg二次孕育剂：5.5kg 三次孕育：（随流孕育）1.2kg 铜：2kg锡：0.17kg。

球化前先将球化包和浇注包预热，温度至600℃-800℃（暗红色或红色），

将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次加入球化包中，并捣打紧实。再往球化包中放入铜和锡。铁水放入球化包后盖住球化包盖，待反应平稳后，铁水倒入浇注包（茶壶包）并二次孕育（孕育剂粒度0.7-3mm），打渣后浇注时进行三次孕育（随流孕育粒度0.1-0.5mm）。

本次生产是采用V法生产，落砂时间为3小时，其表面温度为457℃。

产品力学性能结果：

随铸试棒 抗拉强度σb=678MPa，屈服强度σ0.2=453MPa，延伸率δ=12.5

金相组织 球化率＞85% 珠光体60%。