高强度钢性球铁的制造方法技术

一种高强度钢性球铁的制造方法是在熔化铁液时使用６０％至９５％以上大量的废钢，很少量使用优质高炉生铁和回炉料，经过高温过热获得高性能、高强度、高延伸性、重力浇注无铸造缺陷的、似钢的低碳低硅亚共晶或共晶的低成本高强度钢性球铁的制造方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种其特征是在熔化铸铁溶液时，向冲天炉或电炉内投放总容量60％至95％以上的大量的废钢得到的。高强度钢性球铁的特征是低碳低硅的球铁，化学成分是共晶或亚共晶的，即共晶度≤1。这种似钢的钢性球铁较球铁在1947年专利技术以来强调的首要条件是共晶度≥1有明显不同。本专利技术的钢性球铁在低碳低硅的条件下获得了比过共晶球铁有更高物理性能、抗拉强度高、延伸率大、铸造缺陷明显减少的特点。由于大量使用废钢，成本大幅降低，资源利用状况发生良好变化，也有利减少废钢氧化铁对自然环境的污染。本专利技术的是获得低成本、高性能球铁的最简便、最新颖的有效办法。其特征如下一、钢性球铁化学成分的范围本专利技术的钢性球铁的化学成分和主要元素组成特征碳1.5％-3.0％、硅1.8％-2.8％、硫＜0.6％、磷＜0.07％、锰0.5％-1.0％。合金化时可加入钼0.2％-0.6％、铜0.4％-0.9％或其他的合金元素。其余为铁。1、关于碳本专利技术的钢性球铁主要控制碳当量(碳量+1/3硅+1/3磷含量)等于4.3％或小于4.3％(质量分数)。制成共晶的或亚共晶的球铁，由于碳含量低，比重大于普通现有的球铁，而强度、延伸性又高于现有的球铁。为区别这两种球铁，对大量废钢制造的低含碳量的性能似钢的本专利技术方法制造的球铁定名为“钢性球铁”。在上述化学成分中铁元素是加入总量60％-95％以上的废钢实现的。废钢含碳量平均为0.5％-0.9％，在熔炼过程中可加入5％-20％的高炉生铁或回炉料。大量采用废钢可获得含碳量1.5％的铁水，这种低碳的铁合金有效截面增加，晶粒得到细化，在其后球化时可获得明显高的抗拉强度和延伸性，这种钢性球铁的铸造缺陷明显减少，几乎不会出现缩松、气孔、皮下气孔、石墨漂浮、夹渣等现象。现有过共晶球铁，大量碳原子在固体内扩散引发的缺陷使材料性能明显下降的现象得到了改善，低碳低硅钢性球铁的晶粒细小、宏观特性、力学性质、耐腐蚀性都得到了大幅提高，这种制造方法容易获得质量稳定、成品率高的铸件。资源和废旧物资再生循环得到充分高效利用，是节省金属材料的有效途径。本专利技术的含碳量1.5％-3.0％的铁液的制造方法有两种。其一是在电炉(如中频电炉)中熔制时，需在炉内加石墨电极(50毫米×50毫米块状)1％-2.5％(质量分数)与平均含碳量0.5％的废钢一起熔炼。其二在冲天炉内熔炼时，可不在炉内加碳，由于使用焦碳增碳在熔化过程中自然进行，用平均含碳0.5％的废钢可十分容易得到1.5％碳量的铁液。生产钢性球铁的方法主要是在必要时改变冲天炉风口到炉底间的距离，距离越小，铁液对碳的吸收越少，也可将炉缸取消，将炉底升高到风口线以上，或在冲天炉底砌筑一些溢铁水流的耐火砖格，以调整增碳量。由于焦碳中灰分含量影响增碳，稍许增加焦碳用量，熔化带和铸铁温度也随之增高，促进铁液增碳和提高均匀性。调整焦碳用量可增碳到1.5％-3％，不需额外加入碳元素。本专利技术主张低碳当量，以亚共晶和共晶状态为主导。例如碳量1.5％时铸态晶粒十分细致，宏观颜色呈银亮色、无兰色的氧化铁表面，由于过热或急冷通常的铸造缺陷不见了，晶粒细化、力学性能大幅提高。仅此采用低碳含量的一个举措就可将现有球铁冶炼水平提高一个质量等级。大量采用废钢的低碳低硅的钢性球铁的性能，一般都可以达到GB500-10以上水平。明显好于使用优质高炉生铁现有球铁的性能。2、关于硅本专利技术钢性球铁的硅含量的特征是将硅量控制在1.5％-2.8％之间。本专利技术方法的加硅工艺是将全部或4/5的硅用于孕育处理，在炉中仅加入1/5的硅，甚至在炉中不加硅。由于本方法的含碳量低，熔化温度高，仅仅是由于加入适量的孕育硅，提高铁水的流动性、细化晶粒是加硅的主要目的。本方法采取将硅敷在包底，分两次冲入铁水、随流撒细硅铁粒二至三次瞬时孕育的方法，分别将不需预热的硅铁加入铁流中。大孕育剂和本方法表1中列举的球化剂、变质剂一起加入的办法，处理铁水是十分重要的。3、合金化元素在钢性球铁的熔炼过程中，可以在铁液中加入各种合金元素。本方法的特征在于在电炉中开始熔炼时一次性将各种合金元素一并加入，以降低共熔点，得到过热，达到细化晶粒的目的。藉助球化反应后高温状态时的充分搅拌铁水可细化共晶体，获得均匀的无宏观局域或微晶偏析的高质量铸件。4、除硫方法铁液熔化后，浇注前，冲入浇包中的铁水应在浇包中除硫，每吨铁水加20公斤苏打，可去除硫约60％。加入1/2苏打先用纸袋包装放在包底。另1/2在冲入包内铁水1/2时加入，反应3分钟后加少量石灰或打渣剂除渣，铁水的晶莹程度提高、增加流动性。5、本方法实施例之一的典型配方如下(质量组分)碳1.822％、硅2.75％、硫0.019％、磷0.048％、锰0.505％、铜0.3％、钼0.2％、残余镁0.034％、残余稀土0.02％、其余为铁。在熔化时使用90％的废钢，废钢的平均含碳量为0.5％，废钢为工业废料。在冲天炉中熔化不加碳和硅铁，用铁水总量2.6％的硅铁(硅75％)分三次大剂量孕育，苏打除硫。球化处理时使用球化变质剂，球化变质剂含钙1.45％、稀土7-9％、镁9.47％。球化剂用量占铁水总量的1.8％。经等温热处理(880℃加热30分钟、等温260℃90分钟)抗拉强度达1300Nm。延伸率1.5％硬度HRC48冲击值80Jcm-2。本专利技术方法使用的变质剂如附表4的编号为1、2、3、4等四种，球化剂如附表3中所列举的1、2、3、4等四种。本专利技术附附图说明图1是工艺流程框图。在附图1中将本专利技术制造方法的工艺流程自上端左面从废钢加入熔炉中起向下以框图形式表达如附图1所示。本方法可以用控制不同的铁水流量的方法得到比重7.2-7.7不同比重的逐渐分层冷却的重力浇注的无缺陷的铸件。在浇注零件浇口中不产生补缩现象，这时仅比重略有降低，实现了无压头、无冒口、无缩松、不需补缩的铁水利用率非常高的铸件制造方法。如附图2所示，附图2中铸件1为较快速的大流浇注，图2中的铁流2浇注时。由于高温铁水在浇口杯内急冷收缩成深谷状的，是无用的直浇口铸件的形状，明显浪费大量铁水。附图2中铸件3是用较小的限量的铁水浇注流4经一定时间而得到的完整的充满型腔的无缩松的铸件的形状，可实现无冒口、无压头浇口的重力浇注。二、白口倾向的防止方法大量使用废钢的低碳低硅的亚共晶或共晶成分的钢性球铁，在理论上容易出现白口倾向，渗碳体会大量形成，但本专利技术方法的特征在于对铁水熔化采用高出传统方法很高的高温和过热、熔化温度高、浇铸温度高，高温铁水在型内释放大量的热量直接提高了金属型或砂型型壁的温度。高温的结果是铸件获得大量的铁素体和珠光体组织，实际上促进了石墨化的过程。传统方法从来不用高温铁水加热型腔壁，铸件铁液温度低又被铸型激冷，出现白口，皮下气孔，浇不全等多种铸造缺陷是必然的。本专利技术方法大量采用废钢时铁液中少量的碳化物、氮化物分布在奥氏体的晶界上，阻碍奥氏体晶粒长大，合金化元素形成的弱碳化物，含碳量少时凝固在高温作用下更易于溶在奥氏体的固溶相中，而使晶粒得到特别细化，宏观断口很像钢。由于含碳量少，自由状态的石墨呈球状，形成的孔洞大为减少，缺口敏感性也大幅减少。由于少量的碳在大量铁原子的包围下，在硅、锰等元素大量晶核的作用下，石墨析出物被迅速细化，结晶很细小致密，无宏观石榴状结晶，不像一般球铁而有很像本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度钢性球铁的制造方法的主要特征是在熔炼铁合金溶液时大量采用废钢，明显区别现有技术大量采用优质高炉生铁的方法。废钢是指工业下角料或日常生活中的废旧钢质器材、旧汽车、船舶、军火、钢结构等废料。经破碎小于熔炉直径的料块，加入碳硅等合金元素高温冶炼得到的钢性球铁。本方法的优质钢性球铁铸件首先选用碳素钢废钢，合金结构钢废钢。用废钢是指在熔炼时采用不少于６０％－９５％以上总重的废钢。大部分废钢做原料时，可以获得较优质高炉生铁更为优秀的高质量铸件。钢性球铁强度明显高于现有球铁强度。本专利技术大量采用廉价的废钢制造优秀铸件获得了材料学的突破。使“钢－铁”合二而一，高强度钢性球铁的出现使铁有钢的性能，而低碳似钢的钢性球铁这种新材料又可以像铁一样的方便的实行铸造生产重要零部件。低碳含量的钢性球铁内基体组织中引起应力集中的碳的割裂作用减小，结晶温度范围宽、初生奥氏体枝晶发达而使强度高于过共晶球铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王启振，
申请(专利权)人：王启振，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]