一种灰铸铁及其冶炼方法技术

本发明专利技术提供一种灰铸铁及其冶炼方法，涉及冶金材料技术领域。该灰铸铁的化学成分包括非金属合金元素、金属合金元素、余量的铁以及不可避免的杂质，其中，以灰铸铁总质量为100％计，非金属合金元素包括C：2.8‑3.2％、Si：2.2‑2.4％、P：≤0.2％和S：≤0.15％；金属合金元素包括Cr：0.25‑0.35％以及Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb中的至少一种，且金属合金元素除Cr外的总含量为1.5‑1.6％。本发明专利技术提供的灰铸铁，通过合理设计其化学成分，使灰铸铁能够满足机床基础件的性能需求，并且可以采用废铁料和废钢料作为主炉料，从而提高了原料选择及配比的灵活性，降低了原料成本及生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种灰铸铁及其冶炼方法
本专利技术属于冶金材料
，具体涉及一种灰铸铁及其冶炼方法，尤其涉及一种采用全废旧料所生产的高强度机床类灰铸铁及其冶炼方法。
技术介绍
灰铸铁因具有良好的阻尼性能或减震性以及高耐磨性，因而被广泛应用于制作机床基础件。尤其是作为机床关键部件的导轨，由于在机床工作时需反复受力，因此通常采用高强度的灰铸铁制造。为严格控制灰铸铁的冶金性能，一般需严格限定灰铸铁的化学成分，相应的，用于冶炼灰铸铁的原料多是以化学成分较为确定的钢板和生铁作为主炉料，或者以钢板和增碳剂作为主炉料，并通过加入适量的镍、铬、钼、铜等贵重合金以调节合金元素的成分，这样虽然能够获得具有理想冶金性能的灰铸铁，但同时也会导致大大提高灰铸铁的原料成本。特别是随着近几年金属行业生铁、钢板以及各类合金材料的价格上涨，进一步增加了灰铸铁的原料成本。专利申请CN101709424A中公开了一种灰铸铁熔炼配方，该配方包括优质增碳剂、废钢和回炉料，三者的比例为15-25％：45-55％：25-35％。该技术所涉及灰铸铁配方以优质增碳剂为主，加入废钢和回炉料比例不高，因此对原料成本的控制幅度有限；并且，所得到的灰铸铁为一般灰铸铁，材料力学性能较低。专利申请CN103074538A中公开了一种微合金化超高强度高碳当量灰铸铁的制备方法，该技术所涉及灰铸铁主要针对缸盖等超高强度产品，因此主要原料为废钢和优质增碳剂，并需额外加入多种合金原料，以及通过加入RE-Ca-Si-V-Ti-N强化剂和Zr-Mn-Si强化剂等引入合金元素强化组织，因此原料成本更高。发表在期刊《铸造》中的论文《HT300合成铸铁力学性能及断裂特征》中尝试采用废钢、增碳剂及一定比例的回炉旧料作为铸铁原料，而不使用高成本的生铁，以降低原料成本并同时消减生铁遗传性所带来的不利影响。但是由于使用了相当量的增碳剂，因此铸铁的原料成本降低幅度有限。由此可见，目前关于灰铸铁的冶炼铸造，虽然已有报道探索采用废钢以及回炉旧料作为主炉料，但由于现有灰铸铁对合金种类和含量的要求较为严格，因此废钢、回炉旧料等在主炉料中的占比有限，原料成本降低幅度也有限。因此，开发出一款适合机床基础件的灰铸铁新配方，并且能够利用废铁料、废钢料等废旧料作为主炉料，仍旧是目前需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供一种灰铸铁，其能够用于机床基础件并能够利用废旧料作为主炉料。本专利技术还提供上述灰铸铁的冶炼方法，采用废旧料作为主炉料，能够大幅度降低灰铸铁的原料成本并保证灰铸铁的机械性能。为实现上述目的，为本专利技术所提供的灰铸铁，其化学成分包括非金属合金元素、金属合金元素、余量的铁以及不可避免的杂质，其中，以灰铸铁总质量为100％计，非金属合金元素包括C：2.8-3.2％、Si：2.2-2.4％、P：≤0.2％和S：≤0.15％；金属合金元素包括Cr：0.25-0.35％以及Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb中的至少一种，且金属合金元素除Cr外的总含量为1.5-1.6％。本专利技术合理设计了灰铸铁的化学成分，通过Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb中的至少一种金属合金元素以及Cr元素来保证铸件的强度，并设计合理的C、Si以及碳当量来确保灰铸铁石墨化程度，从而确保灰铸铁具有较高的品质。尤其是，本专利技术所提供的灰铸铁，由于能够包含Cr以及Mn、Cu、Mo、Ni、Sn、Sb等较多种类的金属合金元素组合，并且金属合金元素的总含量高于传统灰铸铁，因此拓宽了原料的种类和加入比例范围，特别是能够使用废铁料和废钢料作为主炉料以确保非金属合金元素的含量并引入金属合金元素，因此无需使用生铁、钢板、增碳剂，也无需大量加入贵重金属等高成本的原料，从而提高了原料选择及配比的灵活性，同时还降低了原料成本。具体的，灰铸铁的微观组织为铁素体与珠光体的复合组织，其中珠光体的面积比例为98％以上，其余为铁素体。在本专利技术具体实施过程中，一般珠光体的面积比例为98-99％，相应铁素体的面积比例为2-1％。进一步的，在本专利技术某些实施例中，通常灰铸铁中石墨长度大于12mm且不大于25mm(12mm＜石墨长度≤25mm)。按照国家标准GB/T7216-1987《灰铸铁的金相组织标准》划分，石墨长度级别为4级。在本专利技术一些实施例中，该灰铸铁是由包括有如下步骤的方法冶炼得到：配制并熔炼原料，使所得到的目标铁水中Si的含量达到1.6-1.9％，除Si之外的非金属合金元素含量以及金属合金元素均满足灰铸铁的化学成分要求；对目标铁水实施孕育处理和浇注成型，使成型铸件的Si含量达到灰铸铁的化学成分要求。本专利技术所提供的灰铸铁，其可以采用传统灰铸铁的原料，比如采用化学成分较为准确的生铁、钢板以及增碳剂作为原料，并加入适量的贵金属，只要能够达到灰铸铁的化学成分及微观组织即可。如前所述，由于本专利技术所提供的灰铸铁中可含有较多种类的金属元素组合，且金属合金元素的总含量较高，因此，该灰铸铁尤其可以采用废钢料和废铁料作为主炉料，以在非金属合金元素达到工艺要求的同时，还进一步引入Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb等中的至少一种金属合金元素，然后根据灰铸铁的化学成分要求加入适量的锰铁和/或铬铁，甚至无需加入锰铁和铬铁，从而大幅度降低原料成本，并同时保证灰铸铁的性能达到机床基础件的要求。具体的，采用废铁料和废钢料配置并熔炼原料的工艺过程包括：配制并熔炼废铁料和废钢料，使所得到的第一铁水中除Si之外的非金属合金元素含量满足灰铸铁的化学成分要求，Si的含量达到1.6-1.9％；向上述第一铁水中加入锰铁和/或铬铁并继续熔炼，得到目标铁水。在上述冶炼过程中，采用废铁料和废钢料作为主炉料，熔炼所得到第一铁水中C的含量达到2.8-3.2％、Si的含量达到1.6-1.9％、P的含量不超过0.2％、S的含量不超过≤0.15％；同时还可能引入了Cr元素以及Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb中的至少一种金属合金元素。若第一铁水中的金属合金元素含量达到了灰铸铁的化学成分要求，即Cr的含量达到了0.25-0.35％，同时除Cr以外的金属合金元素的总含量达到了1.5-1.6％，则无需加入其它炉料，第一铁水即为目标铁水，可继续实施孕育处理和浇注成型。反之，若Cr的含量小于0.25％，则可向第一铁水中加入适量的铬铁以使Cr含量达到灰铸铁的化学成分要求；若Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb的含量之和小于1.5％，则可向第一铁水中加入适量的锰铁以达到工艺要求。上述原料经过熔炼所得到的目标铁水中，除Si以外的合金元素均达到了灰铸铁的成分要求，然后即可实施孕育处理和浇注成型，并在此过程中实现Si的补足，最终得到理想化学成分及微观结构的灰铸铁铸件。本专利技术还提供上述灰铸铁的冶炼方法，包括如下步骤：配制并熔炼原料，使所得到的目标铁水中Si的含量达到1.6-1.9％，除Si之外的非金属合金元素含量以及金属合金元素均满足灰铸铁的化学成分要求；对目标铁水实施孕育处理和浇注成型，使成型铸件的Si含量达到灰铸铁的上述化学成分要求。如前所述，在本专利技术一些实施例中，是采用废铁料和废钢料作为主炉料，然后可根据实际情况确定是否要进一步加入其它合金原料，以得到所需要的目标铁水。其中，若Cr含量不足，则可相应加入适量的铬铁；若除Cr之外的其它金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的化学成分包括非金属合金元素、金属合金元素、余量的铁以及不可避免的杂质，其中，以所述灰铸铁总质量为100％计，所述非金属合金元素包括C：2.8‑3.2％、Si：2.2‑2.4％、P：≤0.2％和S：≤0.15％；所述金属合金元素包括Cr：0.25‑0.35％以及Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb中的至少一种，且所述金属合金元素除Cr外的总含量为1.5‑1.6％。

【技术特征摘要】
1.一种灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的化学成分包括非金属合金元素、金属合金元素、余量的铁以及不可避免的杂质，其中，以所述灰铸铁总质量为100％计，所述非金属合金元素包括C：2.8-3.2％、Si：2.2-2.4％、P：≤0.2％和S：≤0.15％；所述金属合金元素包括Cr：0.25-0.35％以及Mn、Cu、Mo、Ni、Sn和Sb中的至少一种，且所述金属合金元素除Cr外的总含量为1.5-1.6％。2.根据权利要求1所述的灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的微观组织为铁素体与珠光体的复合组织，且珠光体的面积比例为98％以上；所述灰铸铁中石墨长度大于12mm且不大于25mm。3.根据权利要求1或2所述的灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁是由包括有如下步骤的方法冶炼得到：配制并熔炼原料，使所得到的目标铁水中Si的含量达到1.6-1.9％，除Si之外的非金属合金元素含量以及金属合金元素均满足灰铸铁的化学成分要求；对所述目标铁水实施孕育处理和浇注成型，使成型铸件的Si含量达到所述灰铸铁的化学成分要求。4.一种权利要求1-3任一项所述的灰铸铁的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：配制并熔炼原料，使所得到的目标铁水中Si的含量达到1.6-1.9％，除Si之外的非金属合金元素含量以及金属合金元素均满足灰铸铁的化学成分要求；对所述目标铁水实施孕育处理和浇注成型，使成型铸件的Si含量达到所述灰铸铁的化学成分要求。5.根据权利要求4所述的冶炼方法，其特征在于，所述配置并熔炼原料包括：配制并熔炼废铁料和废钢料，使所得到的第一铁水中除Si之外的非金属合金元素含量满足所述灰铸铁的化学成...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛正石，郭勇，贾晓勇，李泽，王岩，宋国官，
申请(专利权)人：中车大连机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21