[发明专利]一种含碳化物球墨铸铁铁水的炉外处理方法

说明书

一种含碳化物球墨铸铁铁水的炉外处理方法，属于铸造技术领域。先在中频感应电炉或冲天炉内熔炼含碳化物球墨铸铁铁水，并将铁水的化学组成及其质量分数控制在3.34～3.75％C、1.59～1.88％Si、0.94～1.07％Cr、0.45～0.64％Mn、1.09～1.26％Cu、≤0.06％S、≤0.08％P，Fe余量；当铁水温度达到1483‑1509℃时，将铁水在球化包内预球化，然后用喂丝机先后喂入两种包芯线，处理后的铁水凝固后，石墨球化率高，石墨球尺寸细小，且分布均匀，碳化物呈断网和孤立分布，可以明显提高含碳化物球墨铸铁的强度和韧性。

技术领域

本发明公开了一种球墨铸铁铁水的炉外处理方法，特别涉及一种含碳化物球墨铸铁铁水的炉外处理方法，属于铸造技术领域。

背景技术

球墨铸铁具有比普通灰铸铁更高的强度和更好的韧性，在工业生产中获得了广泛应用。为了弥补球墨铸铁硬度低和耐磨性差的不足，在球墨铸铁中添加强碳化物生成元素，获得含碳化物球墨铸铁，经等温淬火后，可以获得含有针状铁素体、球状石墨、高碳奥氏体以及一定含量碳化物的球墨铸铁，具有硬度高，强韧性好等特点，可应用于农业机械、采矿设备、铁路等领域，具有优异的耐磨性。用于制造球磨机磨球，其磨损失重是低铬铸铁磨球的三分之一，无破碎和失圆现象。

为了进一步提高含碳化物球墨铸铁的性能，中国发明专利CN 106834902公开了一种高耐磨性含碳化物奥铁体球墨铸铁及其制备方法，该发明改进了含碳化物奥铁体球墨铸铁的配方，即其元素组成按质量百分比计为：C：3.50～3.90％、Si：2.90～3.50％、Mn：1.30～1.70％、P＜0.08％、S：＜0.012％、RE：0.01～0.04％、Mg：0.025～0.04％、Cr：0.08～0.18％、V：0.17～0.32％、Ti：0.08～0.18％、Cu：0.30～0.40％、B：0.001～0.006％，余量为Fe，RE为稀土金属，优选Y。中国发明专利CN 105420594还公开了一种含碳化物等温淬火球墨铸铁锤头，其组分按重量百分比包括：碳：3.4～3.8％，硅：2.2～3.0％，锰：0.2～0.5％，铬：0.4～0.6％，钼：0.2～0.3％，铜：0.4～0.6％，镍：0.3～0.4％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁。该发明还公开了上述含碳化物等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括：熔炼；浇注；热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温，等温淬火得到含碳化物等温淬火球墨铸铁锤头，等温淬火温度为240～280℃，等温淬火时间为3.5～4.5h。该发明还公开了上述含碳化物等温淬火球墨铸铁锤头的应用。中国发明专利CN 107142353还公开了一种奥氏体-贝氏体球墨铸铁磨球的制备方法，按照成分重量比：C:3.5～3.8％；Si:2.0～2.5％；Mn:2.0～2.5％；Mg:0.04～0.06％；Cr:0.5～0.8％；Mo:0.15～0.3％；Re:0.02～0.03％；P≤0.03％；S≤0.03％，Fe及不可避免的杂质配料并熔炼，通过喂丝球化法进行球化孕育处理，浇铸出球墨铸铁磨球，然后采用等温盐浴淬火进行热处理，最后进行清洗和低温回火，得到奥氏体-贝氏体球墨铸铁磨球；钙方法制备的磨球显微组织主要为石墨、残余奥氏体、碳化物、针状贝氏体及少量马氏体，所生产出不同直径的磨球硬度为HRC55-62，而且内外硬度差值小于5，冲击韧性α_k为5～16J/cm²，落球次数≥20000次，具有良好的耐磨性、冲击韧性和较好的综合力学性能。中国发明专利CN 105274423还公开了一种含碳化物的等温淬火球墨铸铁及其制备方法，所述球墨铸铁的化学成分为(wt.％)：C3.3～3.8、Si1.5～2.5、Cr0.2～0.7、Mn0.4～1.0、Mo0.2～0.6、V0.02～0.08、Ni0.2～0.5、Cu0.15～0.30、Mg0.015～0.030、RE0.02～0.05、S≤0.080、P≤0.080，Fe余量。制备过程包括：原料的配制和中频炉冶炼；铁液的球化处理和孕育处理；等温淬火热处理。该发明通过添加微量V元素并适当降低Si的含量，以获得细小弥散分布的碳化物组织，这种组织使得该球墨铸铁的耐磨性能有较大提高，同时通过添加少量Ni，提高球墨铸铁的冲击性能。中国发明专利CN104233051还公开了一种含碳化物奥铁体球墨铸铁组成及质量百分含量为：C:3.10～3.60；Si:2.50～3.50；Mn:0.4～1.2；P≤0.040；S≤0.008；Mg:0.02～0.04；RE:0.02～0.045；Cr:0.30～1.80；V:0.19～0.60；余量为铁。其制备方法步骤如下：熔炼：配制原料，加热熔炼；将VNCR-80稀土镁球化剂置于包底凹槽，放置VI-370硅钡合金孕育剂，球化孕育后即制得铁液；将铁液浇注在砂型型腔中，冷却后即制备含碳化物和石墨球的珠光体基体球墨铸铁；将珠光体基体球墨铸铁放入加热至250～300℃的45％KNO₃+55％NaNO₃熔盐中，保温1.5～3.0小时后，再冷却至常温，得到该发明所述的含碳化物奥铁体球墨铸铁。该发明的球墨铸铁是一种硬度高，强度高，韧性和耐磨性能好的含碳化物奥铁体球墨铸铁。中国发明专利CN105986052还公开了一种高抗磨性的CADI球墨铸铁钢钎/镐钎及其生产方法，在球墨铸铁原铁水中按炉内铁水重量百分比加入99.9％的纯钨棒0.15～0.53％、钒铁合金0.20～0.50％，熔炼钨钒合金球墨铸铁原铁水，原铁水经过球化处理和孕育处理后所浇注的钢钎/镐钎经过冷却、清理、抛丸、机械加工后，在860～920℃进行奥氏体化处理和在230～320℃进行等温淬火处理，金相组织由奥铁体+碳化物+石墨球组成。该发明生产的CADI球墨铸铁钢钎/镐钎具有很高的冲击韧性和抗磨性，心部韧性高，不会断裂，表面硬度高，极抗磨损，使用寿命长。中国发明专利CN 105838972还公开了一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁，含有以下百分比含量的元素成分：C3.0-3.7％、Si2.7-3.2％、Mn1.0-1.5％、Nb0.2-0.3％、Ni0.2-0.4％、V0.2-0.3％、Mg0.02-0.04％、RE0.02-0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质，该发明还公开了一种含碳化物的奥氏体球墨铸铁的制备方法，包括熔炼、球化孕育、浇注、热处理等步骤，经等温油淬处理工艺得到了贝氏体为主+残余奥氏体+少量马氏体的基体组织，且组织分布均匀，进一步提高CADI的力学性能，具有很好的韧性、硬度和耐磨损性能，且生产制备工艺简单。中国发明专利CN 105132790还公开了一种含钒碳化物奥铁体球墨铸铁，其组成及质量百分含量为：C:3.20～3.70；Si:2.50～3.30；Mn:0.4～0.8；P≤0.040；S≤0.007；Ce:0.01～0.04；Mg:0.01～0.04；Cr:0.30～1.80；V:0.25～0.70；余量为铁。其制备方法如下：(1)将生铁、废钢、锰铁和钒铁加热熔炼；(2)将稀土镁球化剂置于包底凹槽，上面放置孕育剂；浇注温度1350～1430℃，浇注时间10～30秒，冷却后得到球墨铸铁；(3)将冷却后的球墨铸铁，加热至850～920℃，保温2～4小时，然后放入280～320℃的45％KN03+55％NaN03熔盐中，保温1～3小时，取出冷却至常温，得到该发明所述的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁。该发明的含钒碳化物奥铁体球墨铸铁是一种高韧性高硬度、综合力学性能好的含碳化物奥铁体球墨铸铁。中国发明专利CN 104831024还公开了一种奥铁体球墨铸铁磨球等温淬火热处理工艺，将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁磨球加热至900～950℃，保温1～4小时，然后迅速淬入温度为220～300℃的质量百分比浓度为50％NaNO₂+质量百分比浓度为50％KNO₃的硝盐溶液中，保持时间2～4小时，然后取出在空气中冷却至室温，最终制得的一种奥铁体球墨铸铁磨球，该发明涉及的这种奥铁体球墨铸铁磨球等温淬火热处理工艺，该磨球的体积硬度HRC55，磨球本体的冲击韧性可达到12.0J/cm²，落球冲击疲劳寿命达到13000次。中国发明专利CN 104831156还公开了一种奥铁体球墨铸铁磨球微合金化处理方法，奥铁体球墨铸铁磨球的化学元素组成的质量百分比中所设定的0.03～0.07％B、0.06～0.12％Ti和0.03～0.2％V的要求，分别折算成BFe、TiFe和VFe合金的质量百分比，称量后破碎至0.5～1.0mm，随同球化剂和孕育剂一同加入包内，当出铁时，利用高温铁液的热量和搅拌作用，使得BFe、TiFe和VFe合金细颗粒熔解在铁液中，为铁液所吸收，完成微合金化处理。该发明涉及的这种奥铁体球墨铸铁磨球微合金化处理方法，此方法的B、Ti、V合金元素的吸收率较高，使制得的奥铁体球墨铸铁磨球的石墨球和碳化物分布均匀且细化，力学性能提高。