變質鋼及其生產方法

2023-09-21 01:18:50

專利名稱：變質鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域一種變質鋼產品及其生產方法。
背景技術：
自十九世紀末出現球墨鑄鐵已來，已使得普通鑄鐵在工業上的應用發生了極大的變化。到了20世紀後期，由於變質劑的不斷改進，石墨由片狀變成點狀(顆粒直徑以微米計)，於是出現了「點狀石墨鑄鐵」這一概念。變質後的點狀石墨鑄鐵較球墨鑄鐵各方面性能都有所提高。但碳化物的細化問題一直沒有實質性進展，使得鑄鐵的性能始終得不到根本的改善，儘管多年來對此進行了大量的研究和不懈的努力，效果仍不夠明顯。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，對鑄鐵進行變質處理，使變質處理後的鑄鐵的內部組織中的碳化物充分細化，使之與某些鋼材類似從而形成一個新的鋼種——變質鋼。
本發明的技術解決方案是，提供一種能實現上述目標的變質鋼及其生產方法。這種變質鋼含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的矽，0.7～1.5％的錳，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，餘量為鐵。
所述變質鋼的生產工藝流程如下(1)、配料根據工件用途在上述成分範圍內選擇適當成分配料裝爐；(2)、熔化1450℃以上溫度中進行熔化；(3)、變質處理當鐵水溫度達1450℃即採用變質劑進行變質處理，變質劑每爐用量為每爐金屬總量的1.4～1.8％，用衝熔法加入或直接加入，然後攪拌，再靜置3～5分鐘；(4)、鑄件或鑄錠澆鑄，澆鑄溫度≥1300℃；(5)、鑄件熱處理或鑄錠熱處理鑄件熱處理①退火400℃加熱保溫一小時，隨爐冷卻(消除應力要求)，或950℃加熱3小時，隨爐冷卻(機加工要求)；②淬火950℃保溫5小時，冷卻至800℃水淬。
鑄錠熱處理均勻化退火→熱變形→冷變形→退火→精加工→淬火→回火。
按上述方法得到的新型金屬材料，稱為變質鋼(又稱BZ鋼)它具有下述特點(1)、成份簡單，沒有添加任何其它合金元素，只在變質處理時加入少量變質劑。且對鑄鐵質量要求不高，一般14～18號鑄鉄即可，故材料成本低。
(2)、所用305變質劑不含易產生火光煙霧的鎂，生產環境安全。鑄鐵變質後，其變質效果在鐵水包內可較長時間保持，特別有利於澆鑄工作的順利進行。而且舊料可以回爐，回爐的舊料能繼續保持相當程度的變質效果，對節約變質劑十分有利。
(3)變質後的鑄錠必須經過高溫退火。其目的是對鑄錠中經過變質了的碳化物顆粒形態、數量及分散程度進行控制，使其得到有利於進一步壓力加工或機械加工的組織，以便按需要進行各種成型加工(包括鍛造、壓延、拉伸及車、鉗、飽、銑、磨等)。
(4)完成成型工作，可像合金鋼一樣進行各種形式的熱處理。經淬火回火處理的工件，可得到HRC55-65的硬度及4-10J/cm2的韌性。
(5)為了滿足某些特殊性能(如提高耐磨耐蝕性能等)可添加少量合金元素，如在原料中添加少量Cr，不但可提高耐酸能力，而且還可提高其機械性能及淬透性。
變質鋼經變質處理後其碳化物已被極大地「破碎」。隨後的退火處理，只需950℃，3小時保溫，便能基本溶解，基體組織已變成珠光體+鐵素體，碳化物只剩下少量未溶解的分布在基體上。由於變質鋼退火後具有珠光體+鐵素體為基體組織，使得這種材料具有了很好的壓力加工性能。變質鋼的淬火組織為馬氏體基體上分布著一些細小殘餘碳化物的組織，已與許多鋼的組織類似。它的性能是根據使用的需要，由其C、Si、Mn的含量及所採用的熱處理方式決定的，它的機械性能如表(1)所示表(1)

變質鋼的工藝性能如下①、熔化溫度不太高，只需超過1450℃。變質處理用衝溶法在澆包中進行，因不含Mg，衝溶過程無火光及大量煙塵。環保條件較好。
②、澆鑄在＞1300℃以上進行，因碳含量接近共晶點流動性好。
③、鑄錠退火後「破碎」的碳化物較易溶解於基體，大量存在的鐵素體使得退火的鑄錠有極好的加工性能，不但可以進行車、鉗、刨、銑、磨，而且可進行熱鍛、模壓、熱壓，熱軋時變形能力可達＞40％。有利於材料加工成板材、帶材、型材、棒材。
④、加工成形後的材料，可進行各種類型的熱處理。淬火+回火可使材料的HRC提高到55-65。在高溫保溫一段時間冷至800℃，工件可直接淬入水中，不會引起開裂和變形。
⑤、由於BZ鋼沒加入其它合金元素，故抗氧化能力較差，如需提高抗氧化能力，添加少量的Al即可。如還有其它特殊性能的要求，可加入少量其它含金元素，如為了提高耐酸能力，可加入少量Cr。Cr不但能提高耐酸能力而且還能提高機械性能。也即提高了變質效果。
⑥、由於BZ鋼的基體組織與鋼的基本一致，故其與鋼的焊接性很好，焊縫過渡區均為冶金結合。
⑦、變質鋼可在極大程度上改變普通生鐵及灰鑄鐵的組織性能。其強度、硬度及韌性指標已達到某些合金鋼的水平，可在相當程度上代替合金鋼。
⑧、變質鋼既是一種成本低性能好的鑄造材料，又是一種具有高變形能力的加工型物美價廉的材料。只要掌握了變質處理及相應的熱處理技術，就能達到預期目的。
⑨、根據當前各種金屬特別是希貴金屬大漲價的情況，節約Ni、Cr、Mo、V、Ti、W----等合金鋼常用元素，是非常重要的工作。變質鋼的優點之一，就是有可能代替部分合金鋼。因此大力推廣變質鋼是一件對社會有重大意義的事情。變質鋼的應用前景預計變質鋼既具有鐵的成分，又具有鋼的組織和性能；既具有良好的鑄造本質，又可承受大量變形壓力，淬火、回火後還能得到極高的強度和韌性。而且這種變質鋼成本低，機械性能好，可代替多種合金鋼，是值得大力開發的結構型材料，有著廣泛的應用前景，參見表(2)所例其可應用的範圍如下表(2)

目前變質鋼已在一些企業開始應用，如製作球磨機襯板和磨球、軋輥、導餵、壓模、衝模、鑄模等方面進行試生產。
具體實施例方式
實施例1，本例變質鋼的成分及其含量取值為2.5％的碳，0.8％的矽，0.7％的錳，0.025％的硫及0.025％的磷，餘量為鐵。
生產工藝流程如下(1)、配料按上述成分配料裝爐，總量200kg，其中碳5kg、矽1.6kg、錳1.4kg、硫0.05kg、磷0.05kg、18#生鐵132kg、廢鋼59.9kg；(2)、熔化採用200kg中頻爐，升溫至1450℃溫度將鐵水熔化；(3)、變質處理當鐵水溫度達到1450℃以上時，取305變質劑3公斤用衝熔法加入，進行變質處理。加入後對爐中熔化的液體變質鋼進行攪拌，攪拌後靜置3分鐘；(4)、鑄件實施鑄件澆鑄，澆鑄溫度＞1300℃；(5)、鑄熱處理①、退火(消除應力)400℃加熱保溫一小時，隨爐冷卻；②、淬火950℃保溫5小時，冷卻至800℃保溫30分水淬。
實施例2，本例變質鋼的成分及其含量取值為3.0％的碳，0.8％的矽，1.2％的錳，0.025％的硫及0.025％的磷，餘量為鐵。
生產工藝流程如下(1)、配料按上述成分配料裝爐，配料總量10t，其中碳300kg、矽80kg、錳120kg、硫5kg、磷5kg、18#生鐵8t、廢鋼1.49t；(2)、熔化熔煉爐為10噸中頻爐，1450℃溫度下將鐵熔化；(3)、變質處理當鐵水溫度達到1450℃以上時，取305變質劑150kg直接加入進行變質處理。通電攪拌2分鐘後靜置5分鐘準備澆鑄；(4)、鑄錠實施鑄錠澆鑄，澆鑄溫度1300℃；
(5)、鑄錠熱處理均勻化退火→熱變形→冷變形→退火→精加工→淬火→回火即成。以上鑄錠生產的前幾道工序與鑄型生產一樣只是到鑄錠時改成適合軋板要求的錠模。模溫應大於400℃。詳細說明如下①均勻化退火950℃3小時後爐冷。
②熱軋前加熱950℃3小時加熱，快速出爐軋制。軋完本道次需再退火，可再經950℃保溫30分鐘退火。
此外，變質鋼生產過程中要主意的幾個重要問題是(1)、變質劑它是變質鋼生產的關鍵材料，由多種材料組合而成。應採用主要成分由稀土矽鐵、矽鐵、矽鈣合金及微量元素配製的市售305變質劑。
(2)、變質鋼經過變質處理後，一定要經相應的熱處理才能獲得最佳效果。
(3)、變質鋼的最大特點是使鐵變為具有鋼的組織與性能及其低廉的生產成本。因此，開發變質鋼應充分考慮這一特點。
(4)、淬火及回火後的變質鋼，不但具有高硬度而且韌性很好。
(5)、本發明在軋鋼機另件，汽車另件，多種模具的製作方面代替某些合金鋼，能發揮更好的作用。
實施例1～2的工業性生產試驗中，原料無水份、無泥汙、無油汙、無鏽蝕以及其它汙染。
權利要求
1.一種變質鋼，含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的矽，0.7～1.5％的錳，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，餘量為鐵。
2.一種專用於權利要求1所述的變質鋼的生產方法，其特徵在於，該方法為下述生產工藝流程(1)、配料根據工件用途在上述成分範圍內選擇適當成分配料裝爐，(2)、熔化1450℃以上溫度中進行熔化，(3)、變質處理當鐵水溫度達1450℃即採用變質劑進行變質處理，變質劑每爐用量為每爐金屬總量的1.4～1.8％，用衝熔法加入或直接加入，然後攪拌，再靜置3～5分鐘，(4)、鑄件或鑄錠澆鑄，澆鑄溫度≥1300℃，(5)、鑄件熱處理或鑄錠熱處理鑄件熱處理①退火400℃加熱保溫一小時，隨爐冷卻(消除應力要求)，或950℃加熱3小時，隨爐冷卻(機加工要求)，②淬火950℃保溫5小時，冷卻至800℃水淬，鑄錠熱處理均勻化退火→熱變形→冷變形→退火→精加工→淬火→回火。
3.根據權利要求2所述的變質鋼的生產方法，其特徵在於，所述變質劑為305變質劑。
全文摘要
本發明公開了一種變質鋼及其生產方法。這種變質鋼含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的矽，0.7～1.5％的錳，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，餘量為鐵。生產方法為下述工藝流程配料、熔化、變質劑變質處理、鑄件或鑄錠、熱處理。該鋼種既具有鐵的成分，又具有鋼的組織和性能；既具有良好的鑄造本質，又可承受大量變形壓力，甚至淬火、回火後還能保留極高的強度和韌性。成本低，機械性能好，可代替多種合金鋼，是值得大力開發的結構型材料，有著廣泛的應用前景。
文檔編號C21D6/00GK1718826SQ200510031968
公開日2006年1月11日 申請日期2005年8月3日 優先權日2005年8月3日
發明者肖治平, 肖履維 申請人:肖治平