一種高強度低應力鑄鐵材料及製備工藝的製作方法
2023-05-12 14:20:06 2
專利名稱：一種高強度低應力鑄鐵材料及製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度低應力鑄鐵材料及製備工藝，屬於材料加工領域。
背景技術：
傳統生產高牌號(HT300)灰鑄鐵件，採用低碳低矽低碳當量的原則，來達到高強度鑄件，其化學成分要求如下c :2. 8 — 3. 1 Si 1. 3—1. 7 Mnl.O —1.2 P < 0. 12 S
<0. 12，由此，鑄件強度和硬度達到要求，但鑄件內應力大大增加，易出現裂紋，鑄件邊角硬度高，不易切削加工。而且，鑄造應力大，鑄件易變形；為了降低鑄件內應力，必須進行熱處理才能消除，才能使用達到的要求。這樣，在生產過程中，生產周期較長，成本偏高。因此如能研發出一種抗拉強度高，鑄造應力小，且鑄造性能好的新材料，將顯得十分必要。
發明內容
本發明的目的之一在於提供一種高強度低應力鑄鐵材料，採用「低碳/高矽/中錳加合金」的原則，實現高強度低應力。本發明的目的之二在於提供所述一種高強度低應力鑄鐵材料的製造工藝。本發明是採用「低碳/高矽/中錳加合金」的原則，實現高強度低應力，其化學成分控制如下C3. 00 3. 3% Sil. 8 2. 2% MnO. 8 1. 0 % P < 0. 12 % 0. 5% 彡 S < 0. 10 % CrO. Γ0. 25%其餘為鐵；配料時加大廢鋼量，減少原始石墨的數量，使熔化過程中的滲碳石墨大量進入鐵液，增加共晶團數量，抑制石墨的長大。矽含量提高，主要是加大孕育量 (採用矽鋇複合孕育劑)促進石墨化，使晶粒細化，從而提高強度和硬度，減小鑄造應力。本發明的目的之一是這樣實現的，所述的高強度低應力鑄鐵材料的化學成分為 C :3—3. 3%, Si 1. 8—2. 2%, Mn 0. 8—1. 0%, Cr 0. 1—0. 25%, ρ < 0. 12 %, 0. 5% < S
<0. 1% ；其餘為鐵，所述百分數為質量百分數。它是由下述重量份的原料製成的Ζ18生鐵140—160份，回爐料190—210份，廢鋼580— 610份，Cr含量為1. 5%的含鉻廢鋼55— 65份，75矽鐵12 —18份，65錳鐵8 —12 份，層焦90—110份，石灰石30— 35份；其中孕育劑佔總重量份的0. 5%，底焦高度2300— 2400mm。優選由下述重量份的原料製成的Z18生鐵150份，回爐料200份，廢鋼530份， 含鉻廢鋼60份其中Cr含量為1. 5%，75矽鐵15份，65錳鐵10份，層焦100份，石灰石33 份，其中孕育劑佔總重量份0. 5%，底焦高度2300—2400mm，所述百分數為質量百分數。本發明的目的之二是這樣實現的
⑴採用10噸沖天爐熔煉，風量控制在15(Tl60m7min，風壓控制在15 — 16KPa，不斷補加接力焦，確保底焦高度在2300— 2400mm ；從而確保含碳量在3 — 3. 3%的範圍之內； ⑵出爐溫度控制在1420°C 士 10°C ； ⑶孕育量控制在0.5%，孕育後的白口寬度在2mm之內； ⑷澆注溫度控制在1360°C — 1380°C範圍之內；孕育方法採用衝入法；單包澆注時按常規方法處理，兩包同時澆注大型鑄件時；當一包接滿後，另一包需等二十分鐘以上者須採取第一包先接三分之二所需鐵水量等待；待第二包處理完後，再將第一包加三分之一鐵水並進行孕育處理。即縮短兩包之間的孕育時間，防止孕育衰退。優選採用10T/H大間距雙排風口沖天爐進行熔煉，其熔化溫度控制在10-12T/H， 焦鐵比為1 -J. 5—8. 5 ；其製備工藝如下
①通過各種原材料的化驗結果計算出加料料單，單批鐵料為1000份，料單為Z18生鐵140—160份，回爐料190—210份，廢鋼580—610份，Cr含量為1. 5%的含鉻廢鋼55— 65份，75矽鐵12—18份，65錳鐵8—12份，層焦90—110份，石灰石30— 35份，孕育劑佔總重量份0. 5%，底焦高度2300— 2400mm ；
②開爐前的準備首先對爐膛內主要尺寸進行檢查熔化帶直徑控制在1200— 1400mm,風口區直徑控制在960— 1000mm,上排風口角度4一6度，下排風眼角度8 —12度； 挑選底焦，採用二級鑄造焦炭，固定碳含量大於85%，塊度為150-250mm，其他成分在國標規定的範圍內；
③開爐過程控制打爐底，並用柴火鋪好來保護爐底，先加入2/3的底焦，然後點火，烘爐1.8—2. 2小時，待底部柴火和焦碳完全燃燒後，封好爐門，開始送風，觀察加料口火苗的顏色，若火苗的心部呈白色，停風加入剩餘的1/3的底焦，測量底焦高度，未達到時補加底焦，達到2300—2400mm的範圍後，開始加料，加料順序為生鐵一回爐料一廢鋼一75矽鐵、 65錳鐵一層焦一石灰石，加滿料後，燜爐15 30min後，送風熔煉，風量控制在15(Tl60m7 min，風壓控制在15 16KPa，同時，正常開風前期，將前爐出渣口打開，對前爐爐缸進行預熱烘乾；
④鐵水處理及澆注鐵水熔化到一定量後，溫度控制在145(Γ1480度出爐，同時加入 0. 5%的SfBiTCa孕育劑在出鐵槽中，使之隨流孕育進入鐵水包中，改善石墨形態，細化晶粒，提高組織的均勻性，延緩孕育衰退時間；
放完鐵水後進行拔渣處理，防止渣子進入鑄型；所需的鐵水準備好以後，進行澆注前的準備工作，澆注溫度控制在1360-138(TC，澆水前清理澆包口的浮渣，並測溫後加入覆蓋劑， 溫度在要求範圍內，進行澆注，澆注成鑄件，澆注完成後，按照鑄件保溫工藝要求進行保溫。以上所述百分數為質量百分數。本發明通過對產品化學成分的調整、特別是加入鉻鐵，直接改善產品的內在組織， 提高了鑄件的強度和硬度；加強過程控制和孕育處理，有效地提高了材料性能，降低產品的內應力。通過對高強度低應力新材料研究實驗，其鑄造性能良好；即鑄件在相同化學成分情況下，鑄件的強度、硬度、金相組織以及內應力等性能明顯優於國標規定要求；鑄件內應力明顯下降，消除鑄件筋板裂紋和變形，鑄件不再需要熱處理，提高了產品的質量和生產效率，節約了生產成本。僅減少退火處理，以年生產10000噸，年可節約生產成本80.6萬元。 同時產品質量得到了明顯提高，加工性能和使用性能良好，是一種可以穩定使用的鑄造新材料。
具體實施例方式本發明可以通過發明內容中說明的技術具體實施，通過下面的實施例可以對本發明作進一步的描述，然而，本發明的範圍並不限於下述實施例。實施例1
以生產HTM4228G-1800-10101床身為例，鑄件重量17. 35T，澆注重量21T，其整過生產工藝控制如下採用10T/H大間距雙排風口沖天爐進行熔煉，其熔化溫度控制在10-12T/H， 焦鐵比為1 :8
①首先配料計算通過各種原材料的化驗結果計算出加料料單，單批鐵料為1噸，料單為Z18生鐵150Kg，回爐料200Kg，廢鋼530Kg，含鉻廢鋼60 Kg (其中Cr含量為1. 5%)， 75矽鐵15Kg，65錳鐵10Kg，孕育劑0. 5%，底焦高度2300mm，層焦lOOKg，石灰石33Kg.
②開爐前的準備首先對爐膛內主要尺寸進行檢查熔化帶直徑控制在1300mm，風口區直徑控制在980mm，上排風口角度5度，下排風眼角度10度；爐膛內壁光滑，前爐爐缸進行檢查，尺寸合格後，用柴火進行烘烤。挑選底焦，底焦的大小和高度直接關係到鐵水溫度和沖天爐增碳係數的高低，因此底焦要經過嚴格的挑選。我公司採用江蘇鎮江二級鑄造焦炭，固定碳含量大於85%，塊度為150-250mm，其他成分在國標規定的範圍內。③開爐過程控制爐子主要尺寸檢查合格後，打爐底，並用柴火鋪好來保護爐底， 先加入2/3底焦，然後點火，烘爐2小時待底部柴火和焦碳完全燃燒後，封好爐門，開始送風，觀察加料口火苗的顏色，若火苗的心部呈白色，說明加入的底焦已完全燃燒，停風加入剩餘的1/3，測量底焦高度，未達到時補加底焦，達到2300mm後，開始加料，加料順序為生鐵一回爐料一廢鋼一矽鐵、錳鐵一層焦一石灰石，加滿料後，燜爐15 30min後，送風熔煉， 風量控制在15(Tl60m7min左右，風壓控制在15 16KPa，同時，正常開風前期，將前爐出渣口打開，主要是對前爐爐缸進行預熱烘乾。④鐵水處理及澆注鐵水熔化到一定量後，溫度控制在145(Γ1480度出爐，同時加入0. 5%的SfBiTCa孕育劑在出鐵槽中，使之隨流孕育進入鐵水包中，改善石墨形態，細化晶粒，提高組織的均勻性，延緩孕育衰退時間。放完鐵水後進行拔渣處理，防止渣子進入鑄型。所需的鐵水準備好以後，進行澆注前的準備工作，做到「高溫出爐，低溫澆注」，澆注溫度控制在1360-1380°C，澆水前清理澆包口的浮渣，並測溫後加入覆蓋劑，溫度在要求範圍內， 進行澆注，遵循「快_慢_快」的原則，澆注速度控制在要求的範圍內，做好點火引氣。⑤後續處理澆注完成後，按照鑄件保溫工藝要求進行保溫，如 HTM4228G-1800-10101床身，保溫4天後，開箱、落砂。⑥經清理打磨、拋丸、油漆，合格後入庫。
權利要求
1.一種高強度低應力鑄鐵材料，其特徵是所述的高強度低應力鑄鐵材料的化學成分為C :3—3. 3%, Si :1. 8—2. 2%, Mn :0. 8—1. 0%, Cr :0. 1—0. 25%, ρ < 0. 12 %，0. 5% < S < O. 1% ；其餘為鐵，所述百分數為質量百分數。
2.根據權利要求1所述的一種高強度低應力鑄鐵材料，其特徵在它是由下述重量份的原料製成的Z18生鐵140—160份，回爐料190 — 210份，廢鋼580— 610份，Cr含量為 1. 5%的含鉻廢鋼55— 65份，75矽鐵12 —18份，65錳鐵8 —12份，層焦90 —110份，石灰石30— 35份；其中孕育劑佔總重量份的0. 5%，底焦高度2300—2400mm。
3.根據權利要求1或2所述的一種高強度低應力鑄鐵材料，其特徵在它是由下述重量份的原料製成的Z18生鐵150份，回爐料200份，廢鋼530份，含鉻廢鋼60份其中Cr含量為1. 5%，75矽鐵15份，65錳鐵10份，層焦100份，石灰石33份，其中孕育劑佔總重量份0. 5%，底焦高度2300—2400mm，所述百分數為質量百分數。
4.上述1至3中任一權利要求所述的一種高強度低應力鑄鐵材料的製備工藝，其特徵是⑴採用10噸沖天爐熔煉，風量控制在15(Tl60m7min，風壓控制在15 — 16KPa，不斷補加接力焦，確保底焦高度在2300— 2400mm ；從而確保含碳量在3 — 3. 3%的範圍之內；⑵出爐溫度控制在1420°C 士 10°C ；⑶孕育量控制在0.5%，孕育後的白口寬度在2mm之內；⑷澆注溫度控制在1360°C — 1380°C範圍之內；所述百分數為質量百分數。
5.根據權利要求4所述的一種高強度低應力鑄鐵材料的製備工藝，其特徵是孕育方法採用衝入法；單包澆注時按常規方法處理，兩包同時澆注大型鑄件時；當一包接滿後，另一包需等二十分鐘以上者須採取第一包先接三分之二所需鐵水量等待；待第二包處理完後，再將第一包加三分之一鐵水並進行孕育處理。
6.根據權利要求4或5所述的一種高強度低應力鑄鐵材料的製備工藝，其特徵是採用 10T/H大間距雙排風口沖天爐進行熔煉，其熔化溫度控制在10-12T/H，焦鐵比為1 -J. 5— 8. 5 ；其製備工藝如下①通過各種原材料的化驗結果計算出加料料單，單批鐵料為1000份，料單為Z18生鐵140—160份，回爐料190—210份，廢鋼580—610份，Cr含量為1. 5%的含鉻廢鋼55— 65份，75矽鐵12 —18份，65錳鐵8 —12份，層焦90 —110份，石灰石30— 35份，孕育劑佔總重量份0. 5%，底焦高度2300— 2400mm ；②開爐前的準備首先對爐膛內主要尺寸進行檢查熔化帶直徑控制在1200— 1400mm,風口區直徑控制在960— 1000mm,上排風口角度4一6度，下排風眼角度8 —12度； 挑選底焦，採用二級鑄造焦炭，固定碳含量大於85%，塊度為150-250mm，其他成分在國標規定的範圍內；③開爐過程控制打爐底，並用柴火鋪好來保護爐底，先加入2/3的底焦，然後點火，烘爐1.8—2. 2小時，待底部柴火和焦碳完全燃燒後，封好爐門，開始送風，觀察加料口火苗的顏色，若火苗的心部呈白色，停風加入剩餘的1/3的底焦，測量底焦高度，未達到時補加底焦，達到2300—2400mm的範圍後，開始加料，加料順序為生鐵一回爐料一廢鋼一75矽鐵、 65錳鐵一層焦一石灰石，加滿料後，燜爐15 30min後，送風熔煉，風量控制在15(Tl60m7min，風壓控制在15 16KPa，同時，正常開風前期，將前爐出渣口打開，對前爐爐缸進行預熱烘乾；④鐵水處理及澆注鐵水熔化到一定量後，溫度控制在145(Γ1480度出爐，同時加入 0. 5%的SfBiTCa孕育劑在出鐵槽中，使之隨流孕育進入鐵水包中，改善石墨形態，細化晶粒，提高組織的均勻性，延緩孕育衰退時間；放完鐵水後進行拔渣處理，防止渣子進入鑄型；所需的鐵水準備好以後，進行澆注前的準備工作，澆注溫度控制在1360-1380°C，澆水前清理澆包口的浮渣，並測溫後加入覆蓋劑，溫度在要求範圍內，進行澆注，澆注成鑄件，澆注完成後，按照鑄件保溫工藝要求進行保所述百分數為質量百分數。
7.根據權利要求4或5所述的一種高強度低應力鑄鐵材料的製備工藝，其特徵是採用 10T/H大間距雙排風口沖天爐進行熔煉，其熔化溫度控制在10-12T/H，焦鐵比為1 :8 ；其製備工藝如下①通過各種原材料的化驗結果計算出加料料單，單批鐵料為1000Kg，料單為Z18生鐵150Kg，回爐料200Kg，廢鋼590Kg，含鉻廢鋼60 Kg其中Cr含量為1. 5%，75矽鐵15Kg， 65錳鐵10Kg，孕育劑0. 5%，底焦高度2300mm，層焦lOOKg，石灰石33Kg ；②開爐前的準備首先對爐膛內主要尺寸進行檢查熔化帶直徑控制在1300mm，風口區直徑控制在980mm，上排風口角度5度，下排風眼角度10度；挑選底焦，採用二級鑄造焦炭，固定碳含量大於85%，塊度為150-250mm，其他成分在國標規定的範圍內；③開爐過程控制打爐底，並用柴火鋪好來保護爐底，先加入2/3的底焦，然後點火， 烘爐2小時，待底部柴火和焦碳完全燃燒後，封好爐門，開始送風，觀察加料口火苗的顏色， 若火苗的心部呈白色，停風加入剩餘的1/3的底焦，測量底焦高度，未達到時補加底焦，達到2300mm後，開始加料，加料順序為生鐵一回爐料一廢鋼一75矽鐵、65錳鐵一層焦一石灰石，加滿料後，燜爐15 30min後，送風熔煉，風量控制在15(Tl60m7min，風壓控制在 15 16KPa，同時，正常開風前期，將前爐出渣口打開，對前爐爐缸進行預熱烘乾；④再進行鐵水處理及澆注和進行拔渣處理；所述百分數為質量百分數。
全文摘要
本發明涉及一種高強度低應力鑄鐵材料及製備工藝，其特徵是高強度低應力鑄鐵材料的化學成分為C3—3.3%，Si1.8—2.2%，Mn0.8—1.0%，Cr0.1—0.25%，p＜0.12%，S＜0.1%；其餘為鐵，其製備工藝如下⑴採用10噸沖天爐熔煉，風量控制在150~160m3/min，風壓控制在15—16KPa，確保底焦高度控制在2300—2400mm；含碳量在3—3.3%；⑵出爐溫度控制在1420℃±10℃；⑶孕育量控制在0.5％，孕育後的白口寬度在0—2mm；⑷澆注溫度控制在1360℃—1380℃範圍之內。鑄件的強度、硬度、金相組織以及內應力等性能明顯優於國標規定要求；消除鑄件筋板裂紋和變形，鑄件不再需要熱處理，提高了產品的質量和生產效率，節約了生產成本。
文檔編號C21C1/08GK102433494SQ20111039529
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者康仁, 趙勇, 金武 申請人:江西銅業集團(東鄉)鑄造有限公司