一種低溫鐵素體球墨鑄鐵材料的制造方法技術

本發明專利技術公開了一種低溫鐵素體球墨鑄鐵材料的制造方法，材料的化學成分為C：3.5～3.9，Si：1.9～2.3，Mn≤0.2，P≤0.03，S≤0.02，Mg:0.04～0.06，Ni:0.25～0.95；材料的性能達到：-40℃、-50℃、-60℃下沖擊功均≥12J，室溫抗拉強度均≥400MPa，延伸率均≥18%，其它主要力學性能指標合格。可廣泛應用于寒冷地帶及具有低溫抗沖擊、高韌性要求的機械裝備產品的制造。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型低溫高強度高韌性抗沖擊鐵素體球墨鑄鐵新材料的制造方法。
技術介紹
隨著時代的發展，科學技術越來越先進，對一些基礎行業和材料也逐步提出了新的更高的要求，例如軌道交通業、風電行業都對球墨鑄鐵在低溫下的性能提出了更高的要求。目前，國內外球墨鑄鐵低溫下的標準，僅規定了 -20°C及-40°C下低溫沖擊吸收功彡12J，且達到_40°C低溫沖擊性能的抗拉強度僅為彡350MPa，而受運行環境影響，一些軌道交通產品不僅要求在_40°C時，甚至在_50°C、-60°C時，沖擊吸收功均要彡12J,同時要求抗拉強度均要> 400MPa，延伸率均> 18%，國內、國外現有的產品尚無法達到此標準的要求。低溫高強度高韌性抗沖擊鐵素體球墨鑄鐵材料生產技術在國際上也只有西門子等幾個企業掌握，能夠借鑒的經驗幾乎沒有，國內更是沒有企業能夠掌握其生產工藝，沒有能夠生產的。中國只能依賴進口，但是進口的產品綜合性能達不到產品性能要求。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供，通過嚴格選擇、控制其化學成分，制備工藝步驟，采用先進球化孕育處理工藝，優化熱處理工藝，進一步提高材料的耐低溫抗沖擊等綜合性能:在-40°C、-5(TC、-6(rC下沖擊功均> 12J，室溫抗拉強度均> 400MPa,延伸率均> 18%,其他主要力學性能指標均達標，實現材料的高強度高韌性抗沖擊，滿足產品性能要求。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案如下: ，其特征是: (I )、原材料投料質量比例:廢鋼8% 12%，回爐鐵8% 12%，余量為高純生鐵；以及廢鋼、回爐鐵、高純生鐵總量0.3% 1%的鎳； 其中高純生鐵成份要求:C彡3.5%, Si ( 0.5%, Mn ( 0.2%, P彡0.03%, S彡0.02%,Ti ( 0.03%，其他微量元素綜合< 0.05% ； (2)、熔煉:出爐溫度1540 1550°C； (3)、球化及孕育:采用喂絲球化及孕育處理工藝；采用單絲喂絲球化及爐前孕育處理工藝；采用轉包球化處理工藝； (4)、試塊:采用附鑄試塊； (5)、澆注時均隨流加入0.05% 0.15%的隨流孕育劑； (6)、鑄件澆注溫度在1380°C 1420°C之間； (7)、保溫4小時后打開砂型； (8)、熱處理； 所述低溫高強度高韌性抗沖擊鐵素體球墨鑄鐵材料的成品組分及其質量比例為C:3.5% 3.9%, Si:1.9% 2.3%, Mn ( 0.2%, P 彡 0.03%, S 彡 0.02%, Mg: 0.04% 0.06%,N1: 0.25 0.95%。其中熱處理:爐內加熱至880 920°C，保溫2小時；然后隨爐冷卻速度控制在800C /小時以下，緩慢冷卻至500 700°C，出爐。可以采用喂絲球化及孕育處理工藝步驟: Cl)設定球化包芯線加入量為0.8%，孕育包芯線加入量為0.6% ； (2)設定喂絲速度為30米/分鐘； (3)將鐵水表面的渣清理干凈，將鐵水包轉運到球化處理站，使包蓋與鐵水包密封嚴實； (4)啟動球化及孕育喂絲按鈕，兩種包芯線通過導管進入鐵水中開始球化反應及孕育處理； (5)反應完畢后，將鐵水包移離球化站，撒入聚渣劑，將鐵水表面的渣子扒干凈； (6)轉入澆注場地進行澆注。也可以采用單絲球化包芯線進行球化處理，采用爐前加入孕育劑的方法進行孕育: (1)在出鐵水過程中，向鐵水流上撒入孕育劑，鐵水流動過程中攪拌熔化； (2)出鐵水完畢后，進行扒渣處理； (3)然后將鐵水包轉入球化站進行球化包芯線喂絲球化處理； (4 )處理結束后，經扒渣、爐前檢測，轉入澆注場地進行澆注。其中轉包球化處理工藝步驟如下: (1)、將轉包平放，在反應室中加入純鎂塊； (2)、向轉包中沖入鐵液； (3)、將轉包翻轉90度,使反應室處于包的底部,鐵水通過反應室預留的小孔進入反應室，開始球化反應，反應產生的鎂蒸汽上浮，不斷被鐵液吸收，并產生攪拌作用使鐵水整體被球化； (4 )、反應完畢后，將轉包反向翻轉，將鐵水倒入澆包中； (5)、在出鐵過程中，向鐵水流上撒入孕育劑，鐵水流動過程中攪拌熔化； (6)、出鐵水完畢后，進行扒渣處理； (7 )、經扒渣處理后轉入澆注場地進行澆注。本專利技術的積極效果在于: 一、新材料成分配比及原材料的選擇是本專利技術的第一項關鍵技術。新材料成分的選擇:碳是促進石墨化兀素。提聞碳當量可以提聞球鐵的石墨化程度，減少白口傾向，提聞鐵素體的含量，但碳量過高也會造成石墨漂浮，因此，根據鑄件的壁厚不同，一般選擇碳量為3.5 3.9。硅也是促進石墨化元素，其作用相當于碳的三分之一，提高硅量也可提高鐵素體含量，提高常溫韌性。但是，隨著硅量的增加，其韌脆性轉變溫度則提高，硅量過高將使得其低溫沖擊韌性達不到要求。對有_40°C到_60°C沖擊要求的低溫鐵素體球墨鑄鐵材料，硅量一般控制在1.9 2.3。錳是促進珠光體元素，能提高強度和硬度，但會顯著降低沖擊韌性。因此要嚴格控制其含量。對低溫高韌性球墨鑄鐵而言，錳含量要控制在0.2以下。硫、磷為有害元素，必須嚴 格控制其含量，硫要控制在0.02以下，磷要控制在0.03以下。由于為滿足低溫沖擊性能而降低了硅的含量，這樣就會使抗拉強度達不到400MPa,要提高強度，可以通過添加某些合金元素來實現，但一些常規元素，如銅等雖然可以提高強度，但卻會顯著降低低溫沖擊性能，因此必須選用一種既能提高強度，又對低溫沖擊性能影響小的合金元素。鎳比較符合這個要求，經試驗，選擇其加入量為0.3 I。綜合以上要求，歸納為低溫鐵素體球墨鑄鐵材料化學成分要求為:C:3.5% 3.9%, Si:1.9% 2.3%, Mn ( 0.2%, P^0.03%, S^0.02%, Mg: 0.04% 0.06%, N1:0.25% 0.95%。基于以上要求，一般鑄造生鐵難于滿足其成分要求，因此必須采用高純生鐵，高純生鐵具有低硅、低錳、低磷、低硫、微量元素含量低的特點，適合于低溫高強度高韌性抗沖擊球墨鑄鐵件的制造。二、采用喂絲球化及孕育處理新工藝是本專利技術的第二項關鍵技術。1.球化包芯線的加入量對球化有著關鍵的影響，加入量少，則球化不良，加入過多，則會造成殘留鎂量過多，增加收縮傾向，且會造成成本的增加。孕育包芯線含有高效孕育劑，可以強化孕育效果，細化組織，降低珠光體含量，提高鐵素體含量；本專利技術確定的球化包芯線加入量為鐵水總量的0.8%，孕育包芯線加入量為鐵水總量的0.6% ;喂絲速度對球化質量也有重要的影響，喂絲速度過快，則包芯線會浮在鐵水表面，使球化反應只在鐵水表面進行。喂絲速度過慢，則包芯線伸入不到鐵水底部，這些都會影響下部鐵水的球化。本專利技術確定的喂絲速度為30米/分鐘。普通球化處理方式一般為沖入法，本專利技術喂絲球化方式與沖入法相比具有下列優點:(I)不需要在包坑內加入球 化劑，也不需要覆蓋鐵屑等覆蓋劑，降低了工人勞動強度。使鐵水更加純凈無雜質；(2)鐵水降溫程度低；(3)球化效果好，石墨球的圓整度好，球化率達90%以上；(4)石墨球圓整度高，對生產低溫球鐵，提高抗拉強度、延伸率、沖擊韌性很有利。三、采用轉包球化處理工本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫鐵素體球墨鑄鐵材料的制造方法，其特征是：（1）、原材料投料質量比例：廢鋼8%～12%，回爐鐵8%～12%，余量為高純生鐵；以及廢鋼、回爐鐵、高純生鐵總量0.3%～1%的鎳；其中高純生鐵成份要求：C≥3.5%，Si≤0.5%，Mn≤0.2%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ti≤0.03%，其他微量元素綜合≤0.05%；（2）、熔煉：出爐溫度1540～1550℃；（3）、球化及孕育：采用喂絲球化及孕育處理工藝；采用單絲喂絲球化及爐前孕育處理工藝；采用轉包球化處理工藝；（4）、試塊：采用附鑄試塊；（5）、澆注時均隨流加入0.05%～0.15%的隨流孕育劑；（6）、鑄件澆注溫度在1380℃～1420℃之間；（7）、保溫4小時后打開砂型；（8）、熱處理；?所述低溫高強度高韌性抗沖擊鐵素體球墨鑄鐵材料的成品組分及其質量比例為C：3.5%～3.9%，Si：1.9%～2.3%，Mn≤0.2%，P≤0.03%，S≤0.02%，Mg:?0.04%～0.06%，?Ni:?0.25～0.95%。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊忠耀，
申請(專利權)人：萊州新忠耀機械有限公司，
類型：發明
國別省市：