CN102433494A - 一种高强度低应力铸铁材料及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度低应力铸铁材料及制备工艺，其特征是高强度低应力铸铁材料的化学成分为：C：3—3.3%，Si：1.8—2.2%，Mn：0.8—1.0%，Cr：0.1—0.25%，p＜0.12%，S＜0.1%；其余为铁，其制备工艺如下：⑴采用10吨冲天炉熔炼，风量控制在150~160m3/min，风压控制在15—16KPa，确保底焦高度控制在2300—2400mm；含碳量在3—3.3%；⑵出炉温度控制在1420℃±10℃；⑶孕育量控制在0.5％，孕育后的白口宽度在0—2mm；⑷浇注温度控制在1360℃—1380℃范围之内。铸件的强度、硬度、金相组织以及内应力等性能明显优于国标规定要求；消除铸件筋板裂纹和变形，铸件不再需要热处理，提高了产品的质量和生产效率，节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度低应力铸铁材料及制备工艺，属于材料加工领域。
背景技术
传统生产高牌号（HT300）灰铸铁件，采用低碳低硅低碳当量的原则，来达到高强度铸件，其化学成分要求如下：C：2.8—3.1 Si ：1.3—1.7 Mn1.0—1.2 P＜0.12 S＜0.12，由此，铸件强度和硬度达到要求，但铸件内应力大大增加，易出现裂纹，铸件边角硬度高，不易切削加工。而且，铸造应力大，铸件易变形；为了降低铸件内应力，必须进行热处理才能消除，才能使用达到的要求。这样，在生产过程中，生产周期较长，成本偏高。因此如能研发出一种抗拉强度高，铸造应力小，且铸造性能好的新材料，将显得十分必要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高强度低应力铸铁材料，采用“低碳/高硅/中锰加合金”的原则，实现高强度低应力。
本发明的目的之二在于提供所述一种高强度低应力铸铁材料的制造工艺。
本发明是采用“低碳/高硅/中锰加合金”的原则，实现高强度低应力，其化学成分控制如下：C3.00~3.3% Si1.8~2.2% Mn0.8~1.0 % P＜ 0.12 % 0.5%≤S＜0.10 % Cr0.1~0.25% 其余为铁；配料时加大废钢量，减少原始石墨的数量，使熔化过程中的渗碳石墨大量进入铁液，增加共晶团数量，抑制石墨的长大。硅含量提高，主要是加大孕育量(采用硅钡复合孕育剂)促进石墨化，使晶粒细化，从而提高强度和硬度，减小铸造应力。
本发明的目的之一是这样实现的，所述的高强度低应力铸铁材料的化学成分为：C：3—3.3%， Si：1.8—2.2%， Mn：0.8—1.0%， Cr：0.1—0.25%， p＜0.12 %，0.5%＜S＜0.1%；其余为铁，所述百分数为质量百分数。
它是由下述重量份的原料制成的：Z18生铁140—160份， 回炉料190—210份，废钢580—610份，Cr含量为1.5%的含铬废钢55—65份，75硅铁12—18份， 65锰铁8—12份，层焦90—110份，石灰石30—35份；其中：孕育剂占总重量份的0.5%，底焦高度2300—2400mm。
优选：由下述重量份的原料制成的：Z18生铁150份， 回炉料200份，废钢530份，含铬废钢60份其中Cr含量为1.5%，75硅铁15份， 65锰铁10份，层焦100份，石灰石33份，其中：孕育剂占总重量份0.5%，底焦高度2300—2400mm，所述百分数为质量百分数。
本发明的目的之二是这样实现的：
⑴采用10吨冲天炉熔炼，风量控制在150~160m3/min，风压控制在15—16KPa，不断补加接力焦，确保底焦高度在2300—2400mm；从而确保含碳量在3—3.3%的范围之内；
⑵出炉温度控制在1420℃±10℃；
⑶孕育量控制在0.5％，孕育后的白口宽度在2mm之内；
⑷浇注温度控制在1360℃—1380℃范围之内；
孕育方法采用冲入法；单包浇注时按常规方法处理，两包同时浇注大型铸件时；当一包接满后，另一包需等二十分钟以上者须采取：第一包先接三分之二所需铁水量等待；待第二包处理完后，再将第一包加三分之一铁水并进行孕育处理。即缩短两包之间的孕育时间，防止孕育衰退。
优选：采用10T/H大间距双排风口冲天炉进行熔炼，其熔化温度控制在10-12T/H，焦铁比为1：7.5—8.5；其制备工艺如下：
①通过各种原材料的化验结果计算出加料料单，单批铁料为1000 份，料单为： Z18生铁140—160份， 回炉料190—210份，废钢580—610份，Cr含量为1.5%的含铬废钢55—65份，75硅铁12—18份， 65锰铁8—12份，层焦90—110份，石灰石30—35份，孕育剂占总重量份0.5%，底焦高度2300—2400mm；
②开炉前的准备：首先对炉膛内主要尺寸进行检查：熔化带直径控制在1200—1400mm，风口区直径控制在960—1000mm，上排风口角度4—6度，下排风眼角度8—12度；挑选底焦，采用二级铸造焦炭，固定碳含量大于85%，块度为150-250mm，其他成分在国标规定的范围内；
③开炉过程控制：打炉底，并用柴火铺好来保护炉底，先加入2/3的底焦，然后点火，烘炉1.8—2.2小时，待底部柴火和焦碳完全燃烧后，封好炉门，开始送风，观察加料口火苗的颜色，若火苗的心部呈白色，停风加入剩余的1/3的底焦，测量底焦高度，未达到时补加底焦，达到2300—2400mm的范围后，开始加料，加料顺序为：生铁→回炉料→废钢→75硅铁、65锰铁→层焦→石灰石，加满料后，焖炉15~30min后，送风熔炼，风量控制在150~160m3/min，风压控制在15~16KPa，同时，正常开风前期，将前炉出渣口打开，对前炉炉缸进行预热烘干；
④铁水处理及浇注：铁水熔化到一定量后，温度控制在1450~1480度出炉，同时加入0.5%的Si~Ba~Ca孕育剂在出铁槽中，使之随流孕育进入铁水包中，改善石墨形态，细化晶粒，提高组织的均匀性，延缓孕育衰退时间；
放完铁水后进行拔渣处理，防止渣子进入铸型；所需的铁水准备好以后，进行浇注前的准备工作，浇注温度控制在1360-1380℃，浇水前清理浇包口的浮渣，并测温后加入覆盖剂，温度在要求范围内，进行浇注，浇注成铸件，浇注完成后，按照铸件保温工艺要求进行保温。
以上所述百分数为质量百分数。
本发明通过对产品化学成分的调整、特别是加入铬铁，直接改善产品的内在组织，提高了铸件的强度和硬度；加强过程控制和孕育处理，有效地提高了材料性能，降低产品的内应力。通过对高强度低应力新材料研究实验，其铸造性能良好；即铸件在相同化学成分情况下，铸件的强度、硬度、金相组织以及内应力等性能明显优于国标规定要求；铸件内应力明显下降，消除铸件筋板裂纹和变形，铸件不再需要热处理，提高了产品的质量和生产效率，节约了生产成本。仅减少退火处理，以年生产10000吨，年可节约生产成本：80.6万元。同时产品质量得到了明显提高，加工性能和使用性能良好，是一种可以稳定使用的铸造新材料。
具体实施方式
本发明可以通过发明内容中说明的技术具体实施，通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例1：
以生产HTM4228G-1800-10101床身为例，铸件重量17.35T，浇注重量21T，其整过生产工艺控制如下：采用10T/H大间距双排风口冲天炉进行熔炼，其熔化温度控制在10-12T/H，焦铁比为1：8
①首先配料计算：通过各种原材料的化验结果计算出加料料单，单批铁料为1吨，料单为：Z18生铁150Kg ， 回炉料200Kg，废钢530Kg，含铬废钢60 Kg（其中Cr含量为1.5%），75硅铁15Kg， 65锰铁10Kg，孕育剂0.5%，底焦高度2300mm，层焦100Kg，石灰石33Kg.
②开炉前的准备：首先对炉膛内主要尺寸进行检查：熔化带直径控制在1300mm，风口区直径控制在980mm，上排风口角度5度，下排风眼角度10度;炉膛内壁光滑，前炉炉缸进行检查，尺寸合格后，用柴火进行烘烤。挑选底焦，底焦的大小和高度直接关系到铁水温度和冲天炉增碳系数的高低，因此底焦要经过严格的挑选。我公司采用江苏镇江二级铸造焦炭，固定碳含量大于85%，块度为150-250mm，其他成分在国标规定的范围内。
③开炉过程控制：炉子主要尺寸检查合格后，打炉底，并用柴火铺好来保护炉底，先加入2/3底焦，然后点火，烘炉2小时待底部柴火和焦碳完全燃烧后，封好炉门，开始送风，观察加料口火苗的颜色，若火苗的心部呈白色，说明加入的底焦已完全燃烧，停风加入剩余的1/3，测量底焦高度，未达到时补加底焦，达到2300mm后，开始加料，加料顺序为：生铁→回炉料→废钢→硅铁、锰铁→层焦→石灰石，加满料后，焖炉15~30min后，送风熔炼，风量控制在150~160m3/min左右，风压控制在15~16KPa，同时，正常开风前期，将前炉出渣口打开，主要是对前炉炉缸进行预热烘干。
④铁水处理及浇注：铁水熔化到一定量后，温度控制在1450~1480度出炉，同时加入0.5%的Si~Ba~Ca孕育剂在出铁槽中，使之随流孕育进入铁水包中，改善石墨形态，细化晶粒，提高组织的均匀性，延缓孕育衰退时间。放完铁水后进行拔渣处理，防止渣子进入铸型。所需的铁水准备好以后，进行浇注前的准备工作，做到“高温出炉，低温浇注”，浇注温度控制在1360-1380℃，浇水前清理浇包口的浮渣，并测温后加入覆盖剂，温度在要求范围内，进行浇注，遵循“快-慢-快”的原则，浇注速度控制在要求的范围内，做好点火引气。
⑤后续处理：浇注完成后，按照铸件保温工艺要求进行保温，如HTM4228G-1800-10101床身，保温4天后，开箱、落砂。
⑥经清理打磨、抛丸、油漆，合格后入库。
Claims (7)
1.一种高强度低应力铸铁材料，其特征是所述的高强度低应力铸铁材料的化学成分为：C：3—3.3%， Si：1.8—2.2%， Mn：0.8—1.0%， Cr：0.1—0.25%， p＜0.12 %，0.5%＜S＜0.1%；其余为铁，所述百分数为质量百分数。
2.根据权利要求1所述的一种高强度低应力铸铁材料，其特征在它是由下述重量份的原料制成的：Z18生铁140—160份， 回炉料190—210份，废钢580—610份，Cr含量为1.5%的含铬废钢55—65份，75硅铁12—18份， 65锰铁8—12份，层焦90—110份，石灰石30—35份；其中：孕育剂占总重量份的0.5%，底焦高度2300—2400mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度低应力铸铁材料，其特征在它是由下述重量份的原料制成的：Z18生铁150份， 回炉料200份，废钢530份，含铬废钢60份其中Cr含量为1.5%，75硅铁15份， 65锰铁10份，层焦100份，石灰石33份，其中：孕育剂占总重量份0.5%，底焦高度2300—2400mm，所述百分数为质量百分数。
4.上述1至3中任一权利要求所述的一种高强度低应力铸铁材料的制备工艺，其特征是：
⑴采用10吨冲天炉熔炼，风量控制在150~160m3/min，风压控制在15—16KPa，不断补加接力焦，确保底焦高度在2300—2400mm；从而确保含碳量在3—3.3%的范围之内；
⑵出炉温度控制在1420℃±10℃；
⑶孕育量控制在0.5％，孕育后的白口宽度在2mm之内；
⑷浇注温度控制在1360℃—1380℃范围之内；
所述百分数为质量百分数。
5.根据权利要求4所述的一种高强度低应力铸铁材料的制备工艺，其特征是孕育方法采用冲入法；单包浇注时按常规方法处理，两包同时浇注大型铸件时；当一包接满后，另一包需等二十分钟以上者须采取：第一包先接三分之二所需铁水量等待；待第二包处理完后，再将第一包加三分之一铁水并进行孕育处理。
6.根据权利要求4或5所述的一种高强度低应力铸铁材料的制备工艺，其特征是采用10T/H大间距双排风口冲天炉进行熔炼，其熔化温度控制在10-12T/H，焦铁比为1：7.5—8.5；其制备工艺如下：
①通过各种原材料的化验结果计算出加料料单，单批铁料为1000 份，料单为： Z18生铁140—160份， 回炉料190—210份，废钢580—610份，Cr含量为1.5%的含铬废钢55—65份，75硅铁12—18份， 65锰铁8—12份，层焦90—110份，石灰石30—35份，孕育剂占总重量份0.5%，底焦高度2300—2400mm；
②开炉前的准备：首先对炉膛内主要尺寸进行检查：熔化带直径控制在1200—1400mm，风口区直径控制在960—1000mm，上排风口角度4—6度，下排风眼角度8—12度；挑选底焦，采用二级铸造焦炭，固定碳含量大于85%，块度为150-250mm，其他成分在国标规定的范围内；
③开炉过程控制：打炉底，并用柴火铺好来保护炉底，先加入2/3的底焦，然后点火，烘炉1.8—2.2小时，待底部柴火和焦碳完全燃烧后，封好炉门，开始送风，观察加料口火苗的颜色，若火苗的心部呈白色，停风加入剩余的1/3的底焦，测量底焦高度，未达到时补加底焦，达到2300—2400mm的范围后，开始加料，加料顺序为：生铁→回炉料→废钢→75硅铁、65锰铁→层焦→石灰石，加满料后，焖炉15~30min后，送风熔炼，风量控制在150~160m3/min，风压控制在15~16KPa，同时，正常开风前期，将前炉出渣口打开，对前炉炉缸进行预热烘干；
④铁水处理及浇注：铁水熔化到一定量后，温度控制在1450~1480度出炉，同时加入0.5%的Si~Ba~Ca孕育剂在出铁槽中，使之随流孕育进入铁水包中，改善石墨形态，细化晶粒，提高组织的均匀性，延缓孕育衰退时间；
放完铁水后进行拔渣处理，防止渣子进入铸型；所需的铁水准备好以后，进行浇注前的准备工作，浇注温度控制在1360-1380℃，浇水前清理浇包口的浮渣，并测温后加入覆盖剂，温度在要求范围内，进行浇注，浇注成铸件，浇注完成后，按照铸件保温工艺要求进行保温；
所述百分数为质量百分数。
7.根据权利要求4或5所述的一种高强度低应力铸铁材料的制备工艺，其特征是采用10T/H大间距双排风口冲天炉进行熔炼，其熔化温度控制在10-12T/H，焦铁比为1：8；其制备工艺如下：
①通过各种原材料的化验结果计算出加料料单，单批铁料为1000 Kg，料单为：Z18生铁150Kg ， 回炉料200Kg，废钢590Kg，含铬废钢60 Kg其中Cr含量为1.5%，75硅铁15Kg， 65锰铁10Kg，孕育剂0.5%，底焦高度2300mm，层焦100Kg，石灰石33Kg；
②开炉前的准备：首先对炉膛内主要尺寸进行检查：熔化带直径控制在1300mm，风口区直径控制在980mm，上排风口角度5度，下排风眼角度10度；挑选底焦，采用二级铸造焦炭，固定碳含量大于85%，块度为150-250mm，其他成分在国标规定的范围内；
③开炉过程控制：打炉底，并用柴火铺好来保护炉底，先加入2/3的底焦，然后点火，烘炉2小时，待底部柴火和焦碳完全燃烧后，封好炉门，开始送风，观察加料口火苗的颜色，若火苗的心部呈白色，停风加入剩余的1/3的底焦，测量底焦高度，未达到时补加底焦，达到2300mm后，开始加料，加料顺序为：生铁→回炉料→废钢→75硅铁、65锰铁→层焦→石灰石，加满料后，焖炉15~30min后，送风熔炼，风量控制在150~160m3/min，风压控制在15~16KPa，同时，正常开风前期，将前炉出渣口打开，对前炉炉缸进行预热烘干；
④再进行铁水处理及浇注和进行拔渣处理；
所述百分数为质量百分数。
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