CN107245669A - 一种铸造用母合金及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸造用母合金及其生产方法，母合金成分为C 0.3‑0.4％、Si 1.48‑1.9％、Mn 0.92‑1.16％、P<0.04％、S<0.03％、Ni 8.13‑10.38％、Cr18.33‑22.2％、Nb 1.1‑1.5％，余量为铁和不可避免的其他成分。该方法是将废钢、镍铬合金、纯铁按一定比例在中频感应炉中熔化以后，转入精炼炉中，通入保护氛围气体，并加热，随后向精炼炉中加入铌铁合金，最后将钢水通过水平连铸工艺制成钢坯，待其冷却后即得母合金。本发明通过将特定材料的原料经过熔炼、精炼、电磁连铸等工艺，直接生产出符合需要的母合金材料。

Description

一种铸造用母合金及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种铸造用母材，尤其是涉及一种铸造用母合金及其生产方法。
背景技术
汽车工业是国民经济的支柱产业，汽车工业的每一次进步都会带来显著的经济效益和社会效益，减少环境污染以及节约有限的资源。提高发动机效率和降低废气排放污染是汽车发动机技术发展的主要方向。涡轮增压器的使用是提高发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手段。涡轮增压器能提高发动机功率30％左右，显著降低燃油消耗；减少发动机单位功率的质量，缩小发动机的外形尺寸，减少汽缸数量或减小汽缸直径；有效解决高原地区空气稀薄造成发动机功率下降的问题；使燃油燃烧更加充分，排烟浓度降低，有利于改善环境，还能降低发动机噪音。基于以上优点，世界各国都十分重视高性能增压器的研究开发。
涡轮增压器主要由壳体、涡轮部分组成，壳体形状复杂，涡轮增压器壳体材料必须具有很好的铸造性能，同时需要有良好的高温性能。排气歧管及增压器的工作温度一般都在600-900℃以上，而且还在不断提高。排气歧管、增压器材料必须具有以下特性：良好的高温抗氧化性能、稳定的显微组织、热膨胀系数小、高温强度好、工艺性好等。现有的材料由于其配方、生产工艺上的缺陷，合金元素吸收不稳定，导致所制得的涡轮增压器壳体、排气歧管等，其铸造性能差、切削性能差、内部缺陷多，抗热疲劳性能不稳定，废品率很高，生产成本居高不下，降低了企业的利润。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于涡轮增压器壳体、排气歧管的铸造用母合金及其生产方法，以改善现有涡轮增压器壳体、排气歧管存在合金元素吸收率不稳定，零件夹渣多、裂纹和缩松缺陷多，抗热疲劳性能不稳定，废品率居高不下，生产成本很高等技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种铸造用母合金的成分为(Wt％):C 0.3-0.4％、Si 1.48-1.9％、Mn 0.92-1.16％、P<0.04％、S<0.03％、Ni 8.13-10.38％、Cr 18.33-22.2％、Nb 1.1-1.5％，余量为铁和不可避免的其他成分。
生产上述铸造用母合金的方法，包括如下步骤:
A.将废钢(C 0.4％、Si 0.3％、Mn 1％、P 0.04％、S 0.02％，余量为铁和不可避免的杂质)、镍铬合金(C<0.6％、Si 1-3.5％、Mn<1.6％、Ni16-20％、Cr23-42％、P<0.02％、S<0.015％)、纯铁(C<0.003％、Si<0.03％、Mn<0.06％、P<0.06％、S<0.006％，余量为铁和不可避免的杂质)送入中频感应炉中，废钢、镍铬合金、纯铁的配料比例为20-30％:47-60％:10-35％，加热至1460-1470℃，待材料完全熔化以后，保持10min，得到钢水X；
B.将A步骤制得的钢水X转入精炼炉中，然后向精炼炉底部吹入氩气(氩气流量为480m3/h)，继续加热至1660-1680℃，同时通入氩气与氧气混合气5-10min(氩气的流量为720m3/h，氧气流量为240m3/h)，加入铌铁合金(Nb+Ta75％、Ta≤0.8％、Si≤1％、W≤0.03％、Ti≤0.3％、Cu≤0.3％、Mn≤0.3％，余量为铁和不可避免的杂质)1-2％，并继续通入氩气3-5min(氩气的流量为480m3/h)，得到钢水Y；
C.将B步骤所得的钢水Y，通过电磁水平连铸，电磁搅拌频率12-20Hz，由结晶器将钢水温度降低至900℃，随后由牵引拉出，拉坯速度0.8-1.2m/s,制成所需大小的钢坯，即得到母合金。
Cr、Si在钢中能与氧结合形成保护膜，提高钢的高温抗氧化性；Mn可提高钢的淬透性，改善钢的强度、硬度和热加工性能，Nb能有效抑制铬碳化物的形成，改善合金的耐蚀性和抗蠕变性；较多的Ni可以获得奥氏体基体，使钢获得良好的高温力学性能和抗氧化性能。
本发明通过将特定材料的原料经过熔炼、精炼、电磁连铸等工艺，直接生产出符合涡轮增压器壳体、排气歧管所需要的母合金材料，精炼在惰性环境下进行，通过调整配料比例，达到所需要的成分。电磁连铸能抑制钢水的涡流与湍流，使钢水平缓流动，制得的母合金内部组织均匀、致密，性能稳定，元素配比合理。在生产铸件时，每炉配70-80％的母合金，余量为铁合金，微调整成分后，可直接浇注铸件，生产出的产品稳定性好，可靠性高，废品率低。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：A1:将废钢(C 0.4％、Si 0.3％、Mn 1％、P 0.04％、S 0.02％，余量为铁和不可避免的杂质)、镍铬合金(C<0.6％、Si 1-3.5％、Mn<1.6％、Ni16-20％、Cr23-42％、P<0.02％、S<0.015％)、纯铁(C<0.003％、Si<0.03％、Mn<0.06％、P<0.06％、S<0.006％，余量为铁和不可避免的杂质)送入中频感应炉中，废钢、镍铬合金、纯铁的配料比例为25％:60％:15％，加热至1460℃，待材料完全熔化以后，保持10min，得到钢水X；
B1.将A1步骤制得的钢水X转入精炼炉中，然后向精炼炉底部吹入氩气(氩气流量为480m3/h)，继续加热至1660℃，同时通入氩气与氧气混合气10min(氩气的流量为720m3/h，氧气流量为240m3/h)，加入铌铁合金(Nb+Ta 75％、Ta≤0.8％、Si≤1％、W≤0.03％、Ti≤0.3％、Cu≤0.3％、Mn≤0.3％，余量为铁和不可避免的杂质)2％，并继续通入氩气5min(氩气的流量为480m3/h)，得到钢水Y；
C1.将B1步骤所得的钢水Y，通过电磁水平连铸，电磁搅拌频率12Hz，由结晶器将钢水温度降低至900℃，随后由牵引拉出，拉坯速度1.2m/s,制成所需大小的钢坯，即得到母合金。
所得母合金的成分为C0.4％，Si1.90％，Mn1.16％，Ni10.38％,Cr22.2％，Nb1.5％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和不可避免的其他成分。
实施例2：A2:将废钢(C 0.4％、Si 0.3％、Mn 1％、P 0.04％、S 0.02％，余量为铁和不可避免的杂质)、镍铬合金(C<0.6％、Si 1-3.5％、Mn<1.6％、Ni16-20％、Cr23-42％、P<0.02％、S<0.015％)、纯铁(C<0.003％、Si<0.03％、Mn<0.06％、P<0.06％、S<0.006％，余量为铁和不可避免的杂质)送入中频感应炉中，废钢、镍铬合金、纯铁的配料比例为20％:47％:33％，加热至1460-1470℃，待材料完全熔化以后，保持10min，得到钢水X；
B2.将A2步骤制得的钢水X转入精炼炉中，然后向精炼炉底部吹入氩气(氩气流量为480m3/h)，继续加热至1680℃，同时通入氩气与氧气混合气7min(氩气的流量为720m3/h，氧气流量为240m3/h)，加入铌铁合金(Nb+Ta 75％、Ta≤0.8％、Si≤1％、W≤0.03％、Ti≤0.3％、Cu≤0.3％、Mn≤0.3％，余量为铁和不可避免的杂质)1.47％，并继续通入氩气5min(氩气的流量为480m3/h)，得到钢水Y；
C2.将B2步骤所得的钢水Y，通过电磁水平连铸，电磁搅拌频率16Hz，由结晶器将钢水温度降低至900℃，随后由牵引拉出，拉坯速度1m/s,制成所需大小的钢坯，即得到母合金。
所得母合金成分为C0.3％，Si1.48％，Mn0.92％，Ni8.13％,Cr18.33％，Nb1.1％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和不可避免的其他成分。
实施例3：A3:将废钢(C 0.4％、Si 0.3％、Mn 1％、P 0.04％、S 0.02％，余量为铁和不可避免的杂质)、镍铬合金(C<0.6％、Si 1-3.5％、Mn<1.6％、Ni16-20％、Cr23-42％、P<0.02％、S<0.015％)、纯铁(C<0.003％、Si<0.03％、Mn<0.06％、P<0.06％、S<0.006％，余量为铁和不可避免的杂质)送入中频感应炉中，废钢、镍铬合金、纯铁的配料比例为30％:55％:15％，加热至1460℃，待材料完全熔化以后，保持10min，得到钢水X；
B3.将A3步骤制得的钢水X转入精炼炉中，然后向精炼炉底部内吹入氩气(氩气流量为480m3/h)，继续加热至1680℃，同时通入氩气与氧气混合气10min(氩气的流量为720m3/h，氧气流量为240m3/h)，加入铌铁合金(Nb+Ta 75％、Ta≤0.8％、Si≤1％、W≤0.03％、Ti≤0.3％、Cu≤0.3％、Mn≤0.3％，余量为铁和不可避免的杂质)1.47％，并继续通入氩气3min(氩气的流量为480m3/h)，得到钢水Y；
C3.将B3步骤所得的钢水Y，通过电磁水平连铸，电磁搅拌频率20Hz，由结晶器将钢水温度降低至900℃，随后由牵引拉出，拉坯速度0.8m/s,制成所需大小的钢坯，即得到母合金。
所得母合金的成分为C0.34％，Si1.76％，Mn0.94％，Ni9.5％,Cr19.5％，Nb1.35％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和不可避免的其他成分。
实际生产中，由于C、Si以及其他合金元素会有一定的烧损，应对成分进行微调，以补足损耗的元素。
下表是由实施例1-3中的母合金与铁合金按80％:20％所制得的涡轮增压器壳体材料，其高温性能对比如下：
最后，应当指出，以上具体实施方式仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述具体实施方式，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种铸造用母合金，其特征是所述母合金的成分为(Wt％):C 0.3-0.4％、Si 1.48-1.9％、Mn 0.92-1.16％、P<0.04％、S<0.03％、Ni 8.13-10.38％、Cr 18.33-22.2％、Nb1.1-1.5％，余量为铁和不可避免的其他成分。
2.根据权利要求1所述的铸造用母合金，其特征是该母合金的生产方法，包括如下步骤:
A.将废钢(C 0.4％、Si 0.3％、Mn 1％、P 0.04％、S 0.02％，余量为铁和不可避免的杂质)、镍铬合金(C<0.6％、Si 1-3.5％、Mn<1.6％、Ni16-20％、Cr23-42％、P<0.02％、S<0.015％)、纯铁(C<0.003％、Si<0.03％、Mn<0.06％、P<0.06％、S<0.006％，余量为铁和不可避免的杂质)送入中频感应炉中，废钢、镍铬合金、纯铁的配料比例为20-30％:47-60％:10-35％，加热至1460-1470℃，待材料完全熔化以后，保持10min，得到钢水X；
B.将A步骤制得的钢水X转入精炼炉中，然后向精炼炉底部吹入氩气(氩气流量为480m3/h)，继续加热至1660-1680℃，同时通入氩气与氧气混合气5-10min(氩气的流量为720m3/h，氧气流量为240m3/h)，加入铌铁合金(Nb+Ta75％、Ta≤0.8％、Si≤1％、W≤0.03％、Ti≤0.3％、Cu≤0.3％、Mn≤0.3％，余量为铁和不可避免的杂质)1-2％，并继续通入氩气3-5min(氩气的流量为480m3/h)，得到钢水Y；
C.将B步骤所得的钢水Y，通过电磁水平连铸，电磁搅拌频率12-20Hz，由结晶器将钢水温度降低至900℃，随后由牵引拉出，拉坯速度0.8-1.2m/s,制成所需大小的钢坯，即得到母合金。
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