CN110551937B - 一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法 - Google Patents

一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法，所述大缸径气缸套组分包括按照重量百分比计的以下组分：C 3.0%～3.1%；Si 1.1%～1.3%；Mn 0.5%～0.8%；P≤0.15%；S 0.04%～0.06%；Cu 1.2%～1.4%；B 0.02%～0.04%；Sn 0.04%～0.06%，余量为铁。通过降低P S等硬质相形成元素，适量添加Sn元素含量降低硬质相、铁素体含量，加大孕育量改善硬质相形态及分布，使材料综合机械性能、金相组织符合设计要求。

Description

一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法
技术领域
本发明涉及铸造领域，具体涉及一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法。
背景技术
EN-GJL-250材料是船用低速大缸径气缸套材料的一种，EN-GJL-250是欧洲的一个灰铸铁型号，化学成分如下：碳C：3.16～3.30。硅Si：1.79～1.93。锰Mn：0.89～1.04。硫S：0.094～0.125。磷P：0.120～0.170。EN-GJL-250材料用于700mm缸径以上的大缸径气缸套，最大铸造壁厚200MM以上。材料要求抗拉强度Rm≥210MPa、布氏硬度要求180-230HB，延伸率A％≥0.3，珠光体基体，硬质相含量4％-7％，铁素体含量≤3％。目前，按普通生产方式生产EN-GJL-250材料尚无法使铁素体、硬质相控制在较低含量水平，硬质相形态及分布不理想，加工过程容易发生硬质相破损，导致缸套在使用过程中出现异常磨损现象。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法，满足抗拉强度大、布氏硬度高，延伸率优，金相组织硬质相含量4％-7％、铁素体含量≤3％的要求。
本发明技术方案如下：
一种船用低速柴油机用大缸径气缸套，所述大缸径气缸套组分包括按照重量百分比计的以下组分：C 3.0％～3.1％；Si 1.1％～1.3％；Mn 0.5％～0.8％；P≤0.15％；S0.04％～0.06％；Cu 1.2％～1.4％；B 0.02％～0.04％；Sn 0.04％～0.06％，余量为铁。
所述船用低速柴油机用大缸径气缸套的铸造方法，所述方法包括以下步骤：
S1、炉料选用旧料、生铁、废钢，熔化，调整控制铁液成分；
S2、铁液成分合格后升温、保温，再降温后准备出炉；
S3、出炉；
S4、扒渣过程中加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注；
S5、座包内加入SrSi合金进行随流孕育，按浇注重量浇入铁水，静置，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束；
完成船用低速柴油机用大缸径气缸套的铸造。
优选地，所述步骤S1旧料、生铁、废钢的重量百分比为(20-40)：(10-20)：(45-55)，冷炉料加入时添加1.1％-1.2％的低氮增碳剂,其中低氮增碳剂C含量为91％-93％。冷炉料加入增碳剂能提高C元素的吸收率，降低增碳剂损耗。
优选地，所述步骤S1中，铁液成分以重量百分比计为：C 3.05％～3.2％；Si 0.7％～0.9％；Mn 0.5％～0.8％；P 0.1％～0.15％；S 0.04％～0.06％；Cu 1.2％～1.4％；B0.02％～0.04％，Sn 0.04～0.06％，余量为铁。通过该组分范围主要控制硬质相形成元素C、P等，抑制碳化物及磷共晶的形成，达到最终的硬质相要求。
优选地，所述步骤S1中，熔化至1410-1420℃后调整控制铁液成分。
优选地，所述步骤S2中，铁液成分合格后升温至1505-1515℃保温8-12分钟，再降温至1440-1460℃后准备出炉。升温保温促进铁液净化，通过高温1505-1515℃及保温状态充分去除杂质元素。
优选地，所述步骤S3中，出炉前，浇包中加入0.04％-0.06％的Sn。用于抑制铁素体析出，Sn元素的加入量不足0.03％时其抑制铁素体析出作用不明显，当过量加入时使铸件脆化，韧性降低。
优选地，所述步骤S3中，出炉过程加入0.15％-0.25％的BaSi合金、0.25％-0.35％的CaBaSi合金进行孕育处理。提高形核数量。
优选地，所述步骤S4中，除渣剂添加量为铁液重量的0.08％-0.12％；除去铁液表面浮渣，提高铁液质量。
除渣剂以重量百分比计：SiO270％-75％，Al2O310％-15％,R2O8％-10％,CaO1％-3％,余量为Fe2O3。
优选地，所述步骤S5中，座包内加入0.15％-0.25％的SrSi合金进行随流孕育，静置时间为10-15S。
本发明有益效果如下：
1、本发明一种船用低速柴油机用大缸径气缸套铸造方法，满足抗拉强度大、布氏硬度高，延伸率优，金相组织硬质相含量4％-7％、铁素体含量≤3％的要求。
2、通过降低P、S含量的控制，降低硬质相含量。通过0.2％的BaSi合金、0.3％的CaBaSi合金、0.2％的SrSi合金随流孕育，改善金相组织中硬质相形态及分布。
3、适量添加0.04-0.06％Sn元素含量，抑制铁素体形成，降低铁素体含量。
4、出炉前，浇包中加入0.04％-0.06％的Sn，用于抑制铁素体析出，Sn元素的加入量不足0.03％时其抑制铁素体析出作用不明显，当过量加入时使铸件脆化，韧性降低。
附图说明
图1金相组织报告：石墨、铁素体、硬相分布；
图2金相组织报告：不同区域硬相分布；
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
一种船用低速柴油机用大缸径气缸套，所述大缸径气缸套组分包括按照重量百分比计的以下组分：C 3.0％～3.1％；Si 1.1％～1.3％；Mn 0.5％～0.8％；P≤0.15％；S0.04％～0.06％；Cu 1.2％～1.4％；B 0.02％～0.04％；Sn 0.04％～0.06％，余量为铁。
所述船用低速柴油机用大缸径气缸套的铸造方法，所述方法包括以下步骤：
1、原材料选择，本铸造方法选择的原材料分别如下：
生铁：Q10生铁；旧料：缸套旧料(铁屑/冒口)；废钢：普通碳素钢边角料；增碳剂：低氮增碳剂。其中废钢50％，旧料35％，生铁15％。
熔炼时按生铁、旧料、废钢顺序加入炉内。铁水温度达到1420±5℃时，取样进行光谱分析，对炉内铁水化学成分进行调整，以达到规定要求。规定目标化学成分(％)为：C 3.0～3.1；Si 1.1～1.3；Mn 0.5～0.8；P≤0.15；S 0.04～0.06；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04；Sn 0.04～0.06。炉内成份控制为：C 3.05～3.2；Si 0.7～0.9；Mn 0.5～0.8；P 0.1～0.15；S 0.04～0.06；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04；Sn 0.04～0.06。
碳元素是铸铁中基本成分，是促进石墨化，减少白口化倾向；碳能改善流动性，增加凝固时的体积膨胀。
硅元素时铸件中的有益元素，它和碳元素一样，能促进石墨化，以孕育剂的方式添加的硅作用更明显。增加硅量，特别是孕育硅量，能够明显控制碳化物的含量，硅含量过高降低铸件抗磨性能。
锰元素适量时有助于生成纹理结构，增加坚固性和强度及耐磨性，锰易在共晶团边界产生偏析，铸态下容易生产碳化物，增加锰量，会恶化力学性能。
磷形成二元磷共晶，有硼存在时，与硼形成含硼磷共晶，这种组织显微硬度较高，减摩性能得到较大的改善。
硫元素在灰铸铁中属于有害元素，与Mn、Mg等元素亲和力强，产生稳定的碳化物，阻碍石墨化。
铜是促进石墨化元素，能使组织致密，并细化和改善石墨的均匀分布，既能降低铸铁的白口倾向，又能促进珠光体的形成，对断面敏感性有有利影响。
钒是强碳化物形成元素，能形成稳定的高硬度的强化相质点，弥散分布在基体中，并能显著细化片状石墨和珠光体基体；
硼在铸件中形成硼碳化物，均能在凝固末期共晶团晶界处析出断续网状或连续网状分布的含硼碳化物相；
锡是稳定碳化物，阻碍石墨化的元素，锡的质量分数在0.1％以下时，能增加灰铸铁中珠光体数量，细化共晶团，并提高力学性能。
2、孕育浇注：
成分合格后升温至1510±5℃保温10±2分钟，降温至1450±10℃后出炉，出炉过程按配料单加入孕育剂(A)，待球化结束后进行扒渣操作。扒渣过程需根据铁液表面浮渣情况加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注。座包内加入随流孕育剂(B)，确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置10-15S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
除渣剂添加量为铁液重量的0.08％-0.12％，除去铁液表面浮渣，提高铁液质量。
除渣剂以重量百分比计：SiO270％-75％，Al2O310％-15％,R2O8％-10％,CaO1％-3％,余量为Fe2O3。
其中：
孕育剂(A)：出炉过程加入铁液0.2％的BaSi合金、0.3％的CaBaSi合金进行孕育处理。
随流孕育剂(B)：座包内加入铁液2％的SrSi合金。
本实施例得到的力学性能见表2，本发明金相组织报告见图1-2。
由表1、图1，采用此方法生产的EN-GJL-250材料，综合机械性能达到要求，金相组织中硬质相及石墨的形态及分布均匀、含量符合材料标准要求。
图1金相组织检测可得到如下结论，金属基体组织主要为珠光体(Matrix)，铁素体含量2％(标准要求＜3％)，硬相组织含量5％(标准要求3％-7％)，符合标准要求
对比例1
在实施例1的基础上，不改变孕育量，通过改变孕育方式及孕育剂种类得出一下结论，
对比例A：座包内孕育加入0.7％FeSi75；
对比例B：座包内孕育加入0.7％BaSi；
对比例C：座包内孕育分别加入0.4％BaSi+0.3％CaBaSi
表1力学性能
Figure BDA0002218897900000051
由表1及对比例1实施案例可得到：在实施例1的条件下能得到较好的强度与延伸率等机械性能。
对比例2
在实施例1的基础上，改变原料组分，
对比例D(以前不加Sn的情况)：规定目标化学成分(％)为：C 3.0～3.1；Si 1.1～1.3；Mn 0.5～0.8；P≤0.15；S 0.04～0.06；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04。炉内成份控制为：C 3.05～3.2；Si 0.7～0.9；Mn 0.5～0.8；P 0.1～0.15；S 0.04～0.06；Cu 1.2～1.4；B0.02～0.04。通过金相检查得出：金属基体组织主要为珠光体(Matrix)，铁素体含量5％-10％(标准要求＜3％)，不符合标准要求。
对比例E1：(P含量为P：0.18～0.20时)，规定目标化学成分(％)为：C 3.0～3.1；Si1.1～1.3；Mn 0.5～0.8；P0.25；S 0.04～0.06；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04；Sn 0.04～0.06。炉内成份控制为：C 3.05～3.2；Si 0.7～0.9；Mn 0.5～0.8；P：0.18～0.20；S 0.04～0.06；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04；Sn 0.04～0.06。通过金相检查得出：金属基体组织主要为珠光体(Matrix)，硬相组织含量6％-8％(标准要求3％-7％)，不符合标准要求。
对比例E2：(S含量为0.08～0.10时)，规定目标化学成分(％)为：C 3.0～3.1；Si1.1～1.3；Mn 0.5～0.8；P≤0.15；S 0.08～0.10；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04；Sn 0.04～0.06。炉内成份控制为：C 3.05～3.2；Si 0.7～0.9；Mn 0.5～0.8；P 0.1～0.15；S：0.08～0.10；Cu 1.2～1.4；B 0.02～0.04；Sn 0.04～0.06。通过金相检查得出：金属基体组织主要为珠光体(Matrix)，硬相组织含量7％(标准要求3％-7％)，符合标准要求，但单个硬质相尺寸较大，加工过程容易脱落。
表2元素组分对力学性能的影响
Figure BDA0002218897900000061
由表2可知，实施例1、对比例D、E的实施条件下，机械性能能稳定在较好状态，由金相检查可知，硬相组织在实施例1的情况下才能达到理想状态。

Claims (4)

1.一种船用低速柴油机用大缸径气缸套的铸造方法，其特征在于，所述大缸径气缸套组分包括按照重量百分比计的以下组分：C 3.0%～3.1%；Si 1.1%～1.3%；Mn 0.5%～0.8%；P≤0.15%；S 0.04%～0.06%；Cu 1.2%～1.4%；B 0.02%～0.04%；Sn 0.04%～0.06%，余量为铁；所述方法包括以下步骤：
S1、炉料选用旧料、生铁、废钢，熔化，调整控制铁液成分，其中旧料、生铁、废钢的重量百分比为（20-40）：（10-20）：（45-55），冷炉料加入时添加1.1%-1.2%的低氮增碳剂,其中低氮增碳剂C含量为91%-93%；
S2、铁液成分合格后升温、保温，再降温后准备出炉；
S3、出炉，出炉前，浇包中往铁液中加入重量百分比0.04%-0.06%的Sn，出炉过程往铁液中加入重量百分比0.15%-0.25%的BaSi合金、0.25%-0.35%的CaBaSi合金进行孕育处理，提高形核数量；
S4、扒渣过程中加入除渣剂，表面无块状浮渣后准备浇注；
S5、座包内加入0.15%-0.25%的SrSi合金进行随流孕育，静置时间为10-15S，按浇注重量浇入铁水，静置，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束；
完成船用低速柴油机用大缸径气缸套的铸造。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，铁液成分以重量百分比计为：C 3.05%～3.2%；Si 0.7%～0.9%；Mn 0.5%～0.8%；P 0.1%～0.15%；S 0.04%～0.06%；Cu1.2%～1.4%；B 0.02%～0.04%，Sn 0.04～0.06%，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，熔化至1410-1420℃后调整控制铁液成分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，铁液成分合格后升温至1505-1515℃保温8-12分钟，再降温至1440-1460℃后准备出炉。
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