CN1718826A - 变质钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变质钢及其生产方法。这种变质钢含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的硅，0.7～1.5％的锰，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，余量为铁。生产方法为下述工艺流程：配料、熔化、变质剂变质处理、铸件或铸锭、热处理。该钢种既具有铁的成分，又具有钢的组织和性能；既具有良好的铸造本质，又可承受大量变形压力，甚至淬火、回火后还能保留极高的强度和韧性。成本低，机械性能好，可代替多种合金钢，是值得大力开发的结构型材料，有着广泛的应用前景。

Description

变质钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金领域一种变质钢产品及其生产方法。

背景技术

自十九世纪末出现球墨铸铁已来，已使得普通铸铁在工业上的应用发生了极大的变化。到了20世纪后期，由于变质剂的不断改进，石墨由片状变成点状(颗粒直径以微米计)，于是出现了“点状石墨铸铁”这一概念。变质后的点状石墨铸铁较球墨铸铁各方面性能都有所提高。但碳化物的细化问题一直没有实质性进展，使得铸铁的性能始终得不到根本的改善，尽管多年来对此进行了大量的研究和不懈的努力，效果仍不够明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，对铸铁进行变质处理，使变质处理后的铸铁的内部组织中的碳化物充分细化，使之与某些钢材类似从而形成一个新的钢种——变质钢。

本发明的技术解决方案是，提供一种能实现上述目标的变质钢及其生产方法。这种变质钢含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的硅，0.7～1.5％的锰，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，余量为铁。

所述变质钢的生产工艺流程如下：

(1)、配料：根据工件用途在上述成分范围内选择适当成分配料装炉；

(2)、熔化：1450℃以上温度中进行熔化；

(3)、变质处理：当铁水温度达1450℃即采用变质剂进行变质处理，变质剂每炉用量为每炉金属总量的1.4～1.8％，用冲熔法加入或直接加入，然后搅拌，再静置3～5分钟；

(4)、铸件或铸锭：浇铸，浇铸温度≥1300℃；

(5)、铸件热处理或铸锭热处理：

铸件热处理：

①退火：400℃加热保温一小时，随炉冷却(消除应力要求)，或950℃加热3小时，随炉冷却(机加工要求)；

②淬火：950℃保温5小时，冷却至800℃水淬。

铸锭热处理：均匀化退火→热变形→冷变形→退火→精加工→淬火→回火。

按上述方法得到的新型金属材料，称为变质钢(又称BZ钢)它具有下述特点：

(1)、成份简单，没有添加任何其它合金元素，只在变质处理时加入少量变质剂。且对铸铁质量要求不高，一般14～18号铸鉄即可，故材料成本低。

(2)、所用305变质剂不含易产生火光烟雾的镁，生产环境安全。铸铁变质后，其变质效果在铁水包内可较长时间保持，特别有利于浇铸工作的顺利进行。而且旧料可以回炉，回炉的旧料能继续保持相当程度的变质效果，对节约变质剂十分有利。

(3)变质后的铸锭必须经过高温退火。其目的是对铸锭中经过变质了的碳化物颗粒形态、数量及分散程度进行控制，使其得到有利于进一步压力加工或机械加工的组织，以便按需要进行各种成型加工(包括锻造、压延、拉伸及车、钳、饱、铣、磨等)。

(4)完成成型工作，可像合金钢一样进行各种形式的热处理。经淬火回火处理的工件，可得到HRC55-65的硬度及4-10J/cm²的韧性。

(5)为了满足某些特殊性能(如提高耐磨耐蚀性能等)可添加少量合金元素，如在原料中添加少量Cr，不但可提高耐酸能力，而且还可提高其机械性能及淬透性。

变质钢经变质处理后其碳化物已被极大地“破碎”。随后的退火处理，只需950℃，3小时保温，便能基本溶解，基体组织已变成珠光体+铁素体，碳化物只剩下少量未溶解的分布在基体上。由于变质钢退火后具有珠光体+铁素体为基体组织，使得这种材料具有了很好的压力加工性能。变质钢的淬火组织为马氏体基体上分布着一些细小残余碳化物的组织，已与许多钢的组织类似。它的性能是根据使用的需要，由其C、Si、Mn的含量及所采用的热处理方式决定的，它的机械性能如表(1)所示：

表(1)

抗拉强度6b-MPa	抗弯强度6bb-MPa	挠度mm	硬度HRC	冲击韧度ak/J/cm2
					800-1000	700-1000	4.2-5.3	55-65	4-10

变质钢的工艺性能如下：

①、熔化温度不太高，只需超过1450℃。变质处理用冲溶法在浇包中进行，因不含Mg，冲溶过程无火光及大量烟尘。环保条件较好。

②、浇铸在＞1300℃以上进行，因碳含量接近共晶点流动性好。

③、铸锭退火后“破碎”的碳化物较易溶解于基体，大量存在的铁素体使得退火的铸锭有极好的加工性能，不但可以进行车、钳、刨、铣、磨，而且可进行热锻、模压、热压，热轧时变形能力可达＞40％。有利于材料加工成板材、带材、型材、棒材。

④、加工成形后的材料，可进行各种类型的热处理。淬火+回火可使材料的HRC提高到55-65。在高温保温一段时间冷至800℃，工件可直接淬入水中，不会引起开裂和变形。

⑤、由于BZ钢没加入其它合金元素，故抗氧化能力较差，如需提高抗氧化能力，添加少量的Al即可。如还有其它特殊性能的要求，可加入少量其它含金元素，如为了提高耐酸能力，可加入少量Cr。Cr不但能提高耐酸能力而且还能提高机械性能。也即提高了变质效果。

⑥、由于BZ钢的基体组织与钢的基本一致，故其与钢的焊接性很好，焊缝过渡区均为冶金结合。

⑦、变质钢可在极大程度上改变普通生铁及灰铸铁的组织性能。其强度、硬度及韧性指标已达到某些合金钢的水平，可在相当程度上代替合金钢。

⑧、变质钢既是一种成本低性能好的铸造材料，又是一种具有高变形能力的加工型物美价廉的材料。只要掌握了变质处理及相应的热处理技术，就能达到预期目的。

⑨、根据当前各种金属特别是希贵金属大涨价的情况，节约Ni、Cr、Mo、V、Ti、W----等合金钢常用元素，是非常重要的工作。变质钢的优点之一，就是有可能代替部分合金钢。因此大力推广变质钢是一件对社会有重大意义的事情。变质钢的应用前景预计：变质钢既具有铁的成分，又具有钢的组织和性能；既具有良好的铸造本质，又可承受大量变形压力，淬火、回火后还能得到极高的强度和韧性。而且这种变质钢成本低，机械性能好，可代替多种合金钢，是值得大力开发的结构型材料，有着广泛的应用前景，参见表(2)所例其可应用的范围如下：

表(2)

工业部门	变质钢可应用的范围
		汽车拖拉机	传动轴、转向轴、4000马力柴油机、汽油机曲轴、凸轮轴、曲线齿锥齿轮、内燃机油泵齿轮、气轮机气缸隔板、减速齿轮毂、拖拉机拖带轮、拖链轮。
通用机械	空调机、气压机、冷冻机、制氧机及泵的曲轴、缸套、吸淤泥泵体
		机床	磨床、铣床、车床的主轴、机床导轨、精密机床床身、主柱、工作台
冶金、矿山	起重机械的齿轴、球磨机齿轴、磨球、矿石溜槽、衬板、矿车轮、桥式起重机大、小车滚轮
		压型模具	塑料压型模、粉末冶金压模、耐火材料压模、瓷砖压模、黑色及有色金属冲压模

目前变质钢已在一些企业开始应用，如制作球磨机衬板和磨球、轧辊、导喂、压模、冲模、铸模等方面进行试生产。

具体实施方式

实施例1，本例变质钢的成分及其含量取值为：2.5％的碳，0.8％的硅，0.7％的锰，0.025％的硫及0.025％的磷，余量为铁。

生产工艺流程如下：

(1)、配料：按上述成分配料装炉，总量200kg，其中碳5kg、硅1.6kg、锰1.4kg、硫0.05kg、磷0.05kg、18#生铁132kg、废钢59.9kg；

(2)、熔化：采用200kg中频炉，升温至1450℃温度将铁水熔化；

(3)、变质处理：当铁水温度达到1450℃以上时，取305变质剂3公斤用冲熔法加入，进行变质处理。加入后对炉中熔化的液体变质钢进行搅拌，搅拌后静置3分钟；

(4)、铸件：实施铸件浇铸，浇铸温度＞1300℃；

(5)、铸热处理：

①、退火(消除应力)：400℃加热保温一小时，随炉冷却；

②、淬火：950℃保温5小时，冷却至800℃保温30分水淬。

实施例2，本例变质钢的成分及其含量取值为：3.0％的碳，0.8％的硅，1.2％的锰，0.025％的硫及0.025％的磷，余量为铁。

生产工艺流程如下：

(1)、配料：按上述成分配料装炉，配料总量10t，其中碳300kg、硅80kg、锰120kg、硫5kg、磷5kg、18#生铁8t、废钢1.49t；

(2)、熔化：熔炼炉为10吨中频炉，1450℃温度下将铁熔化；

(3)、变质处理：当铁水温度达到1450℃以上时，取305变质剂150kg直接加入进行变质处理。通电搅拌2分钟后静置5分钟准备浇铸；

(4)、铸锭：实施铸锭浇铸，浇铸温度1300℃；

(5)、铸锭热处理：均匀化退火→热变形→冷变形→退火→精加工→淬火→回火即成。以上铸锭生产的前几道工序与铸型生产一样只是到铸锭时改成适合轧板要求的锭模。模温应大於400℃。详细说明如下：

①均匀化退火：950℃3小时后炉冷。

②热轧前加热：950℃3小时加热，快速出炉轧制。轧完本道次需再退火，可再经950℃保温30分钟退火。

此外，变质钢生产过程中要主意的几个重要问题是：

(1)、变质剂：它是变质钢生产的关键材料，由多种材料组合而成。应采用主要成分由稀土硅铁、硅铁、硅钙合金及微量元素配制的市售305变质剂。

(2)、变质钢经过变质处理后，一定要经相应的热处理才能获得最佳效果。

(3)、变质钢的最大特点是使铁变为具有钢的组织与性能及其低廉的生产成本。因此，开发变质钢应充分考虑这一特点。

(4)、淬火及回火后的变质钢，不但具有高硬度而且韧性很好。

(5)、本发明在轧钢机另件，汽车另件，多种模具的制作方面代替某些合金钢，能发挥更好的作用。

实施例1～2的工业性生产试验中，原料无水份、无泥污、无油污、无锈蚀以及其它污染。

Claims (3)

1、一种变质钢，含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的硅，0.7～1.5％的锰，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，余量为铁。

2、一种专用于权利要求1所述的变质钢的生产方法，其特征在于，该方法为下述生产工艺流程：

(1)、配料：根据工件用途在上述成分范围内选择适当成分配料装炉，

(2)、熔化：1450℃以上温度中进行熔化，

(3)、变质处理：当铁水温度达1450℃即采用变质剂进行变质处理，变质剂每炉用量为每炉金属总量的1.4～1.8％，用冲熔法加入或直接加入，然后搅拌，再静置3～5分钟，

(4)、铸件或铸锭：浇铸，浇铸温度≥1300℃，

(5)、铸件热处理或铸锭热处理：

铸件热处理：

①退火：400℃加热保温一小时，随炉冷却(消除应力要求)，或950℃加热3小时，随炉冷却(机加工要求)，

②淬火：950℃保温5小时，冷却至800℃水淬，

铸锭热处理：均匀化退火→热变形→冷变形→退火→精加工→淬火→回火。

3、根据权利要求2所述的变质钢的生产方法，其特征在于，所述变质剂为305变质剂。