專利名稱：變質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域一種變質(zhì)鋼產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
自十九世紀(jì)末出現(xiàn)球墨鑄鐵已來，已使得普通鑄鐵在工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)生了極大的變化。到了20世紀(jì)后期，由于變質(zhì)劑的不斷改進(jìn)，石墨由片狀變成點(diǎn)狀(顆粒直徑以微米計(jì))，于是出現(xiàn)了“點(diǎn)狀石墨鑄鐵”這一概念。變質(zhì)后的點(diǎn)狀石墨鑄鐵較球墨鑄鐵各方面性能都有所提高。但碳化物的細(xì)化問題一直沒有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，使得鑄鐵的性能始終得不到根本的改善，盡管多年來對此進(jìn)行了大量的研究和不懈的努力，效果仍不夠明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，對鑄鐵進(jìn)行變質(zhì)處理，使變質(zhì)處理后的鑄鐵的內(nèi)部組織中的碳化物充分細(xì)化，使之與某些鋼材類似從而形成一個(gè)新的鋼種——變質(zhì)鋼。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的變質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法。這種變質(zhì)鋼含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的硅，0.7～1.5％的錳，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，余量為鐵。
所述變質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝流程如下(1)、配料根據(jù)工件用途在上述成分范圍內(nèi)選擇適當(dāng)成分配料裝爐；(2)、熔化1450℃以上溫度中進(jìn)行熔化；(3)、變質(zhì)處理當(dāng)鐵水溫度達(dá)1450℃即采用變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)劑每爐用量為每爐金屬總量的1.4～1.8％，用沖熔法加入或直接加入，然后攪拌，再靜置3～5分鐘；(4)、鑄件或鑄錠澆鑄，澆鑄溫度≥1300℃；(5)、鑄件熱處理或鑄錠熱處理鑄件熱處理①退火400℃加熱保溫一小時(shí)，隨爐冷卻(消除應(yīng)力要求)，或950℃加熱3小時(shí)，隨爐冷卻(機(jī)加工要求)；②淬火950℃保溫5小時(shí)，冷卻至800℃水淬。
鑄錠熱處理均勻化退火→熱變形→冷變形→退火→精加工→淬火→回火。
按上述方法得到的新型金屬材料，稱為變質(zhì)鋼(又稱BZ鋼)它具有下述特點(diǎn)(1)、成份簡單，沒有添加任何其它合金元素，只在變質(zhì)處理時(shí)加入少量變質(zhì)劑。且對鑄鐵質(zhì)量要求不高，一般14～18號鑄鉄即可，故材料成本低。
(2)、所用305變質(zhì)劑不含易產(chǎn)生火光煙霧的鎂，生產(chǎn)環(huán)境安全。鑄鐵變質(zhì)后，其變質(zhì)效果在鐵水包內(nèi)可較長時(shí)間保持，特別有利于澆鑄工作的順利進(jìn)行。而且舊料可以回爐，回爐的舊料能繼續(xù)保持相當(dāng)程度的變質(zhì)效果，對節(jié)約變質(zhì)劑十分有利。
(3)變質(zhì)后的鑄錠必須經(jīng)過高溫退火。其目的是對鑄錠中經(jīng)過變質(zhì)了的碳化物顆粒形態(tài)、數(shù)量及分散程度進(jìn)行控制，使其得到有利于進(jìn)一步壓力加工或機(jī)械加工的組織，以便按需要進(jìn)行各種成型加工(包括鍛造、壓延、拉伸及車、鉗、飽、銑、磨等)。
(4)完成成型工作，可像合金鋼一樣進(jìn)行各種形式的熱處理。經(jīng)淬火回火處理的工件，可得到HRC55-65的硬度及4-10J/cm2的韌性。
(5)為了滿足某些特殊性能(如提高耐磨耐蝕性能等)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，而且還可提高其機(jī)械性能及淬透性。
變質(zhì)鋼經(jīng)變質(zhì)處理后其碳化物已被極大地“破碎”。隨后的退火處理，只需950℃，3小時(shí)保溫，便能基本溶解，基體組織已變成珠光體+鐵素體，碳化物只剩下少量未溶解的分布在基體上。由于變質(zhì)鋼退火后具有珠光體+鐵素體為基體組織，使得這種材料具有了很好的壓力加工性能。變質(zhì)鋼的淬火組織為馬氏體基體上分布著一些細(xì)小殘余碳化物的組織，已與許多鋼的組織類似。它的性能是根據(jù)使用的需要，由其C、Si、Mn的含量及所采用的熱處理方式?jīng)Q定的，它的機(jī)械性能如表(1)所示表(1)

變質(zhì)鋼的工藝性能如下①、熔化溫度不太高，只需超過1450℃。變質(zhì)處理用沖溶法在澆包中進(jìn)行，因不含Mg，沖溶過程無火光及大量煙塵。環(huán)保條件較好。
②、澆鑄在＞1300℃以上進(jìn)行，因碳含量接近共晶點(diǎn)流動性好。
③、鑄錠退火后“破碎”的碳化物較易溶解于基體，大量存在的鐵素體使得退火的鑄錠有極好的加工性能，不但可以進(jìn)行車、鉗、刨、銑、磨，而且可進(jìn)行熱鍛、模壓、熱壓，熱軋時(shí)變形能力可達(dá)＞40％。有利于材料加工成板材、帶材、型材、棒材。
④、加工成形后的材料，可進(jìn)行各種類型的熱處理。淬火+回火可使材料的HRC提高到55-65。在高溫保溫一段時(shí)間冷至800℃，工件可直接淬入水中，不會引起開裂和變形。
⑤、由于BZ鋼沒加入其它合金元素，故抗氧化能力較差，如需提高抗氧化能力，添加少量的Al即可。如還有其它特殊性能的要求，可加入少量其它含金元素，如為了提高耐酸能力，可加入少量Cr。Cr不但能提高耐酸能力而且還能提高機(jī)械性能。也即提高了變質(zhì)效果。
⑥、由于BZ鋼的基體組織與鋼的基本一致，故其與鋼的焊接性很好，焊縫過渡區(qū)均為冶金結(jié)合。
⑦、變質(zhì)鋼可在極大程度上改變普通生鐵及灰鑄鐵的組織性能。其強(qiáng)度、硬度及韌性指標(biāo)已達(dá)到某些合金鋼的水平，可在相當(dāng)程度上代替合金鋼。
⑧、變質(zhì)鋼既是一種成本低性能好的鑄造材料，又是一種具有高變形能力的加工型物美價(jià)廉的材料。只要掌握了變質(zhì)處理及相應(yīng)的熱處理技術(shù)，就能達(dá)到預(yù)期目的。
⑨、根據(jù)當(dāng)前各種金屬特別是希貴金屬大漲價(jià)的情況，節(jié)約Ni、Cr、Mo、V、Ti、W----等合金鋼常用元素，是非常重要的工作。變質(zhì)鋼的優(yōu)點(diǎn)之一，就是有可能代替部分合金鋼。因此大力推廣變質(zhì)鋼是一件對社會有重大意義的事情。變質(zhì)鋼的應(yīng)用前景預(yù)計(jì)變質(zhì)鋼既具有鐵的成分，又具有鋼的組織和性能；既具有良好的鑄造本質(zhì)，又可承受大量變形壓力，淬火、回火后還能得到極高的強(qiáng)度和韌性。而且這種變質(zhì)鋼成本低，機(jī)械性能好，可代替多種合金鋼，是值得大力開發(fā)的結(jié)構(gòu)型材料，有著廣泛的應(yīng)用前景，參見表(2)所例其可應(yīng)用的范圍如下表(2)

目前變質(zhì)鋼已在一些企業(yè)開始應(yīng)用，如制作球磨機(jī)襯板和磨球、軋輥、導(dǎo)喂、壓模、沖模、鑄模等方面進(jìn)行試生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，本例變質(zhì)鋼的成分及其含量取值為2.5％的碳，0.8％的硅，0.7％的錳，0.025％的硫及0.025％的磷，余量為鐵。
生產(chǎn)工藝流程如下(1)、配料按上述成分配料裝爐，總量200kg，其中碳5kg、硅1.6kg、錳1.4kg、硫0.05kg、磷0.05kg、18#生鐵132kg、廢鋼59.9kg；(2)、熔化采用200kg中頻爐，升溫至1450℃溫度將鐵水熔化；(3)、變質(zhì)處理當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1450℃以上時(shí)，取305變質(zhì)劑3公斤用沖熔法加入，進(jìn)行變質(zhì)處理。加入后對爐中熔化的液體變質(zhì)鋼進(jìn)行攪拌，攪拌后靜置3分鐘；(4)、鑄件實(shí)施鑄件澆鑄，澆鑄溫度＞1300℃；(5)、鑄熱處理①、退火(消除應(yīng)力)400℃加熱保溫一小時(shí)，隨爐冷卻；②、淬火950℃保溫5小時(shí)，冷卻至800℃保溫30分水淬。
實(shí)施例2，本例變質(zhì)鋼的成分及其含量取值為3.0％的碳，0.8％的硅，1.2％的錳，0.025％的硫及0.025％的磷，余量為鐵。
生產(chǎn)工藝流程如下(1)、配料按上述成分配料裝爐，配料總量10t，其中碳300kg、硅80kg、錳120kg、硫5kg、磷5kg、18#生鐵8t、廢鋼1.49t；(2)、熔化熔煉爐為10噸中頻爐，1450℃溫度下將鐵熔化；(3)、變質(zhì)處理當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1450℃以上時(shí)，取305變質(zhì)劑150kg直接加入進(jìn)行變質(zhì)處理。通電攪拌2分鐘后靜置5分鐘準(zhǔn)備澆鑄；(4)、鑄錠實(shí)施鑄錠澆鑄，澆鑄溫度1300℃；
(5)、鑄錠熱處理均勻化退火→熱變形→冷變形→退火→精加工→淬火→回火即成。以上鑄錠生產(chǎn)的前幾道工序與鑄型生產(chǎn)一樣只是到鑄錠時(shí)改成適合軋板要求的錠模。模溫應(yīng)大於400℃。詳細(xì)說明如下①均勻化退火950℃3小時(shí)后爐冷。
②熱軋前加熱950℃3小時(shí)加熱，快速出爐軋制。軋完本道次需再退火，可再經(jīng)950℃保溫30分鐘退火。
此外，變質(zhì)鋼生產(chǎn)過程中要主意的幾個(gè)重要問題是(1)、變質(zhì)劑它是變質(zhì)鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵材料，由多種材料組合而成。應(yīng)采用主要成分由稀土硅鐵、硅鐵、硅鈣合金及微量元素配制的市售305變質(zhì)劑。
(2)、變質(zhì)鋼經(jīng)過變質(zhì)處理后，一定要經(jīng)相應(yīng)的熱處理才能獲得最佳效果。
(3)、變質(zhì)鋼的最大特點(diǎn)是使鐵變?yōu)榫哂袖摰慕M織與性能及其低廉的生產(chǎn)成本。因此，開發(fā)變質(zhì)鋼應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn)。
(4)、淬火及回火后的變質(zhì)鋼，不但具有高硬度而且韌性很好。
(5)、本發(fā)明在軋鋼機(jī)另件，汽車另件，多種模具的制作方面代替某些合金鋼，能發(fā)揮更好的作用。
實(shí)施例1～2的工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)中，原料無水份、無泥污、無油污、無銹蝕以及其它污染。
權(quán)利要求
1.一種變質(zhì)鋼，含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的硅，0.7～1.5％的錳，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，余量為鐵。
2.一種專用于權(quán)利要求1所述的變質(zhì)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，該方法為下述生產(chǎn)工藝流程(1)、配料根據(jù)工件用途在上述成分范圍內(nèi)選擇適當(dāng)成分配料裝爐，(2)、熔化1450℃以上溫度中進(jìn)行熔化，(3)、變質(zhì)處理當(dāng)鐵水溫度達(dá)1450℃即采用變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)劑每爐用量為每爐金屬總量的1.4～1.8％，用沖熔法加入或直接加入，然后攪拌，再靜置3～5分鐘，(4)、鑄件或鑄錠澆鑄，澆鑄溫度≥1300℃，(5)、鑄件熱處理或鑄錠熱處理鑄件熱處理①退火400℃加熱保溫一小時(shí)，隨爐冷卻(消除應(yīng)力要求)，或950℃加熱3小時(shí)，隨爐冷卻(機(jī)加工要求)，②淬火950℃保溫5小時(shí)，冷卻至800℃水淬，鑄錠熱處理均勻化退火→熱變形→冷變形→退火→精加工→淬火→回火。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變質(zhì)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述變質(zhì)劑為305變質(zhì)劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法。這種變質(zhì)鋼含有2.5～3.0％的碳，0.8～1.2％的硅，0.7～1.5％的錳，≤0.03％的硫及≤0.03％的磷，余量為鐵。生產(chǎn)方法為下述工藝流程配料、熔化、變質(zhì)劑變質(zhì)處理、鑄件或鑄錠、熱處理。該鋼種既具有鐵的成分，又具有鋼的組織和性能；既具有良好的鑄造本質(zhì)，又可承受大量變形壓力，甚至淬火、回火后還能保留極高的強(qiáng)度和韌性。成本低，機(jī)械性能好，可代替多種合金鋼，是值得大力開發(fā)的結(jié)構(gòu)型材料，有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C21D6/00GK1718826SQ200510031968
公開日2006年1月11日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者肖治平, 肖履維 申請人:肖治平