高鎳奧氏體球鐵用球化劑及其制備和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高鎳奧氏體球鐵用球化劑，球化劑的組份按質(zhì)量百分比，包括鎳：25%～35%，鎂：8%～15%，硅：＞30%～40%，稀土：≤0.1%，以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，球化劑粒徑在10～20mm。本發(fā)明具有能降低氧化鎂含量，能提高鎂收得率，提高球化率和生產(chǎn)效率，制造成本較低的特點。
【專利說明】高鎳奧氏體球鐵用球化劑及其制備和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高鎳奧氏體球鐵用球化劑及其制備和使用方法，屬于球化劑【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]高鎳奧氏體球墨鑄鐵是具有一定熱強性的鑄鐵，其抗氧化性、抗生長性能較好，具備優(yōu)異的抗熱沖擊性、抗熱蠕變性、耐蝕性、高溫抗氧化性以及低的熱膨脹性和低溫沖擊韌性，廣泛用于制造海水泵、閥、增壓器殼體、排氣管以及氣門座等耐熱、耐蝕的零部件產(chǎn)品。高鎳奧氏體球墨鑄鐵具有原子緊密堆積的面心立方晶格結(jié)構(gòu)，在常溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有比普通球墨鑄鐵和硅鑰球墨鑄鐵都高的熱化學(xué)穩(wěn)定性。
[0003]高鎳奧氏體球墨鑄鐵的基體組織是奧氏體及少量碳化物，其成分特征為含有18%以上的鎳，碳含量在3.0%以下，另外還含有一定量的硅、猛、鉻等元素。目前高鎳奧氏體球墨鑄鐵球化處理的球化劑普遍使用的是鎳鎂合金，其中鎳含量在80~85%，鎂含量在15~20%，但由于鎳熔點較高達(dá)到1455 °C，而鎂的沸點為1090 V，這會導(dǎo)致熔煉這種合金時，球化劑中鎂的燒損較大，而且也使得合金中的氧化鎂含量也較高。一方面由于有效鎂含量降低，在球化處理時對加入的球化劑量不好控制，并且受氧化鎂含量較高而影響球化劑的爆發(fā)，導(dǎo)致球化不良。另一方面，由于鎂的沸點低于鐵液溫度，鐵液在球化過程中，當(dāng)鐵液與球化劑接觸后，鎂很快氣化，對鐵液產(chǎn)生強烈的攪拌作用，這種攪拌作用能促進(jìn)脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，加快脫硫產(chǎn)物的上浮，雖然能均勻鐵液化學(xué)成份和溫度，凈化鐵液，但是對于鐵液的攪拌也加快了鐵液的降溫，增加了合金中球化元素的燒損，特別是鎂的氧化燒損大大增加，鎂的這種氧化燒損隨溫度的升高和球化劑中含鎂量的增加而增加。
[0004]目前普遍使用的球化劑為稀土鎂球化劑和鎳鎂合金。由于高鎳奧氏體材質(zhì)凝固過程中其枝晶較為發(fā)達(dá)，而低 熔點的稀土往往吸附于石墨與奧氏體的界面，從而使得石墨周圍奧氏體圈遲遲不得封閉，形成了碳原子擴散通道，從而最終導(dǎo)致鑄件中出現(xiàn)碎塊狀石墨，且往往呈現(xiàn)沿奧氏體枝晶分布，因此普通稀土鎂球化劑無法應(yīng)用于高鎳奧氏體材質(zhì)的生產(chǎn)。而鎳鎂合金由于其鎳含量較高，比重較大熔點較高,一方面會增加合金熔煉時的熔化溫度，導(dǎo)致球化劑中氧化鎂含量明顯增加，另一方面易導(dǎo)致球化劑比重過大，球化劑熔點增加，因此在處理高鎳奧氏體球鐵時對鐵液的攪拌力較弱，容易導(dǎo)致鎂在鐵液中的分布不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能降低氧化鎂含量，提高鎂收得率的，提高球化率和生產(chǎn)效率，且制造成本較低的高鎳奧氏體球鐵用球化劑及其制備和使用方法。
[0006]本發(fā)明為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是:一種高鎳奧氏體球鐵用球化劑，其特征在于:球化劑的組份按質(zhì)量百分比，包括鎳:25%~35%，鎂:8%~15%，硅:> 30%~40%，稀土:(0.1%,以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，所述球化劑粒徑在10~20mm。[0007]其中:所述的球化劑包括鎳:28%~32%，鎂:10%~12%，硅:32%~38%、稀土:(0.01%，以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0008]本發(fā)明的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的制備方法，其特征在于:具體組份按質(zhì)量百分比，
[0009](I)、將45%~56的％硅鐵以及25~36%的鎳板和3~8%的回爐料加入中頻感應(yīng)電爐內(nèi)，將鎳板與硅鐵熔化至1000-1050°C的N1-S1-Fe合金；
[0010](2)、將熔融的N1-S1-Fe合金倒入到另一個工頻感應(yīng)電爐內(nèi)，然后將10~18%的鎂塊加入到N1-S1-Fe合金熔液中，將熔液快速升溫至1100-1200°C，然后調(diào)低工頻爐功率使熔液攪拌3~10分鐘后出爐，出爐溫度控制在1150-1250°C，冷卻；
[0011](3)、使用破碎機將塊狀球化劑破碎成粒徑為10~20mm的球化劑。
[0012]其中:在第(I)步驟中，在中頻感應(yīng)電爐中加入48%~55的％硅鐵以及28~32%的鎳板和4~6%的回爐料，在第(2)中加入12~15%的鎂塊，在第(2)步驟中，采用壓鎂機將鎂塊壓入到N1-S1-Fe合金熔液中。[0013]本發(fā)明的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的使用方法，其特征在于:用沖入法進(jìn)行球化孕育處理，按質(zhì)量百分比，向待處理的高鎳奧氏體球墨鑄鐵的鐵水中加入總量0.8-0.85%的球化劑，球化反應(yīng)時間為30-40秒，制得球化率達(dá)到85%以上的高鎳奧氏體球墨鑄鐵。
[0014]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后的優(yōu)點是:
[0015](I)、本發(fā)明在球化劑制備過程中，鎳含量是關(guān)鍵控制元素，通過大量的實驗進(jìn)行對比，篩選出來最為優(yōu)化的成分配比，將鎳含量控制在25%~35%之間，當(dāng)鎳含量高于此范圍一方面會增加N1-S1-Fe合金熔煉時的熔化溫度，導(dǎo)致球化劑中氧化鎂含量明顯增加，另一方面易導(dǎo)致球化劑比重過大，球化劑熔點增加，反應(yīng)攪拌力弱，不利于成分均勻；而當(dāng)鎳含量低于此范圍，又易導(dǎo)致球化劑熔點降低，球化反應(yīng)激烈，從而導(dǎo)致鎂吸收率降低，而本發(fā)明通過合適的鎳含量，將反應(yīng)劇烈程度控制在較好的水平。本發(fā)明將鎂含量控制在8%-15%，硅含量控制在30%以上到40%，將鎂、硅含量控制在此范圍內(nèi)，既能充分保證鎂的溶解，易形成硅鎂相，又能夠降低球化劑的熔煉溫度，能將鎂的燒損控制在6%-8%以內(nèi)，將氧化鎂含量控制在0.6%以內(nèi)，由于在球化過程中鎂的吸收率較高，能達(dá)到50%-60%，大大提高鎂的利用率，起到很好的球化作用，而得到球狀石墨。
[0016](2)、本發(fā)明在球化劑制備過程中采用兩臺爐熔煉，通過一臺中頻爐對硅鐵、鎳板和回爐料進(jìn)行快速熔化，將鎳板與硅鐵熔化成熔化至1000-1050°C的N1-S1-Fe合金，再通過另一臺工頻爐用以快速升溫、攪拌將鎂與N1-S1-Fe合金熔融，生產(chǎn)效率高，成本較低，同時極大地保證球化劑成分均勻性。
[0017](3)、本發(fā)明將稀土含量控制在0.1%以內(nèi)，嚴(yán)禁使用含有稀土的鐵合金，因此在球化劑制備過程中，應(yīng)該對原材料選用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確要求，嚴(yán)格防止稀土的混入，解決了高鎳奧氏體球墨鑄鐵中因稀土的存在而導(dǎo)致碎塊狀石墨的產(chǎn)生，能確保材料性能。
[0018](4)、本發(fā)明制得球化劑熔點較低，能適當(dāng)減少球化處理過程中的溫降現(xiàn)象，能進(jìn)一步提高鎂的利用率，提高球化率。
[0019](5)、本發(fā)明的球化劑中采用> 30%~40%的硅，在保證鎂的溶解形成硅鎂相時，又能夠降低球化劑的熔煉溫度，同時還能使本發(fā)明的球化劑具有一定的孕育作用，可以減少孕育劑的加入量。[0020](6)、本發(fā)明所制備的球化劑在處理高鎳奧氏體球鐵時，加入總量的0.8-0.85%球化劑，球化等級能達(dá)到1-2級，制造成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022]圖1a-圖1j是使用本發(fā)明的球化劑處理高鎳奧氏體球鐵實施例1-10的球化率圖(X100)。
[0023]圖2a_圖2j是使用本發(fā)明的球化劑處理高鎳奧氏體球鐵實施例1_10的金相組織圖(X 100，腐蝕液為4%的氯化鐵鹽酸溶液)。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明的高鎳奧氏體球鐵用球化劑，球化劑的組份按質(zhì)量百分比，包括鎳:25%~35%，鎂:8%~15%，硅..> 30%~40%，稀土:≤0.1%，以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，球化劑粒徑在10~20mm。本發(fā)明的球化劑最好包括鎳:28%~32%，鎂:10%~12%，硅:32%~38%、稀土:< 0.01%,以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì),本發(fā)明的球化劑最好是不含稀土，通過嚴(yán)格限制稀土含量，解決因稀土導(dǎo)致碎塊狀石墨的產(chǎn)生，從而明顯降低材料的性能的問題。
[0025]根據(jù)鎳鎂硅合金相圖可以知，本發(fā)明將球化劑中的鎳鎂硅成分控制在上述范圍既能夠保證制取過程中較低的熔化溫度，有利于提高鎂的收得率，并能夠滿足產(chǎn)品的使用性能，降低球化反應(yīng)過程的劇烈程度和反應(yīng)溫降。
[0026]本發(fā)明的球化劑的具體組份按質(zhì)量百分比，見表1所示，
[0027]表1
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種高鎳奧氏體球鐵用球化劑，其特征在于:球化劑的組份按質(zhì)量百分比，包括鎳:25%~35%，鎂:8%~15%，硅:> 30%~40%，稀土.( 0.1%，以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，所述球化劑粒徑在10~20mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鎳奧氏體球鐵用球化劑，其特征在于:所述的球化劑包括鎳:28%~32%，鎂:10%~12%，硅:32%~38%、稀土:≤0.01%,以及余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的制備方法，其特征在于:具體組份按質(zhì)量百分比， (1)、將45%~56的％硅鐵以及25~36%的鎳板和3~8%的回爐料加入中頻感應(yīng)電爐內(nèi)，將鎳板與硅鐵熔化至1000-1050°C的N1-S1-Fe合金； (2)、將熔融的N1-S1-Fe合金倒入到另一個工頻感應(yīng)電爐內(nèi)，然后將10~18%的鎂塊加入到N1-S1-Fe合金熔液中，將熔液快速升溫至1100-1200°C，然后調(diào)低工頻爐功率，使熔液攪拌3~10分鐘后出爐，出爐溫度控制在1150-1250°C，冷卻； (3)、使用破碎機將塊狀球化劑破碎成粒徑為10~20mm的球化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的制備方法，其特征在于:在第(I)步驟中，在中頻感應(yīng)電爐中加入48%~55的％硅鐵以及28~32%的鎳板和4~6%的回爐料，在第(2)中加入12~15%的鎂塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的制備方法，其特征在于:在第(2)步驟中，采用壓鎂機將鎂塊壓入到N1-S1-Fe合金熔液中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的制備方法，其特征在于:所述將破碎后的球化劑用防潮袋包裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的高鎳奧氏體球鐵用球化劑的使用方法，其特征在于:用沖入法進(jìn)行球化孕育處理，按質(zhì)量百分比，向待處理的高鎳奧氏體球墨鑄鐵的鐵水中加入總量0.8-0.85%的球化劑，球化反應(yīng)時間為30-40秒，制得球化率達(dá)到85%以上的高鎳奧氏體球墨鑄鐵。
【文檔編號】C22C33/12GK103882280SQ201410125453
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】朱貴華, 唐中權(quán), 王鳴峰, 梁萬波 申請人:常州南車汽車零部件有限公司, 南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司