一种无稀土铁素体球铁及其制备方法 【技术领域】
本发明公开了一种应用无稀土球化剂制备铁素体球铁的工艺。
背景技术
高效、环保、安全、可再生的风能事业是我国未来能源发展的重要方向之一。大型风电用轮毂、底座等均为铁素体球铁铸件，由于这些铸件冷却速度非常缓慢，凝固时间长，石墨球容易发生畸变，使球铁件的韧性、塑性大大降低。作为判断材质合格的依据，现在不仅性能要达到要求，对石墨形态和基体组织也有了更高的要求。这就促使我们通过熔炼工艺研究来在改善石墨形态的同时，达到性能。
(1)球化剂的选用应根据熔炼设备的不同，即出铁温度及铁液的纯净度(如含硫量、氧化程度等)而定。我国最常用的是稀土镁硅铁球化剂(稀土：0.5-20％，Mg：5-12％，Si：35-45％，其余为铁)，采用这种球化剂处理时，由于合金中含硅量较高，可显著降低球化处理时反应的剧烈程度。当炉料中干扰元素含量较高时，选用稀土含量较高的稀土硅铁镁合金。如炉料的纯净度高，则可用不含稀土的纯镁或稀土＜0.05％的硅铁镁合金做球化剂。稀土有抵消中和反球化干扰元素的作用，并间接地起球化作用，但在厚大铸件中，稀土残余量高时，容易造成碎块状石墨增多，心部石墨发生变异，这就使得铸件的韧性、塑性大大降低。对于韧性(延伸率≥12％、平均低温冲击功≥10J)要求高的风电类铸件是不适用的。风电铸件采用铁素体基体的球铁材质，球墨铸铁的基体一般以铁素体为主，允许少量珠光体，铁素体基体的球铁一般要求基体中珠光体的含量小于10％，大型风力发电采用铁素体球铁要求珠光体含量不超过7％。
(2)结合国情，由于我国铁质差、含硫量高(冲天炉熔炼)和出铁温度低，所以加入稀土。我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作，发现稀土元素对常用的球墨铸铁成分(C3.6～3.8wt％，Si2.0～2.5wt％)来说，很难获得同镁球墨铸铁那样完整均匀的球状石墨；而且，当稀土量过高时，还会出现各种变态形的石墨，白口倾向也增大。
(3)以前制作无稀土球铁的主要方法为压力加镁球化处理法，对解决芯部碎块状石墨问题比较有效，延伸率提高较多。但由于残余镁量较高，夹杂物较多，也影响了部分性能的提高。另一方面，因对压力加镁包的安全可靠性要求高，球化以后的孕育处理比较困难等因素而难以推广应用。
公司采用冲天炉和电炉双联熔炼，利用冲天炉的正常烧损，原铁水中杂质元素含量下降，经脱硫处理后，S含量比较低(S＜0.012％)，因而我们采用稀土＜0.05％的无稀土球化剂进行冲入法处理。
【发明内容】
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种延伸率和冲击值达到并超过了标准要求值、而且保证抗拉强度和屈服强度也达到了要求的铁素体球铁。
本发明的另一目的是提供一种上述铁素体球铁的球化处理工艺。
按照本发明提供的技术方案，所述铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.6％～3.9％，Si含量为1.7％～3.0％，Mn含量为0.1％～0.4％，Mg含量为0.035％～0.045％，稀土＜0.001％；控制P含量≤0.040％，S含量≤0.012％，其余为铁。
制备权利要求1所述铁素体球铁的工艺包含如下步骤：
将已经在冲天炉中熔化并经炉外脱硫处理后的铁水，再经过转包加入电炉升温增碳处理，使铁水温度升至1450～1480℃出炉进入浇包，在浇包内采用稀土＜0.05％的无稀土球化剂冲入法进行球化、孕育处理；
在球化、孕育处理时：先将无稀土球化剂放入浇包内，球化剂的加入量为铁水重量的1.1％～1.3％；再加入占铁水重量0.2～0.3％的75硅铁作为覆盖剂；将铁水冲入浇包内，球化反应温度为1400～1430℃，球化时间为60～100秒；在球化结束时，再将孕育剂加入浇包内，孕育剂的加入量为铁水重量的0.4％～0.6％；所述孕育剂中Si的重量百分含量为73.0％～78.0％，其余为铁；
在所述球化剂中：Mg的重量百分含量为6.0％～9.0％，稀土＜0.05％，Si的重量百分含量为40.0％～46.0％，其余为铁；
最终使大断面铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.6％～3.9％，Si含量为1.7％～3.0％，Mn含量为0.1％～0.4％，Mg含量为0.035％～0.045％，稀土＜0.001％，P含量≤0.040％，S含量≤0.012％，其余为铁。
本发明的铁素体球铁延伸率和低温冲击值达到并超过了标准要求值，而且保证抗拉强度和屈服强度也达到了要求，制备方法简单易行。
【附图说明】
图1是实施例1的大断面铁素体球铁的金相照片。
图2是实施例2的大断面铁素体球铁的金相照片。
图3是实施例3的大断面铁素体球铁的金相照片。
【具体实施方式】
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
10吨熔融的铁水在冲天炉外经脱硫处理后经中转包加入电炉升温，将铁水温度升至1450℃出电炉，在浇包内进行球化、孕育处理；
球化、孕育处理：将升温后的铁水共计5吨倒入浇包内进行球化、孕育处理，球化反应温度为1400℃，根据倒入的铁水重量确定球化剂的加入量，球化剂地重量为铁水的重量的1.1％，球化剂的加入量合55kg，采用球化剂中Mg的重量百分含量为6.0％，计3.3kg，Si的重量百分含量为40.0％，计22kg，其余为铁。并根据倒入的铁水重量称取铁水重量0.3％的75SiFe作为覆盖，计15kg，将球化剂以冲入法加入到铁水中，球化时间为60秒；根据倒入的铁水重量称取孕育剂的重量，孕育剂的加入量为铁水重量的0.4％，合20kg，控制孕育剂中Si的重量百分含量为73.0％，合14.6kg，其余为铁，孕育剂在球铁反应后期分散加入铁水包中。
经检测，该铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.61％，Si含量为1.73％，Mn含量为0.19％，Mg含量为0.035％，稀土＜0.001％，P含量0.037％，S含量0.010％，其余为铁。
由图1金相照片可以看出：无稀土球化剂加入量为1.1％，基本不存在变异石墨，石墨球也比较圆整。
其性能见表1。
表1
实施例2
10吨熔融的铁水在冲天炉外经脱硫处理后经中转包加入电炉升温，将铁水温度升至1470℃出电炉，在浇包内进行球化、孕育处理；
球化、孕育处理：将升温后的铁水共计5吨倒入浇包内进行球化、孕育处理，球化反应温度为1420℃，根据倒入的铁水重量确定球化剂的加入量，球化剂的重量为铁水的重量的1.2％，球化剂的加入量合60kg，采用球化剂中Mg的重量百分含量为6.0％，计3.6kg，Si的重量百分含量为40.0％，计24kg，其余为铁。并根据倒入的铁水重量称取铁水重量0.3％的75SiFe作为覆盖，计15kg，将球化剂以冲入法加入到铁水中，球化时间为80秒；根据倒入的铁水重量称取孕育剂的重量，孕育剂的加入量为铁水重量的0.5％，合25kg，控制孕育剂中Si的重量百分含量为75.0％，合18.75kg，其余为铁，孕育剂在球铁反应后期分散加入铁水包中。
经检测，该铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.72％，Si含量为2.44％，Mn含量为0.31％，Mg含量为0.045％，稀土＜0.001％，P含量0.037％，S含量0.010％，其余为铁。
由图1金相照片可以看出：无稀土球化剂加入量为1.2％，基本不存在变异石墨，石墨球也比较圆整。
其性能见表1。
表2
实施例3
10吨熔融的铁水在冲天炉外经脱硫处理后经中转包加入电炉升温，将铁水温度升至1480℃出炉，在浇包内进行球化、孕育处理；
球化、孕育处理：将升温增碳处理后的铁水5吨倒入浇包内进行球化、孕育处理，球化反应温度为1430℃，根据倒入的铁水重量确定球化剂的加入量，球化剂的重量为铁水的重量的1.3％，计65kg，控制Mg的重量百分含量为9.0％，计5.85kg，Si的重量百分含量为46.0％，计29.9kg，其余为铁。并根据倒入的铁水重量称取铁水重量0.2％的75SiFe作为覆盖，计10kg，将球化剂以冲入法加入到铁水中，球化时间为100秒；根据倒入的铁水重量称取孕育剂的重量，孕育剂的加入量为铁水重量的0.6％，共计30kg，控制孕育剂中Si的重量百分含量为78.0％，计23.4kg，其余为铁，孕育剂在球铁反应后期分散加入铁水包中。
经检测，该大断面铁素体球铁中包含如下重量百分含量的各组份：C含量为3.89％，Si含量为2.95％，Mn含量为0.37％，Mg含量为0.045％，稀土＜0.001％，P含量0.036％，S含量≤0.009％，其余为铁。
由图2金相照片可以看出：无稀土球化剂加入量为1.3％，基本不存在变异石墨，石墨球也很圆整。
其性能见表2。
表3
通过表1和表2可以看出：无稀土球化剂加入量为1.1-1.3％时，不仅延伸率和冲击值达到并超过了标准要求值，而且抗拉强度和屈服强度也达到了要求。