高镍奥氏体球铁用球化剂及其制备和使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种高镍奥氏体球铁用球化剂，球化剂的组份按质量百分比，包括镍：25%～35%，镁：8%～15%，硅：＞30%～40%，稀土：≤0.1%，以及余量为铁及不可避免的杂质，球化剂粒径在10～20mm。本发明具有能降低氧化镁含量，能提高镁收得率，提高球化率和生产效率，制造成本较低的特点。
【专利说明】高镍奥氏体球铁用球化剂及其制备和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高镍奥氏体球铁用球化剂及其制备和使用方法，属于球化剂【技术领域】。
【背景技术】
[0002]高镍奥氏体球墨铸铁是具有一定热强性的铸铁，其抗氧化性、抗生长性能较好，具备优异的抗热冲击性、抗热蠕变性、耐蚀性、高温抗氧化性以及低的热膨胀性和低温冲击韧性，广泛用于制造海水泵、阀、增压器壳体、排气管以及气门座等耐热、耐蚀的零部件产品。高镍奥氏体球墨铸铁具有原子紧密堆积的面心立方晶格结构，在常温下具有稳定的奥氏体组织，具有比普通球墨铸铁和硅钥球墨铸铁都高的热化学稳定性。
[0003]高镍奥氏体球墨铸铁的基体组织是奥氏体及少量碳化物，其成分特征为含有18%以上的镍，碳含量在3.0%以下，另外还含有一定量的硅、猛、铬等元素。目前高镍奥氏体球墨铸铁球化处理的球化剂普遍使用的是镍镁合金，其中镍含量在80~85%，镁含量在15~20%，但由于镍熔点较高达到1455 °C，而镁的沸点为1090 V，这会导致熔炼这种合金时，球化剂中镁的烧损较大，而且也使得合金中的氧化镁含量也较高。一方面由于有效镁含量降低，在球化处理时对加入的球化剂量不好控制，并且受氧化镁含量较高而影响球化剂的爆发，导致球化不良。另一方面，由于镁的沸点低于铁液温度，铁液在球化过程中，当铁液与球化剂接触后，镁很快气化，对铁液产生强烈的搅拌作用，这种搅拌作用能促进脱硫反应的进行，加快脱硫产物的上浮，虽然能均匀铁液化学成份和温度，净化铁液，但是对于铁液的搅拌也加快了铁液的降温，增加了合金中球化元素的烧损，特别是镁的氧化烧损大大增加，镁的这种氧化烧损随温度的升高和球化剂中含镁量的增加而增加。
[0004]目前普遍使用的球化剂为稀土镁球化剂和镍镁合金。由于高镍奥氏体材质凝固过程中其枝晶较为发达，而低 熔点的稀土往往吸附于石墨与奥氏体的界面，从而使得石墨周围奥氏体圈迟迟不得封闭，形成了碳原子扩散通道，从而最终导致铸件中出现碎块状石墨，且往往呈现沿奥氏体枝晶分布，因此普通稀土镁球化剂无法应用于高镍奥氏体材质的生产。而镍镁合金由于其镍含量较高，比重较大熔点较高,一方面会增加合金熔炼时的熔化温度，导致球化剂中氧化镁含量明显增加，另一方面易导致球化剂比重过大，球化剂熔点增加，因此在处理高镍奥氏体球铁时对铁液的搅拌力较弱，容易导致镁在铁液中的分布不均匀。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能降低氧化镁含量，提高镁收得率的，提高球化率和生产效率，且制造成本较低的高镍奥氏体球铁用球化剂及其制备和使用方法。
[0006]本发明为达到上述目的的技术方案是:一种高镍奥氏体球铁用球化剂，其特征在于:球化剂的组份按质量百分比，包括镍:25%~35%，镁:8%~15%，硅:> 30%~40%，稀土:(0.1%,以及余量为铁及不可避免的杂质，所述球化剂粒径在10~20mm。[0007]其中:所述的球化剂包括镍:28%~32%，镁:10%~12%，硅:32%~38%、稀土:(0.01%，以及余量为铁及不可避免的杂质。
[0008]本发明的高镍奥氏体球铁用球化剂的制备方法，其特征在于:具体组份按质量百分比，
[0009](I)、将45%~56的％硅铁以及25~36%的镍板和3~8%的回炉料加入中频感应电炉内，将镍板与硅铁熔化至1000-1050°C的N1-S1-Fe合金；
[0010](2)、将熔融的N1-S1-Fe合金倒入到另一个工频感应电炉内，然后将10~18%的镁块加入到N1-S1-Fe合金熔液中，将熔液快速升温至1100-1200°C，然后调低工频炉功率使熔液搅拌3~10分钟后出炉，出炉温度控制在1150-1250°C，冷却；
[0011](3)、使用破碎机将块状球化剂破碎成粒径为10~20mm的球化剂。
[0012]其中:在第(I)步骤中，在中频感应电炉中加入48%~55的％硅铁以及28~32%的镍板和4~6%的回炉料，在第(2)中加入12~15%的镁块，在第(2)步骤中，采用压镁机将镁块压入到N1-S1-Fe合金熔液中。[0013]本发明的高镍奥氏体球铁用球化剂的使用方法，其特征在于:用冲入法进行球化孕育处理，按质量百分比，向待处理的高镍奥氏体球墨铸铁的铁水中加入总量0.8-0.85%的球化剂，球化反应时间为30-40秒，制得球化率达到85%以上的高镍奥氏体球墨铸铁。
[0014]本发明采用上述技术方案后的优点是:
[0015](I)、本发明在球化剂制备过程中，镍含量是关键控制元素，通过大量的实验进行对比，筛选出来最为优化的成分配比，将镍含量控制在25%~35%之间，当镍含量高于此范围一方面会增加N1-S1-Fe合金熔炼时的熔化温度，导致球化剂中氧化镁含量明显增加，另一方面易导致球化剂比重过大，球化剂熔点增加，反应搅拌力弱，不利于成分均匀；而当镍含量低于此范围，又易导致球化剂熔点降低，球化反应激烈，从而导致镁吸收率降低，而本发明通过合适的镍含量，将反应剧烈程度控制在较好的水平。本发明将镁含量控制在8%-15%，硅含量控制在30%以上到40%，将镁、硅含量控制在此范围内，既能充分保证镁的溶解，易形成硅镁相，又能够降低球化剂的熔炼温度，能将镁的烧损控制在6%-8%以内，将氧化镁含量控制在0.6%以内，由于在球化过程中镁的吸收率较高，能达到50%-60%，大大提高镁的利用率，起到很好的球化作用，而得到球状石墨。
[0016](2)、本发明在球化剂制备过程中采用两台炉熔炼，通过一台中频炉对硅铁、镍板和回炉料进行快速熔化，将镍板与硅铁熔化成熔化至1000-1050°C的N1-S1-Fe合金，再通过另一台工频炉用以快速升温、搅拌将镁与N1-S1-Fe合金熔融，生产效率高，成本较低，同时极大地保证球化剂成分均匀性。
[0017](3)、本发明将稀土含量控制在0.1%以内，严禁使用含有稀土的铁合金，因此在球化剂制备过程中，应该对原材料选用标准进行明确要求，严格防止稀土的混入，解决了高镍奥氏体球墨铸铁中因稀土的存在而导致碎块状石墨的产生，能确保材料性能。
[0018](4)、本发明制得球化剂熔点较低，能适当减少球化处理过程中的温降现象，能进一步提高镁的利用率，提高球化率。
[0019](5)、本发明的球化剂中采用> 30%~40%的硅，在保证镁的溶解形成硅镁相时，又能够降低球化剂的熔炼温度，同时还能使本发明的球化剂具有一定的孕育作用，可以减少孕育剂的加入量。[0020](6)、本发明所制备的球化剂在处理高镍奥氏体球铁时，加入总量的0.8-0.85%球化剂，球化等级能达到1-2级，制造成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
[0022]图1a-图1j是使用本发明的球化剂处理高镍奥氏体球铁实施例1-10的球化率图(X100)。
[0023]图2a_图2j是使用本发明的球化剂处理高镍奥氏体球铁实施例1_10的金相组织图(X 100，腐蚀液为4%的氯化铁盐酸溶液)。
【具体实施方式】
[0024]本发明的高镍奥氏体球铁用球化剂，球化剂的组份按质量百分比，包括镍:25%~35%，镁:8%~15%，硅..> 30%~40%，稀土:≤0.1%，以及余量为铁及不可避免的杂质，球化剂粒径在10~20mm。本发明的球化剂最好包括镍:28%~32%，镁:10%~12%，硅:32%~38%、稀土:< 0.01%,以及余量为铁及不可避免的杂质,本发明的球化剂最好是不含稀土，通过严格限制稀土含量，解决因稀土导致碎块状石墨的产生，从而明显降低材料的性能的问题。
[0025]根据镍镁硅合金相图可以知，本发明将球化剂中的镍镁硅成分控制在上述范围既能够保证制取过程中较低的熔化温度，有利于提高镁的收得率，并能够满足产品的使用性能，降低球化反应过程的剧烈程度和反应温降。
[0026]本发明的球化剂的具体组份按质量百分比，见表1所示，
[0027]表1
[0028]
【权利要求】
1.一种高镍奥氏体球铁用球化剂，其特征在于:球化剂的组份按质量百分比，包括镍:25%~35%，镁:8%~15%，硅:> 30%~40%，稀土.( 0.1%，以及余量为铁及不可避免的杂质，所述球化剂粒径在10~20mm。
2.根据权利要求1所述的高镍奥氏体球铁用球化剂，其特征在于:所述的球化剂包括镍:28%~32%，镁:10%~12%，硅:32%~38%、稀土:≤0.01%,以及余量为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高镍奥氏体球铁用球化剂的制备方法，其特征在于:具体组份按质量百分比， (1)、将45%~56的％硅铁以及25~36%的镍板和3~8%的回炉料加入中频感应电炉内，将镍板与硅铁熔化至1000-1050°C的N1-S1-Fe合金； (2)、将熔融的N1-S1-Fe合金倒入到另一个工频感应电炉内，然后将10~18%的镁块加入到N1-S1-Fe合金熔液中，将熔液快速升温至1100-1200°C，然后调低工频炉功率，使熔液搅拌3~10分钟后出炉，出炉温度控制在1150-1250°C，冷却； (3)、使用破碎机将块状球化剂破碎成粒径为10~20mm的球化剂。
4.根据权利要求3所述的高镍奥氏体球铁用球化剂的制备方法，其特征在于:在第(I)步骤中，在中频感应电炉中加入48%~55的％硅铁以及28~32%的镍板和4~6%的回炉料，在第(2)中加入12~15%的镁块。
5.根据权利要求3所述的高镍奥氏体球铁用球化剂的制备方法，其特征在于:在第(2)步骤中，采用压镁机将镁块压入到N1-S1-Fe合金熔液中。
6.根据权利要求3所述的高镍奥氏体球铁用球化剂的制备方法，其特征在于:所述将破碎后的球化剂用防潮袋包装。
7.根据权利要求1至5之一所述的高镍奥氏体球铁用球化剂的使用方法，其特征在于:用冲入法进行球化孕育处理，按质量百分比，向待处理的高镍奥氏体球墨铸铁的铁水中加入总量0.8-0.85%的球化剂，球化反应时间为30-40秒，制得球化率达到85%以上的高镍奥氏体球墨铸铁。
【文档编号】C22C33/12GK103882280SQ201410125453
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】朱贵华, 唐中权, 王鸣峰, 梁万波 申请人:常州南车汽车零部件有限公司, 南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司