專利名稱：焦?fàn)t護爐鐵件高性能蠕墨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵，屬于蠕墨鑄鐵鑄造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
由于蠕墨鑄鐵中的石墨形態(tài)為蠕蟲狀，它對金屬基體的割裂作用明顯的好得多。這就決定了它既有灰口鑄鐵的導(dǎo)熱性、減震性等性能。又具有灰口鑄鐵不可比的機械強度高、塑性好、抗氧化，尤其是抗熱疲勞性能高的優(yōu)勢。
蠕墨鑄鐵是一種非常適應(yīng)于抗熱疲勞環(huán)境的材質(zhì)，適用于焦?fàn)t護爐鐵件(特別是三大件與爐頂部分)的最佳材質(zhì)。
而普通蠕墨鑄鐵在蠕化率較高時，抗拉強度比較低，特別是抗拉強度達(dá)到340MPa時，延伸率已經(jīng)很低，達(dá)到2％以下，力學(xué)性能降低。特別是普通蠕墨鑄鐵的綜合耐熱疲勞性能雖然優(yōu)于灰鑄鐵，但是實際生產(chǎn)中相對表現(xiàn)較差。焦化廠的焦?fàn)t，由于爐內(nèi)是高溫的火焰和氣體，經(jīng)常要經(jīng)受高溫環(huán)境的考驗，耐熱疲勞性能的優(yōu)劣是非常重要的，它直接關(guān)系到焦?fàn)t護爐鐵件的使用壽命。而且普通蠕墨鑄鐵的蠕化率生產(chǎn)穩(wěn)定性差，直接影響到它的綜合使用性能，研制一種能夠使產(chǎn)品使用壽命、抗拉強度、延伸率進(jìn)一步提高的高性能蠕墨鑄鐵十分必要。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種能夠使產(chǎn)品蠕化率高且穩(wěn)定，使用壽命、抗拉強度、延伸率進(jìn)一步提高的焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵其特征在于化學(xué)組成為(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、錳Mn≤0.4％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、鈦Ti 0.1～0.8％鉻Cr0.2～1.0％。
化學(xué)組成優(yōu)選為(重量百分比)碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、錳Mn≤0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、鈦Ti 0.2～0.3％、鉻Cr 0.4～0.6％。
各原料含量為硅鐵(SiFe)含Si量75％，鉻鐵(CrFe)含Cr量60％，鈦鐵(TiFe)含Ti量30％，孕育劑為硅鐵，蠕化劑為稀土鎂。
原理性能 焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵主要發(fā)明點是采用低錳和加入鉻的方法提高蠕墨鑄鐵的性能。鉻反石墨化作用屬中強，珠光體增加并細(xì)化，提高力學(xué)性能和耐熱性能。錳Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.4％時鑄態(tài)下獲得韌性較高的鐵素體基體蠕墨鑄鐵。鈦有效穩(wěn)定的提高蠕化率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的焦?fàn)t護爐鐵件高性能蠕墨鑄鐵，由于在蠕墨鑄鐵配方中中采用低錳和加入鉻，進(jìn)一步提高了蠕墨鑄鐵的性能。經(jīng)過將試塊做成拉伸式樣，通過萬能材料試驗機做拉伸試驗和金相檢測確定蠕化率穩(wěn)定在60％～80％之間，抗拉強度σb≥450MPa，延伸率δ達(dá)到4％，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵?？篃崞谛阅茉?40℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)大于500次，是灰鑄鐵的兩倍半，是普通蠕墨鑄鐵的1.5倍，大大減少焦?fàn)t護爐鐵件的更換次數(shù)，縮短維修工期，降低維修費用，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料和能源。所以更適合于焦?fàn)t護爐鐵件的工作環(huán)境。該焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵非常適應(yīng)于抗熱疲勞環(huán)境的材質(zhì)，是適用于焦?fàn)t護爐鐵件的最佳材質(zhì)。

具體實施例方式 該焦?fàn)t護爐鐵件高性能蠕墨鑄鐵，化學(xué)組成主要是在現(xiàn)有蠕墨鑄鐵成分中控制錳Mn≤0.4％、并加了鉻Cr 0.2～1.0％。
化學(xué)組成為(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、錳Mn≤0.4％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、鈦Ti 0.1～0.8％鉻Cr 0.2～1.0％。
化學(xué)組成優(yōu)選方案為(重量百分比)碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、錳Mn≤0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、鈦Ti 0.2～0.3％、鉻Cr 0.4～0.6％。
各原料含量為硅鐵(SiFe)含Si量75％，鉻鐵(CrFe)含Cr量60％，鈦鐵(TiFe)含Ti量30％，孕育劑為硅鐵，蠕化劑為稀土鎂。
工藝步驟如下 a、開啟25kg中頻感應(yīng)電爐； b、放入生鐵及鉻鐵、鈦鐵以及孕育劑和蠕化劑； c、當(dāng)溫度達(dá)到1250～1350℃時取樣原鐵水進(jìn)行光譜分析； d、反復(fù)調(diào)節(jié)成分直到達(dá)到計劃成分要求； e、溫度達(dá)到1450～1500℃時，對鐵水進(jìn)行蠕化處理和孕育處理，最后澆鑄試塊。
f、蠕化處理采用包底沖入法。
孕育處理工藝采用隨流孕育或孕育處理工藝采用浮硅孕育或孕育處理工藝采用二次孕育。
實施例1 焦?fàn)t護爐鐵件高性能蠕墨鑄鐵化學(xué)組成優(yōu)選為(重量百分比)碳C3.70％、硅Si2.63％、錳Mn0.13％、磷P0.044％、硫S0.043％、鈦Ti0.30％、鉻Cr0.56％。具體制作工藝如下在試驗條件下采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，首先用電子秤稱量出熔煉所需的生鐵，然后將生鐵依次放入電爐內(nèi)，開啟電爐。同時用天平稱量出電爐熔煉所需的0.5％鉻鐵、0.3％鈦鐵以及0.12％硅鐵孕育劑和1％稀土鎂蠕化劑的用量。鉻鐵和鈦鐵隨生鐵同時加入電爐中，當(dāng)鐵水達(dá)到熔化狀態(tài)時用紅外線測溫儀測的溫度達(dá)到1300℃左右，取樣然后進(jìn)行光譜分析，得到原鐵水的化學(xué)成分，如果達(dá)不到所需要的成分要求，再進(jìn)行成分調(diào)節(jié)，例如含碳量過高就加入廢鋼。當(dāng)成分調(diào)節(jié)完成后，再取樣進(jìn)行光譜分析，如果得到的化學(xué)成分仍不滿足要求，再進(jìn)行成分調(diào)節(jié)，直到達(dá)到要求為止。當(dāng)鐵水成分符合要求，溫度達(dá)到1420℃左右時，對鐵水進(jìn)行蠕化處理和孕育處理。蠕化處理采用包底沖入法，而孕育處理工藝一般采用隨流孕育，必要時可采用二次孕育工藝。處理完成后進(jìn)行爐前三角試片檢驗符合要求將鐵水倒入澆包內(nèi)，然后在砂箱內(nèi)澆鑄Y形試塊。待試塊冷卻，將試塊送到機加車間加工標(biāo)準(zhǔn)試棒，加工完成后再送達(dá)化驗室，敲下其頭部加工的試樣，然后通過磨光機、砂紙以及拋光機打磨試樣，完成后放到光學(xué)顯微鏡下做金相鑒定，記錄所得數(shù)據(jù)。試棒剩余部分拿到液態(tài)萬能材料實驗機進(jìn)行拉伸試驗，記錄所得數(shù)據(jù)，最后分析所得數(shù)據(jù)。
經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到75％，抗拉強度達(dá)到478.6MPa，延伸率達(dá)到3.89％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到510次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例2 化學(xué)組成優(yōu)選為(重量百分比)碳C3.66％、硅Si2.55％、錳Mn0.19％、磷P0.042％、硫S0.022％、鈦Ti0.22％、鉻Cr0.56％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到80％，抗拉強度達(dá)到455.6MPa，延伸率達(dá)到3.80％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到520次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例3 化學(xué)組成優(yōu)選為(重量百分比)碳C3.70％、硅Si2.32％、錳Mn0.17％、磷P0.041％、硫S0.040％、鈦Ti0.29％、鉻Cr0.45％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到80％，抗拉強度達(dá)到489MPa，延伸率達(dá)到3.82％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到518次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例4 化學(xué)組成優(yōu)選為(重量百分比)碳C3.52％、硅Si2.60％、錳Mn0.32％、磷P0.045％、硫S0.018％、鈦Ti0.25％、鉻Cr0.58％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到75％，抗拉強度達(dá)到456MPa，延伸率達(dá)到3.45％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到505次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例5 化學(xué)組成優(yōu)選為(重量百分比)碳C3.66％、硅Si2.55％、錳Mn0.22％、磷P0.049％、硫S0.021％、鈦Ti0.26％、鉻Cr0.55％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到80％，抗拉強度達(dá)到456MPa，延伸率達(dá)到3.60％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到520次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例6 化學(xué)組成為(重量百分比)碳C3.38％、硅Si2.80％、錳Mn0.19％、磷P0.042％、硫S0.022％、鈦Ti0.27％、鉻Cr0.46％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到80％，抗拉強度達(dá)到456MPa，延伸率達(dá)到3.88％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到501次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例7 化學(xué)組成為(重量百分比)碳C3.25％、硅Si2.32％、錳Mn0.17％、磷P0.042％、硫S0.039％、鈦Ti0.15％、鉻Cr0.22％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到70％，抗拉強度達(dá)到456MPa，延伸率達(dá)到3.83％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到492次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
實施例8 化學(xué)組成為(重量百分比)碳C3.80％、硅Si2.43％、錳Mn0.30％、磷P0.038％、硫S0.025％、鈦Ti0.78％、鉻Cr0.88％。實驗過程參照實施例1，經(jīng)過上述生產(chǎn)工藝制作，分析數(shù)據(jù)得到其蠕化率達(dá)到70％，抗拉強度達(dá)到456MPa，延伸率達(dá)到3.46％，而當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)達(dá)到480次，明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵。
從以上事例可以看出，焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵機械性能明顯優(yōu)于普通蠕墨鑄鐵，在焦?fàn)t應(yīng)用方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 權(quán)利要求
1、焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵其特征在于化學(xué)組成為(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、錳Mn≤0.4％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、鈦Ti 0.1～0.8％鉻Cr 0.2～1.0％。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵其特征在于化學(xué)組成為(重量百分比)碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、錳Mn ≤0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、鈦Ti 0.2～0.3％、鉻Cr 0.4～0.6％。
全文摘要
焦?fàn)t護爐鐵件專用高性能蠕墨鑄鐵，屬于蠕墨鑄鐵鑄造領(lǐng)域?；瘜W(xué)組成為(重量百分比)碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、錳Mn ≤0.2％、磷P ＜0.08％、硫S ＜0.04％、鉻Cr 0.4～0.6％、鈦Ti 0.2～0.3％。與現(xiàn)有蠕墨鑄鐵相比，蠕化率穩(wěn)定在60％～80％之間，當(dāng)試樣在240℃～690℃進(jìn)行熱循環(huán)時，產(chǎn)生最早裂紋的循環(huán)次數(shù)≥500次，是灰鑄鐵的兩倍半，是普通蠕墨鑄鐵的1.5倍?？估瓘姸圈襜≥450MPa，延伸率δ達(dá)到3.5％，性能穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點。大大減少焦?fàn)t護爐鐵件的更換次數(shù)，縮短維修工期，降低維修費用，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料和能源。
文檔編號C22C37/00GK101660083SQ20081013961
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者張躍成, 文景寶 申請人:張躍成