[发明专利]一种球墨铸铁孕育剂及其制备方法和在冶炼球墨铸铁中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁熔炼的铁液处理技术，尤其涉及一种球墨铸铁孕育剂及其制备方法和在冶炼球墨铸铁中的应用。

背景技术

球墨铸铁是一种重要的工程材料，由于球墨铸铁的力学性能性能接近于钢，不少铸钢件及锻钢件为球墨铸铁所代替，因此，球墨铸铁在工业上获得了广泛的应用。要想达到良好的力学性能，可以采用以下方法：热处理、合金化、孕育处理。其中孕育处理是比较简便而又经济、行之有效的方法，它不仅促进石墨化，防止自由渗碳体和白口出现，而且有助于球化，使石墨变得更细小，更圆整，分布更加均匀，从而提高球铁件的综合力学性能。其作用就在于改变铸铁共晶结晶的凝固条件，达到消除白口、促进石墨化、细化晶粒、提高组织均匀性，从而改善铸铁的力学性能和加工性制。

铸铁的孕育剂有碳基和硅基两类，碳基孕育剂具有石墨化能力强、衰退慢等优点，但它的熔点高，要在1450℃以上处理，生产上使用有困难，因此目前主要用硅铁作为基本的孕育剂，生产中普遍应用的是75SiFe，但其孕育效果较差，为消除自由渗碳体，需要加入量较大，为控制终硅量，则必须降低原铁水的硅量，这给回炉料的应用及配料带来了一定难度，于是严重制约了生产过程中对回炉料的利用率，造成回炉料大量积压，给工业生产造成很大的浪费；另外，75SiFe的孕育衰退速度较快，厚大件或同一铸件厚大部分易因冷速慢、凝固时间长而使石墨球粗大、畸变，甚至形成蠕墨或碎块状石墨，从而显著降低力学性能。

为了强化孕育效果，生产中常在孕育剂中添加少量的铝、钙、锶、钡、稀土等元素，来增强孕育剂的孕育效果，这样往往会产生意想不到的效果，现有技术中已有报道，如中国发明专利（公开号：CN101704070A）涉及一种铁硅镧孕育剂。该孕育剂由70-75%的Si、1.0-2.0%的Ca、1.0-1.5%的Ba、0.7-1.3%的Al、0.5-1.3%的La、余量为Fe组成。在该发明中，加入了少量La元素，La元素属于动力过冷元素，用来脱氧去硫消除S、O在石墨球螺旋生长位错口的封堵作用，促进石墨球生长。S、O的含量过高或过低，都将使得铸铁组织白口化，但是，硫化物、氧化物都是石墨球形核时的基底物质，尤其是硫化物热力学稳定性越高，其孕育作用就越大，所以硫是促使孕育反应顺利进行的不可或缺的成分。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种含有O、S、Bi等微量元素的低硅高效球墨铸铁孕育剂。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种球墨铸铁孕育剂，主要由以下重量百分比成分组成：Bi：3-6%，Si：40-50%，Ba：0.5-3%，La：0.1-3%,Ca：10-18%，O：1-3%，S：0.5-3%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

相较于现有技术，本发明孕育剂由Bi、Si、Ba、La、Ca、O、S、Fe以及不可避免的微量元素组成。本发明在孕育剂中加入一定量的Bi、Si、Ba、La、Ca元素，在增加石墨球数，增加共晶团的个数，减少白口倾向，增加基体中铁素体的含量，对改善球铁的组织和提高铸铁强度、硬度、抗衰退能力、伸长率等性能起有益的作用。本发明在引入一定量的金属元素的同时，引进一定浓度的非金属元素S和O。孕育剂中反应能力强的Ca以及铁水中的Mn等金属元素与S、O作用后，就会产生较多的氧化物、硫化物作为石墨形核的晶核。通过瞬时孕育处理，石墨生核过程中将同时受益于Ca、Bi、S、O的协同作用，反应形成的高熔点稳定化合物，可以作为石墨异质形核的核心，起到了很好的孕育效果。

作为优选，所述孕育剂由以下重量百分比成分组成：Bi：3%，Si：40%，Ba：0.5%，La：0.3%,Ca：10%，O：1%，S：0.5%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

作为优选，所述孕育剂由以下重量百分比成分组成：Bi：4%，Si：45%，Ba：1.5%，La：1.5%,Ca：14%，O：2%，S：1.5%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。

作为优选，所述孕育剂由以下重量百分比成分组成：Bi：6%，Si：50%，Ba：2.5%，La：2.5%,Ca：18%，O：3%，S：2.5%，余量为Fe以及不可避免的微量元素。