[发明专利]非合金化铸态高强度铸铁型材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铸铁水平连铸技术领域，具体涉及一种非合金化铸态高强度铸铁型材的制备方法。

背景技术

水平连铸铸铁型材按基体组织分主要为珠光体基体铸铁型材和铁素体基体铸铁型材。珠光体基体的铸铁型材较铁素体基体的铸铁型材具有更高的强度，称为高强度铸铁型材。在实际生产应用中，珠光体基体的铸铁型材占有更大的份额。为了得到高强度铸铁型材，就必须改善铸铁型材的基体组织，使其成为珠光体基体的铸铁型材(或以珠光体为主)。

在铸铁水平连铸过程中，铁水经结晶器冷却，凝固成型材，称为“一次冷却”。型材出结晶器时，外壳是固体内部仍为高温液芯，型材的表面温度通常在1000℃左右。为了提高生产率(也为了防止拉漏)，在结晶器的出口处对红热的型材喷水冷却，称为“二次喷冷”。二次喷冷后，型材外壳的厚度进一步增加，表面温度有所降低。随后，在自然空冷中液芯凝固，型材降温并发生共析转变。由于共析转变发生在自然空冷的条件下，冷却速度不大，型材的基体组织通常是铁素体或以铁素体为主，型材的强度不高。

迄今为止，国内外对于改善铸铁型材基体组织可采取的技术主要有两种：一种是加入合金元素Cu、Mn、Ni、Mo等(简称高合金化)，使型材在连铸过程中基体组织直接转变为珠光体；另一种是对铸态的型材进行正火热处理，通过热处理使其基体组织转变为珠光体。两种方法虽然都能得到高强度铸铁型材，但由于前一种方法需要加入贵重的合金元素，后一种方法需要大量的电能消耗，它们都会使型材的生产成本大幅度增加，降低了铸铁型材的技术经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种非合金化铸态高强度铸铁型材的制备方法，解决了现有技术中高强度铸铁型材的优异性能与高生产成本之间相矛盾的问题。

本发明所采用的技术方案是，非合金化铸态高强度铸铁型材的制备方法，在型材连铸过程中经历共析转变时，施加“三次喷冷”处理，使型材的基体转变成珠光体组织，得到高强度铸铁型材。

本发明的特点还在于：

“三次喷冷”处理所采用的装置为“三次喷冷”装置，其结构为：包括导管，导管上设有三个水包，每个水包上均匀设有八个喷水口，每个喷水口上分别设有雾化喷头，每个水包上分别设有流量表和冷却水阀，导管上还设有压力表和调节水阀，三个水包下面还设有集水槽。

水包直径为Φ300mm，相邻两个水包之间的间距D可根据实际需要自由调节，以获得不同的喷水覆盖面积；雾化喷头的喷射角θ不小于60°。

本发明的有益效果是，本发明非合金化铸态高强度铸铁型材的制备方法，使铸铁型材基体组织在较大的冷却速度下经历共析转变，基体中珠光体的数量显著增加，从而达到不通过合金化或热处理而得到高强度铸铁型材的目的，大幅度降低高强度铸铁型材的生产成本，实现低成本下通过水平连铸、“三次喷冷”工艺得到高强度铸铁型材。

附图说明

图1是本发明中“三次喷冷”装置的结构示意图；

图2是本发明中“三次喷冷”装置中雾化喷头的喷水形式图；

图中，1.水包，2.雾化喷头，3.球铁型材，4.流量表，5.导管，6.压力表，7.调节水阀，8.冷却水阀，9.喷水口，10.集水槽。

图3是实施例1中“三次喷冷”处理前铸铁型材的冷却曲线；

图4是实施例1中未经过“三次喷冷”处理的试样的组织形貌图，其中，a是型材表层组织，b是型材1/2半径处组织，c是型材心部组织；

图5是实施例1中2个水包、水阀为2/3开时型材的基体组织形貌；其中，a是型材表层组织，b是型材1/2半径处组织，c是型材心部组织；

图6是实施例1中水包个数对铸铁型材的硬度影响曲线；

图7是实施例1中水包个数对铸铁型材的强度影响曲线；

图8是实施例1中喷水强度为3.9m³h^-1时试样的组织形貌图；

图9是实施例1中喷水强度为5.82m³h^-1时试样的组织形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明非合金化铸态高强度铸铁型材的制备方法，在型材连铸过程中经历共析转变时，施加“三次喷冷”处理，使型材的基体转变成珠光体组织，得到高强度铸铁型材。