[发明专利]灰口铸铁孕育剂

说明书

用于灰口铸铁的硅铁孕育剂，包含0.1至10％重量的锶；低于0.35％重量的钙；1.5至10.0％重量的铝和约0.1至15％重量的锆。涵盖了该孕育剂、用于生产该孕育剂的方法、用于孕育熔体的方法和用该孕育剂孕育的灰口铸铁。

发明背景

本发明涉及铸铁的制造，并且更具体地，涉及用于灰口铸铁的孕育剂以改善其整体性能。

铸铁通常在冲天炉或感应炉中生产，并且通常具有约2％至4％的碳。碳与铁密切混合，碳在凝固的铸铁中采取的形式对铸铁的特性非常重要。如果碳采取碳化铁的形式，则铸铁被称为白口铸铁并且具有硬且脆的物理特性，这在某些应用中是不希望的。如果碳采取石墨的形式，则铸铁是柔软且可机器加工的，并且被称为灰口铸铁。

石墨可以以片状、蠕虫状、节状或球状形式及其变体形式存在于铸铁中。节状或球状形式产生铸铁的最高强度和最强延展性。

石墨所采取的形式以及石墨相对于碳化铁的量可以用某些添加剂控制，这些添加剂在铸铁的凝固期间促进石墨的形成。这些添加剂被称为孕育剂，并且往铸铁中添加这些添加剂被称为“孕育”。在铸铁生产中，铸造厂一直受到铸件薄区段中铁碳化物形成的困扰。与铸件的较厚区段的较慢冷却相比，通过薄区段的快速冷却引起碳化铁的形成。铸铁产品中碳化铁的形成在业内称为“激冷”。通过测量“激冷深度”来量化激冷的形成，并且用于防止激冷和降低激冷深度的孕育剂的能力是测定和比较孕育剂能力的便利方式。

随着行业的发展，需要更强的材料。这意味着更多地与碳化物促进元素如Cr、Mn、V、Mo等合金化以及更薄的铸造区段和更轻的铸件设计。因此，一直需要开发降低激冷深度并改善灰口铸铁的机械加工性的孕育剂。

由于尚未完全理解孕育的确切化学和机理以及孕育剂为何起作用，因此大量研究致力于为该行业提供了新的孕育剂。

认为钙和某些其他元素抑制了碳化铁的形成并促进了石墨的形成。大多数孕育剂包含钙。通常通过添加硅铁合金来促进这些碳化铁抑制剂的添加，并且最广泛使用的硅铁合金可能是包含75至80％重量的硅的高硅合金和包含45至50％重量的硅的低硅合金。

美国专利No. 3,527,597发现，通过向包含少于约0.35％重量的钙和至多5％重量的铝的含硅孕育剂中添加约0.1至10％重量的锶获得良好的孕育能力。美国专利No. 3,527,597通过引用并入本文。

美国专利No. 4,749,549提供了一种孕育剂，其基本上由约15至90％重量的硅、约0.1至10％重量的锶、小于约0.35％重量的钙、至多约5％重量的铝、不大于约30％重量的铜、一种或多种添加剂和余量的具有通常量的残余杂质的铁组成，所述一种或多种添加剂选自约0.1至15％重量的锆和约0.1至20％重量的钛。美国专利No. 4,749,549通过引用并入本文。

并且，美国专利No. 4,666,516提供了一种用于制备铸铁孕育剂的方法，做法是，在足够的温度下将富含锶的材料和富含一种或多种选自锆、钛的添加剂的材料(单独或组合地)添加到低钙的熔融硅铁中并历时足够的时段使所需量的锶进入硅铁中，美国专利No.4,666,516通过引用并入本文。

Superseed® Extra孕育剂，一种硅铁合金(具有1.0至1.5％重量的Zr，0.6至1.0％重量的Sr，最大0.1％重量的Ca和小于0.5％重量的Al)已经成功使用了数年来制造薄壁高强度灰口铸铁铸件。

然而，对于一些铸铁，希望将铸铁的铝含量增加至至少0.01％重量，以减少薄壁灰口铸铁铸件中的激冷。为了实现这一目标，Almoc®孕育剂(包含3.5至4.5％重量的Al，0.5至1.5％重量的Ca的硅铁合金)已添加到转移铁水包中的铸铁中以增加铸铁的铝含量，随后在浇包中添加Superseed^® Extra孕育剂以减少新一代薄壁灰口铸铁铸件中的激冷。