[发明专利]铸铁孕育剂和生产铸铁孕育剂的方法

说明书

本发明涉及用于利用片状、压实或球状石墨制造铸铁的孕育剂。孕育剂包含粒状硅铁合金，该合金为40和80重量%之间的硅、0.5和5重量%之间的钙和/或锶和/或钡、0和10重量%之间的稀土(例如，铈和/或镧)、0和5重量%之间的镁、小于5重量%铝、0和10重量%之间的锰和/或锆，且剩余为铁，其中所述孕育剂另外包含0.1至10重量%粒状氧化铋颗粒和任选的0.1和10重量%之间的一种或多种粒状金属硫化物和/或一种或多种粒状铁氧化物，其中使所述粒状氧化铋与硅铁颗粒混合或掺混，或者与粒状硅铁颗粒一起同时加到铸铁。本发明还涉及孕育剂的生产方法。

技术领域

本发明涉及用于利用片状、压实或球状石墨制造铸铁的硅铁基孕育剂和生产孕育剂的方法。

背景技术

铸铁一般在化铁炉或感应电炉中生产，且一般包含2至4%的碳。碳与铁紧密混合，且碳在凝固的铸铁中采取的形式对铁铸件的特性和性质很重要。如果碳采取碳化铁形式，则该铸铁称为白铸铁，并具有硬和脆的物理特性，这在某些应用中不合乎需要。如果碳采取石墨形式，则该铸铁软且可加工，并称为灰铸铁。

石墨可以片状、压实或球状形式及其变体出现在铸铁中。球状形状产生最高强度和最延性型的铸铁。

通过在铸铁凝固期间促进石墨形成的某些添加剂，可控制石墨采取的形状、大小和球数密度(nodule number density)(每mm²球数)，及石墨相对于碳化铁的量。这些添加剂被称为孕育剂，并且它们加到铸铁被称为孕育处理。在从液态铁铸造铁制品中，在铸件薄区段总有形成碳化铁的风险。与铸件较厚区段的较慢冷却比较，碳化铁的形成由薄区段的快速冷却引起。在铸件中形成碳化铁在行业中被称为“白口(chill)”。白口的形成通过检测“白口深度”而量化，且孕育剂防止白口和减小白口深度的能力是检测和比较孕育剂能力的便利方式。

在包含球状石墨的铸铁中，孕育剂的能力一般也通过铸态条件下每单位面积球状石墨颗粒的数密度来检测。每单位面积的石墨球状体较高的数密度意味着孕育处理或石墨成核的能力已改善。

因此，持续需要发现减小白口深度和改善灰铸铁机械加工性及增加延性铸铁中石墨球状体数密度的孕育剂。

由于不完全了解孕育处理的精确化学和机制及为什么孕育剂那样作用，大量研究探究提供利用新的改善的孕育剂的这项产业。

据认为钙和某些其它元素抑制碳化铁形成，并促进石墨形成。大多数孕育剂包含钙。通常通过加入硅铁合金来促进这些碳化铁抑制剂的加入，且最广泛使用的硅铁合金可能是包含70至80%硅的高硅合金和包含45至55%硅的低硅合金。

美国专利号3,527,597发现，用约0.1至10%之间的锶加到包含小于约0.35%钙和最高5%铝的含硅孕育剂，得到良好的孕育处理能力。

还了解，如果与钙结合使用钡，则这两种一起作用，比相等量的钙更大减少白口。

孕育剂的成核性质关联碳化物形成的抑制。成核性质应理解为由孕育剂形成的核数。高形成核数引起增加的石墨球数密度，并因此改善孕育处理效力和改善碳化物抑制。此外，高成核速率也可在孕育处理后在延长的熔融铁保持时间期间产生对孕育处理效应衰退的较佳抵抗。

美国专利号4,432,793公开以商标Spherix^®孕育剂销售的含铋、铅和/或锑的孕育剂。已知铋、铅和/或锑具有高孕育处理能力，并提供增加的核数。也已知这些元素为抗球化元素，且已知铸铁中这些元素增加的存在导致石墨的球状石墨结构退化。Spherix^®是包含0.005%至3%的稀土和0.005%至3%的金属元素铋、铅和/或锑之一的硅铁合金。