焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁
阅读：1052发布：2020-06-02
专利汇可以提供焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且焦炉 护炉 铁 件专用高性能蠕墨 铸铁 ，属于蠕墨铸铁 铸造 领域。化学组成为(重量百分比) 碳 C 3.5～3.7％、 硅 Si 2.2～2.9％、锰Mn ≤0.2％、磷P ＜0.08％、硫S ＜0.04％、铬Cr 0.4～0.6％、 钛 Ti 0.2～0.3％。与现有蠕墨铸铁相比，蠕化率稳定在60％～80％之间，当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数≥500次，是 灰铸铁 的两倍半，是普通蠕墨铸铁的1.5倍。 抗拉强度 σb≥450MPa，延伸率δ达到3.5％，性能稳定、使用寿命长等优点。大大减少焦炉护炉铁件的更换次数，缩短维修工期，降低维修 费用 ，提高生产效率，节约原材料和 能源 。，下面是焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸铁，属于蠕墨铸铁铸造领域。
背景技术
由于蠕墨铸铁中的石墨形态为蠕虫状，它对金属基体的割裂作用明显的好得多。这 就决定了它既有灰口铸铁的导热性、减震性等性能。又具有灰口铸铁不可比的机械强度 高、塑性好、抗氧化，尤其是抗热疲劳性能高的优势。
蠕墨铸铁是一种非常适应于抗热疲劳环境的材质，适用于焦炉护炉铁件(特别是 三大件与炉顶部分)的最佳材质。
而普通蠕墨铸铁在蠕化率较高时，抗拉强度比较低，特别是抗拉强度达到340MPa 时，延伸率已经很低，达到2％以下，力学性能降低。特别是普通蠕墨铸铁的综合耐热 疲劳性能虽然优于灰铸铁，但是实际生产中相对表现较差。焦化厂的焦炉，由于炉内是 高温的火焰和气体，经常要经受高温环境的考验，耐热疲劳性能的优劣是非常重要的， 它直接关系到焦炉护炉铁件的使用寿命。而且普通蠕墨铸铁的蠕化率生产稳定性差，直 接影响到它的综合使用性能，研制一种能够使产品使用寿命、抗拉强度、延伸率进一步 提高的高性能蠕墨铸铁十分必要。
蠕墨铸铁是一种非常适应于抗热疲劳环境的材质，适用于焦炉护炉铁件(特别是 三大件与炉顶部分)的最佳材质。
而普通蠕墨铸铁在蠕化率较高时，抗拉强度比较低，特别是抗拉强度达到340MPa 时，延伸率已经很低，达到2％以下，力学性能降低。特别是普通蠕墨铸铁的综合耐热 疲劳性能虽然优于灰铸铁，但是实际生产中相对表现较差。焦化厂的焦炉，由于炉内是 高温的火焰和气体，经常要经受高温环境的考验，耐热疲劳性能的优劣是非常重要的， 它直接关系到焦炉护炉铁件的使用寿命。而且普通蠕墨铸铁的蠕化率生产稳定性差，直 接影响到它的综合使用性能，研制一种能够使产品使用寿命、抗拉强度、延伸率进一步 提高的高性能蠕墨铸铁十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种能够使产品蠕 化率高且稳定，使用寿命、抗拉强度、延伸率进一步提高的焦炉护炉铁件专用高性能蠕 墨铸铁。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸 铁：其特征在于：化学组成为(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、 锰Mn≤0.4％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.1～0.8％铬Cr 0.2～1.0％。
化学组成优选为(重量百分比)碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、锰Mn≤ 0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.2～0.3％、铬Cr 0.4～0.6％。
各原料含量为：硅铁(SiFe)含Si量75％，铬铁(CrFe)含Cr量60％，钛铁(TiFe) 含Ti量30％，孕育剂为硅铁，蠕化剂为稀土镁。
原理性能
焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸铁主要发明点是采用低锰和加入铬的方法提高蠕 墨铸铁的性能。铬反石墨化作用属中强，珠光体增加并细化，提高力学性能和耐热性能。 锰Mn的质量分数小于0.4％时铸态下获得韧性较高的铁素体基体蠕墨铸铁。钛有效稳定 的提高蠕化率。
与现有技术相比，本发明的焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁，由于在蠕墨铸铁配方中 中采用低锰和加入铬，进一步提高了蠕墨铸铁的性能。经过将试块做成拉伸式样，通过 万能材料试验机做拉伸试验和金相检测确定蠕化率稳定在60％～80％之间，抗拉强度σb ≥450MPa，延伸率δ达到4％，明显优于普通蠕墨铸铁。抗热疲劳性能在240℃～690℃ 进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数大于500次，是灰铸铁的两倍半，是普通蠕墨 铸铁的1.5倍，大大减少焦炉护炉铁件的更换次数，缩短维修工期，降低维修费用，提 高生产效率，节约原材料和能源。所以更适合于焦炉护炉铁件的工作环境。该焦炉护炉 铁件专用高性能蠕墨铸铁非常适应于抗热疲劳环境的材质，是适用于焦炉护炉铁件的最 佳材质。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸 铁：其特征在于：化学组成为(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、 锰Mn≤0.4％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.1～0.8％铬Cr 0.2～1.0％。
化学组成优选为(重量百分比)碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、锰Mn≤ 0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.2～0.3％、铬Cr 0.4～0.6％。
各原料含量为：硅铁(SiFe)含Si量75％，铬铁(CrFe)含Cr量60％，钛铁(TiFe) 含Ti量30％，孕育剂为硅铁，蠕化剂为稀土镁。
原理性能
焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸铁主要发明点是采用低锰和加入铬的方法提高蠕 墨铸铁的性能。铬反石墨化作用属中强，珠光体增加并细化，提高力学性能和耐热性能。 锰Mn的质量分数小于0.4％时铸态下获得韧性较高的铁素体基体蠕墨铸铁。钛有效稳定 的提高蠕化率。
与现有技术相比，本发明的焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁，由于在蠕墨铸铁配方中 中采用低锰和加入铬，进一步提高了蠕墨铸铁的性能。经过将试块做成拉伸式样，通过 万能材料试验机做拉伸试验和金相检测确定蠕化率稳定在60％～80％之间，抗拉强度σb ≥450MPa，延伸率δ达到4％，明显优于普通蠕墨铸铁。抗热疲劳性能在240℃～690℃ 进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数大于500次，是灰铸铁的两倍半，是普通蠕墨 铸铁的1.5倍，大大减少焦炉护炉铁件的更换次数，缩短维修工期，降低维修费用，提 高生产效率，节约原材料和能源。所以更适合于焦炉护炉铁件的工作环境。该焦炉护炉 铁件专用高性能蠕墨铸铁非常适应于抗热疲劳环境的材质，是适用于焦炉护炉铁件的最 佳材质。
具体实施方式
该焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁，化学组成主要是在现有蠕墨铸铁成分中控制锰 Mn≤0.4％、并加了铬Cr 0.2～1.0％。
化学组成为(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、锰Mn≤0.4％、 磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.1～0.8％铬Cr 0.2～1.0％。
化学组成优选方案为(重量百分比)：碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、锰Mn≤ 0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.2～0.3％、铬Cr 0.4～0.6％。
各原料含量为：硅铁(SiFe)含Si量75％，铬铁(CrFe)含Cr量60％，钛铁(TiFe) 含Ti量30％，孕育剂为硅铁，蠕化剂为稀土镁。
工艺步骤如下：
a、开启25kg中频感应电炉；
b、放入生铁及铬铁、钛铁以及孕育剂和蠕化剂；
c、当温度达到1250～1350℃时取样原铁水进行光谱分析；
d、反复调节成分直到达到计划成分要求；
e、温度达到1450～1500℃时，对铁水进行蠕化处理和孕育处理，最后浇铸试块。
f、蠕化处理采用包底冲入法。
孕育处理工艺采用随流孕育或孕育处理工艺采用浮硅孕育或孕育处理工艺采用二 次孕育。
实施例1
焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁：化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.70％、硅 Si：2.63％、锰Mn：0.13％、磷P：0.044％、硫S：0.043％、钛Ti：0.30％、铬Cr：0.56％。 具体制作工艺如下：在试验条件下采用中频感应电炉熔炼，首先用电子秤称量出熔炼所 需的生铁，然后将生铁依次放入电炉内，开启电炉。同时用天平称量出电炉熔炼所需的 0.5％铬铁、0.3％钛铁以及0.12％硅铁孕育剂和1％稀土镁蠕化剂的用量。铬铁和钛铁随生 铁同时加入电炉中，当铁水达到熔化状态时用红外线测温仪测的温度达到1300℃左右， 取样然后进行光谱分析，得到原铁水的化学成分，如果达不到所需要的成分要求，再进 行成分调节，例如含碳量过高就加入废钢。当成分调节完成后，再取样进行光谱分析， 如果得到的化学成分仍不满足要求，再进行成分调节，直到达到要求为止。当铁水成分 符合要求，温度达到1420℃左右时，对铁水进行蠕化处理和孕育处理。蠕化处理采用 包底冲入法，而孕育处理工艺一般采用随流孕育，必要时可采用二次孕育工艺。处理完 成后进行炉前三角试片检验符合要求将铁水倒入浇包内，然后在砂箱内浇铸Y形试块。 待试块冷却，将试块送到机加车间加工标准试棒，加工完成后再送达化验室，敲下其头 部加工的试样，然后通过磨光机、砂纸以及抛光机打磨试样，完成后放到光学显微镜下 做金相鉴定，记录所得数据。试棒剩余部分拿到液态万能材料实验机进行拉伸试验，记 录所得数据，最后分析所得数据。
经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到75％，抗拉强度达到478.6MPa， 延伸率达到3.89％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数 达到510次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例2
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.66％、硅Si：2.55％、锰Mn：0.19％、 磷P：0.042％、硫S：0.022％、钛Ti：0.22％、铬Cr：0.56％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到455.6MPa，延 伸率达到3.80％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达 到520次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例3
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.70％、硅Si：2.32％、锰Mn：0.17％、 磷P：0.041％、硫S：0.040％、钛Ti：0.29％、铬Cr：0.45％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到489MPa，延伸 率达到3.82％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到 518次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例4
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.52％、硅Si：2.60％、锰Mn：0.32％、 磷P：0.045％、硫S：0.018％、钛Ti：0.25％、铬Cr：0.58％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到75％，抗拉强度达到456MPa，延伸 率达到3.45％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到 505次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例5
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.66％、硅Si：2.55％、锰Mn：0.22％、 磷P：0.049％、硫S：0.021％、钛Ti：0.26％、铬Cr：0.55％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到456MPa，延伸 率达到3.60％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到 520次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例6
化学组成为(重量百分比)碳C：3.38％、硅Si：2.80％、锰Mn：0.19％、磷P： 0.042％、硫S：0.022％、钛Ti：0.27％、铬Cr：0.46％。实验过程参照实施例1，经过上 述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到456MPa，延伸率达到 3.88％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到501次， 明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例7
化学组成为(重量百分比)碳C：3.25％、硅Si：2.32％、锰Mn：0.17％、磷P： 0.042％、硫S：0.039％、钛Ti：0.15％、铬Cr：0.22％。实验过程参照实施例1，经过上 述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到70％，抗拉强度达到456MPa，延伸率达到 3.83％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到492次， 明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例8
化学组成为(重量百分比)碳C：3.80％、硅Si：2.43％、锰Mn：0.30％、磷P： 0.038％、硫S：0.025％、钛Ti：0.78％、铬Cr：0.88％。实验过程参照实施例1，经过上 述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到70％，抗拉强度达到456MPa，延伸率达到 3.46％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到480次， 明显优于普通蠕墨铸铁。
从以上事例可以看出，焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸铁机械性能明显优于普通 蠕墨铸铁，在焦炉应用方面具有巨大的发展潜力。
化学组成为(重量百分比)碳C 3.2～3.8％、硅Si 2.0～3.0％、锰Mn≤0.4％、 磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.1～0.8％铬Cr 0.2～1.0％。
化学组成优选方案为(重量百分比)：碳C 3.5～3.7％、硅Si 2.2～2.9％、锰Mn≤ 0.2％、磷P＜0.08％、硫S＜0.04％、钛Ti 0.2～0.3％、铬Cr 0.4～0.6％。
各原料含量为：硅铁(SiFe)含Si量75％，铬铁(CrFe)含Cr量60％，钛铁(TiFe) 含Ti量30％，孕育剂为硅铁，蠕化剂为稀土镁。
工艺步骤如下：
a、开启25kg中频感应电炉；
b、放入生铁及铬铁、钛铁以及孕育剂和蠕化剂；
c、当温度达到1250～1350℃时取样原铁水进行光谱分析；
d、反复调节成分直到达到计划成分要求；
e、温度达到1450～1500℃时，对铁水进行蠕化处理和孕育处理，最后浇铸试块。
f、蠕化处理采用包底冲入法。
孕育处理工艺采用随流孕育或孕育处理工艺采用浮硅孕育或孕育处理工艺采用二 次孕育。
实施例1
焦炉护炉铁件高性能蠕墨铸铁：化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.70％、硅 Si：2.63％、锰Mn：0.13％、磷P：0.044％、硫S：0.043％、钛Ti：0.30％、铬Cr：0.56％。 具体制作工艺如下：在试验条件下采用中频感应电炉熔炼，首先用电子秤称量出熔炼所 需的生铁，然后将生铁依次放入电炉内，开启电炉。同时用天平称量出电炉熔炼所需的 0.5％铬铁、0.3％钛铁以及0.12％硅铁孕育剂和1％稀土镁蠕化剂的用量。铬铁和钛铁随生 铁同时加入电炉中，当铁水达到熔化状态时用红外线测温仪测的温度达到1300℃左右， 取样然后进行光谱分析，得到原铁水的化学成分，如果达不到所需要的成分要求，再进 行成分调节，例如含碳量过高就加入废钢。当成分调节完成后，再取样进行光谱分析， 如果得到的化学成分仍不满足要求，再进行成分调节，直到达到要求为止。当铁水成分 符合要求，温度达到1420℃左右时，对铁水进行蠕化处理和孕育处理。蠕化处理采用 包底冲入法，而孕育处理工艺一般采用随流孕育，必要时可采用二次孕育工艺。处理完 成后进行炉前三角试片检验符合要求将铁水倒入浇包内，然后在砂箱内浇铸Y形试块。 待试块冷却，将试块送到机加车间加工标准试棒，加工完成后再送达化验室，敲下其头 部加工的试样，然后通过磨光机、砂纸以及抛光机打磨试样，完成后放到光学显微镜下 做金相鉴定，记录所得数据。试棒剩余部分拿到液态万能材料实验机进行拉伸试验，记 录所得数据，最后分析所得数据。
经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到75％，抗拉强度达到478.6MPa， 延伸率达到3.89％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数 达到510次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例2
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.66％、硅Si：2.55％、锰Mn：0.19％、 磷P：0.042％、硫S：0.022％、钛Ti：0.22％、铬Cr：0.56％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到455.6MPa，延 伸率达到3.80％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达 到520次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例3
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.70％、硅Si：2.32％、锰Mn：0.17％、 磷P：0.041％、硫S：0.040％、钛Ti：0.29％、铬Cr：0.45％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到489MPa，延伸 率达到3.82％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到 518次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例4
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.52％、硅Si：2.60％、锰Mn：0.32％、 磷P：0.045％、硫S：0.018％、钛Ti：0.25％、铬Cr：0.58％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到75％，抗拉强度达到456MPa，延伸 率达到3.45％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到 505次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例5
化学组成优选为(重量百分比)碳C：3.66％、硅Si：2.55％、锰Mn：0.22％、 磷P：0.049％、硫S：0.021％、钛Ti：0.26％、铬Cr：0.55％。实验过程参照实施例1， 经过上述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到456MPa，延伸 率达到3.60％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到 520次，明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例6
化学组成为(重量百分比)碳C：3.38％、硅Si：2.80％、锰Mn：0.19％、磷P： 0.042％、硫S：0.022％、钛Ti：0.27％、铬Cr：0.46％。实验过程参照实施例1，经过上 述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到80％，抗拉强度达到456MPa，延伸率达到 3.88％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到501次， 明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例7
化学组成为(重量百分比)碳C：3.25％、硅Si：2.32％、锰Mn：0.17％、磷P： 0.042％、硫S：0.039％、钛Ti：0.15％、铬Cr：0.22％。实验过程参照实施例1，经过上 述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到70％，抗拉强度达到456MPa，延伸率达到 3.83％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到492次， 明显优于普通蠕墨铸铁。
实施例8
化学组成为(重量百分比)碳C：3.80％、硅Si：2.43％、锰Mn：0.30％、磷P： 0.038％、硫S：0.025％、钛Ti：0.78％、铬Cr：0.88％。实验过程参照实施例1，经过上 述生产工艺制作，分析数据得到其蠕化率达到70％，抗拉强度达到456MPa，延伸率达到 3.46％，而当试样在240℃～690℃进行热循环时，产生最早裂纹的循环次数达到480次， 明显优于普通蠕墨铸铁。
从以上事例可以看出，焦炉护炉铁件专用高性能蠕墨铸铁机械性能明显优于普通 蠕墨铸铁，在焦炉应用方面具有巨大的发展潜力。
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