非合金化铸态高强度铸铁型材的工艺技术研究

摘要

本文在目前铸铁型材水平连铸技术发展现状的基础上,阐述了高强度铸铁型材的优异性能与高生产成本之间的突出矛盾,提出了低成本下通过非合金化“三次喷冷”工艺得到铸态高强度铸铁型材的技术思想。在现有ZSL-02型铸铁型材水平连铸生产线上,依据铸铁物理冶金学原理,在型材共析转变温度分别对Ф>60、Ф75和Ф100三种球铁型材采取“三次喷冷”措施,并对不同喷冷工艺条件下的型材试样进行了组织和力学性能分析。 由于“三次喷冷”的激冷作用,喷水后型材会存有一定量的残余应力,残余应力的存在势必对型材的质量造成一定的影响。为此,在本次试验中,事先保证喷冷后型材表面温度在500℃左右,使型材在后续空冷环境下发生自温退火过程,最大限度降低了“三次喷冷”的负作用。 通过实施“三次喷冷”工艺,型材基体中珠光体数量较喷冷前明显增多。通过工艺参数的优化,当采用3个水包,水包间距达到150mm,喷水强度达到5.82m3·h-1时,3种型材的珠光体含量均达到70％左右。其力学性能分别达到：Ф60型材,硬度291HB,强度685MPa;Ф75型材,硬度293HB,强度650MPa;Ф100型材,硬度达到301HB,强度655MPa。 铸铁型材的强度除了依赖于其基体组织外,球化效果的好坏对铸铁型材的力学性能也有重要的影响。为此,本文在国内现有连铸企业球化处理工艺的基础上提出了球化处理蓖渣工艺。通过蓖渣工艺前后试样对比分析结果表明,球化处理蓖渣工艺后球铁型材的球化级别提高2个等级。现场的统计结果表明,采用球化处理蓖渣工艺,球化剂用量减少22％。 在铸铁水平连铸生产实际中,部分型材产品表面常出现“拉伤”和“疤皮”缺陷,型材表面的“拉伤”和“疤皮”缺陷虽然不是普遍现象,然而它的出现却降低了连铸产品的质量。本文通过对型材“拉伤”和“疤皮”缺陷提出形成机理,提出改进性措施并做了现场验证。多次试验结果表明,工艺改进后的型材表面无“拉伤”和“疤皮”缺陷。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1铸铁型材水平连铸技术简介

1.2铸铁型材水平连铸技术的工艺特点

1.3铸铁型材的组织性能特点

1.3.1铸铁型材的组织特点

1.3.2铸铁型材的性能特点

1.4铸铁型材的应用范围

1.5国内外水平连铸技术的发展历程及发展现状

1.5.1国外水平连铸技术发展历程

1.5.2国内水平连铸技术发展历程

1.5.3国内外发展现状

1.6问题的提出

1.7本课题的研究任务和意义

1.8本课题研究的内容、关键技术和研发目标

2铸铁型材的制备和强化措施

2.1铸铁的物理冶金理论基础

2.1.1铸铁的第一阶段石墨化

2.1.2铸铁的第二阶段石墨化

2.2铸铁型材水平连铸生产线的组成结构

2.2.1保温炉

2.2.2结晶器

2.2.3牵引机

2.2.4同步切割机

2.2.5压断机

2.2.6液压系统

2.2.7电控系统

2.3铸铁型材的生产

2.4铸铁型材的强化措施

2.4.1改善铸铁型材基体中石墨的形态

2.4.2调整基体组织

2.5铸铁型材非合金化"三次喷冷"工艺的提出

2.6本章小结

3非合金化铸态高强度铸铁型材的生产设计及试验方法

3.1非合金化铸态高强度铸铁型材的生产设计

3.1.1成分设计

3.1.2试验原料

3.1.3生产设备

3.2力学性能测试方法及所用设备

3.2.1取样

3.2.2硬度

3.2.3强度

3.2.4常温冲击韧性

3.3显微组织分析方法

3.3.1金相分析

3.3.2扫描电镜分析

4非合金化铸态高强度铸铁型材连铸生产工艺

4.1非合金化铸态高强度铸铁型材生产工艺技术路线

4.1.1球铁型材的熔炼

4.1.2球化剂的选择

4.1.3孕育剂的选择

4.1.4铁水的处理工艺

4.2铸铁型材表面拉伤缺陷的形成机理及解决措施

4.3铸铁型材表面疤皮缺陷的形成机理及解决措施

4.3.1铸铁型材表面"疤皮"的形成机理

4.3.2解决措施

4.4非合金化"三次喷冷"工艺方案的实施

4.4.1"三次喷冷"装置的设计

4.4.2工艺控制参数

4.4.3参数水平的设计

5非合金化"三次喷冷"工艺对球铁型材组织及力学性能的影响

5.1未喷水试样的组织和力学性能

5.1.1未喷水试样的基体组织

5.1.2未喷水试样的力学性能

5.2非合金化"三次喷冷"工艺对球铁型材组织及力学性能的影响

5.2.1水包个数对球铁型材组织及力学性能的影响

5.2.2水包间距对球铁型材组织及力学性能的影响

5.2.3喷水强度对球铁型材组织及力学性能的影响

5.3本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录

在校期间发表的文章