一种低硅铁素体共晶石墨钢连铸型及其制备方法

本发明涉及金属材料制备，具体而言，涉及一种低硅铁素体共晶石墨钢连铸型及其制备方法。

背景技术：

1、传统的铁-石墨系材料，如铸铁、石墨钢等，由钢(铁)基体和石墨第二相组成。钢基体的高强度和高硬度，结合石墨的减摩、导热、减震、不润湿铝等特性，使铁-石墨系材料具有自润滑、减震、导热性好、不粘铝等独特性能。因此，这些材料在轧辊、干摩擦齿轮、无润滑轴承等现代工业领域得到广泛应用。当金属基体为铁素体时，由于其低强度和高韧性，使铁-石墨系材料在动载荷下表现出更好的耐疲劳性能。

2、铁-石墨系材料制备中，需引入适量si使c原子以石墨形式析出。然而，si作为置换式非碳化物合金元素，固溶在材料金属基体中，导致材料塑韧性降低。为获得铁素体基体的fe-石墨系材料，常增加si含量，但会降低材料塑韧性，影响疲劳寿命和使用性能。因此，如何在低si含量下获得高强度、高塑韧性的铁-石墨系材料，对提高其性能和使用寿命具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种低硅铁素体共晶石墨钢连铸型及其制备方法，旨在解决当前技术中材料塑韧性低的问题。

2、本发明提出了一种低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材，其特征在于，含有以下按重量百分比含量计的化学成分：

3、c 2.0-3.5％、si 0.01-0.5％、mn 0.5-1.5％、p 0.01-0.03％、s 0.01-0.03％、al 1.0-1.5％、余量为fe和不可避免的杂质；

4、所述低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材中铁素体的含量为40-42％、珠光体的含量为3％±0.5％。

5、本发明还提出了一种所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，包括以下步骤：

6、将废钢进行预处理后进行熔化，熔炼后获得铁水；

7、将铁水进行析石墨处理后与合金孕育剂混合，获得铁水混合液；

8、将铁水混合液与含锑的浸渍材料混合后进行连铸，获得所述低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材。

9、优选的，将废钢进行预处理的步骤包括：

10、将废钢进行超声处理；

11、所述超声处理的条件为超声频率20-40khz、功率密度0.5-2.0w/cm2、处理时间10-30min。

12、优选的，将废钢进行预处理后进行熔化，熔炼后获得铁水时，还包括：

13、将废钢进行预处理后进行熔化，熔炼后加入铝饼，继续熔炼后获得铁水。

14、优选的，将铁水进行析石墨处理的步骤包括：

15、将铁水进行电弧处理；

16、所述电弧处理的条件为电流强度2000-3000a、频率20-50khz、处理时间1-5min。

17、优选的，将铁水进行析石墨处理的步骤还包括：

18、将铁水进行电弧处理的同时，通入惰性气体进行保护。

19、优选的，所述含锑的浸渍材料为锑化合物。

20、优选的，所述锑化合物为氧化锑和/或硫化锑。

21、优选的，当所述锑化合物为氧化锑和硫化锑时，所述氧化锑和硫化锑的质量比为1-4：1。

22、优选的，所述合金孕育剂与所述铁水的重量比为0.003-0.004：1。

23、优选的，所述连铸的连铸速度为0.5-2.5m/min，连铸温度为1450-1550℃。

24、优选的，所述连铸结束后进行冷却的冷却速率为：

25、当温度大于1000℃时，冷却速率为80-100℃/min；

26、当温度为600-1000℃时，冷却速率为20-50℃/min；

27、当温度小于600℃时，冷却速率为5-10℃/min。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、本发明公开的制备方法提高了低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的生产效率和产品质量。具体的：

30、通过超声波处理废钢，可高效清除其表面及内部氧化物与夹杂物，进而促进废钢的溶解与混合。此举不仅提升了废钢的利用率，减少了不良夹杂物对最终产品的影响，而且有利于增强连铸过程的稳定性及铸坯质量的提升。

31、在熔化废钢的过程中，添加铝饼可实现脱氧与脱硫的效果，有助于降低铁水中的氧与硫含量，从而提升铸坯的纯度和质量。此外，铝的加入还能促进石墨的析出，为形成共晶石墨钢创造了有利条件。

32、利用电弧处理铁水，能够激发铁水中的碳元素，促使其形成石墨颗粒。同时，在电弧处理过程中通入惰性气体进行保护，能够有效防止氧气及其他杂质对铁水的污染，确保石墨的均匀形成与分布。

33、合金孕育剂的加入，能够改善铁水的流动性和凝固行为，为连铸过程的顺利进行提供了保障。此外，含锑的浸渍材料可提供锑元素，有助于优化铸坯的凝固组织和力学性能，同时促进石墨的形成与分布。

34、通过精确控制连铸速度和温度，可有效调控铸坯的形态与结构，确保铸坯的尺寸精度和表面质量。合理的连铸速度和温度能够使铸坯的组织结构更加均匀，进而提升产品的性能和稳定性。

35、根据不同温度段的冷却速率，可精确控制铸坯的凝固过程，从而避免裂纹和内部应力的产生。适当的冷却速率能够确保铸坯的内部组织和性能满足要求，保障产品的质量和稳定性。

技术特征：

1.一种低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材，其特征在于，含有以下按重量百分比含量计的化学成分：

2.一种根据权利要求1所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，将废钢进行预处理的步骤包括：

4.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，将废钢进行预处理后进行熔化，熔炼后获得铁水时，还包括：

5.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，将铁水进行析石墨处理的步骤包括：

6.根据权利要求5所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，将铁水进行析石墨处理的步骤还包括：

7.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，所述含锑的浸渍材料为锑化合物。

8.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，所述合金孕育剂与所述铁水的重量比为0.003-0.004：1。

9.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，所述连铸的连铸速度为0.5-2.5m/min，连铸温度为1450-1550℃。

10.根据权利要求2所述的低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材的制备方法，其特征在于，所述连铸结束后进行冷却的冷却速率为：

技术总结本发明涉及金属材料制备技术领域，公开一种低硅铁素体共晶石墨钢连铸型及其制备方法，其中，所述低硅铁素体共晶石墨钢连铸型含有C 2.0‑3.5％、S i 0.01‑0.5％、Mn 0.5‑1.5％、P 0.01‑0.03％、S 0.01‑0.03％、Al 1.0‑1.5％，以及Fe和不可避免的杂质；所述低硅铁素体共晶石墨钢连铸型材中铁素体的含量为40‑42％、珠光体的含量为3％±0.5％。本发明利用废钢作为原料，通过预处理、熔化和连铸等步骤，实现了高效、环保的生产过程，同时本发明通过精确控制化学成分，该型材的铁素体和珠光体含量在特定范围内，保证了其优异的力学性能，如强度、硬度、耐磨性和韧性等。技术研发人员：杨超,刘保建,颜国君,王子逾受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13