一種熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種熔模鑄造鐵素體不銹鋼的晶粒細化劑及其使用方法。
【背景技術】
[0002]鐵素體不銹鋼是指在高溫和室溫均具有完全鐵素體或以鐵素體為主體結構，Cr含量大于10.5%的一系列低C鐵基合金，為了獲得不同特定性能，常加入適量的Mo、N1、Nb、Ti等元素。近幾年，Ni原材料價格的提高使含Ni不銹鋼的煉鋼成本增加，汽車工業的飛速發展又使汽車尾氣排氣系統用不銹鋼消費量大增，這些為不含或只含少量Ni的鐵素體不銹鋼的發展提供了廣闊的市場空間。由于我國Ni資源短缺，所需的80%以上依賴進口，價格昂貴，因此發展鐵素體不銹鋼，少用甚至不用Ni，是國內不銹鋼工業發展的方向之一。鐵素體不銹鋼經歷了從409型到430系列的發展過程。430鐵素體不銹鋼的C含量< 0.12wt%,Cr含量在16.0wt% -18.0wt %之間，一般不含Ni，鑄造收縮率為1.4% -1.6%，鑄造性能較差。該種合金價格低廉，具有很好的抗氧化和抗硫化性能，其鑄件主要應用于閥蓋、汽車尾氣排氣系統等。但該種合金具有σ相脆性、475°C脆性、高溫脆性、馬氏體脆性和鑄造脆性，缺口敏感性高，對晶間腐蝕比較敏感等缺點。其中的鑄造脆性主要源于在鑄件凝固過程中凝固組織一直保持鐵素體相，不發生α — T的相變，因此凝固組織中柱狀晶比較發達，甚至沒有中心等軸晶區，又由于閥蓋、汽車尾氣排氣管接頭等鑄件為薄壁件，一般采用熔模鑄造方法成形，鑄型溫度高，冷卻速度慢，使晶粒尺寸更加粗大，因此鑄件的強度特別是室溫韌性差。為了解決鐵素體不銹鋼鑄態組織晶粒粗大的問題，人們不斷探索細化晶粒的方法。目前，生產和研究中細化晶粒的方法主要有電磁攪拌、二次冷卻、添加稀土和Nb、Ti合金等，但是細化晶粒的效果有限，細化處理的同時往往會降低薄壁件鋼液的充型能力。這些使得熔模鑄造鐵素體不銹鋼薄壁件的晶粒細化成為一個難以解決的技術難題，嚴重地影響了鐵素體不銹鋼產品的質量及其推廣應用。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑，以解決現有的細化晶粒的方法存在的效果有限，細化處理的同時往往會降低薄壁件鋼液的充型能力的問題。
[0004]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0005]—種熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑，所述細化劑為鐵粉。
[0006]進一步的，所述細化劑為工業純鐵粉，其形狀為近球形，其粒度為30目-50目，其純度為Fe含量多98%。
[0007]本發明的另一個目的是提供一種上述熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑的使用方法，能夠細化鐵素體不銹鋼的晶粒，并獲得近等軸晶組織，提高材料的力學性能和耐高溫腐蝕性能。其技術方案如下:
[0008]—種熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑的使用方法，包括以下步驟:
[0009](I)準備不銹鋼液，采用熔模殼型鑄鐵素體不銹鋼鑄件；
[0010](2)根據恪模鑄造的不銹鋼液質量，確定細化劑加入量；
[0011](3)對細化劑進行烘干和預熱處理；
[0012](4)在澆注鑄件過程中將鐵粉加入鑄型；
[0013](5)將鑄件清理后對鑄件熱處理。
[0014]進一步的，所述步驟(2)中，細化劑的加入量為不銹鋼液質量的2% -6%。
[0015]進一步的，所述步驟(3)中，細化劑烘干和預熱的溫度為120°C _150°C。
[0016]進一步的，所述步驟(4)中，澆注過程中向不銹鋼液中隨流均勻加入。
[0017]進一步的，所述步驟(4)中，不銹鋼液的澆注溫度為1600°C -1650°C。
[0018]進一步的，所述步驟(5)中，熱處理的方法是:對鑄件進行800°C保溫1.5h-2.5h再水冷。
[0019]本發明的有益效果是:
[0020]加入鐵粉可以加快冷卻速度，縮短凝固時間，提高形核率；帶入外來晶核；改變凝固過程溫度場，即降低鋼液的過熱度和鑄型中鋼液斷面溫度梯度。上述作用都有利于細化晶粒，促進生成等軸晶，提高材料的強度、韌性、耐腐蝕性、抗高溫氧化性。又由于隨流加入的鐵粉是互相獨立的近球形顆粒，不同于正常凝固中的樹枝狀晶，因此對鋼液的流動性和充型能力不會造成太大影響，避免了晶粒細化與充型能力降低之間的矛盾。另外，通過控制鐵粉的加入量和粒度，使鐵粉充分熔合為鑄件正常組織，不產生結合界面。鐵粉來源豐富，成本低廉，加入過程簡單易操作，細化效果好。實施后能提高鐵素體不銹鋼鑄件的產品質量，降低廢品率，提高企業的經濟效益和市場競爭力，促進鐵素體不銹鋼的廣泛應用。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例對本發明作更進一步的說明。
[0022]實施例1
[0023]I)合金液準備:在中頻感應電爐中熔煉430不銹鋼液，其成分為0.065wt % C，0.29wt% Si，0.67wt% Mn，0.023wt% P，0.012wt% S，16.19wt% Cr，0.1Owt% Ti。
[0024]2)鑄型準備:采用熔模鑄造澆鑄壁厚為3_的鑄件，澆注時殼型溫度為800 °C。
[0025]3)細化劑準備:對粒度為40目的近球形霧化工業純鐵粉，按鋼液質量的4%秤重，120 °C烘干和預熱。
[0026]4)澆注和細化處理:澆注溫度為1640°C ;在澆注過程中向不銹鋼液中隨流均勻加入。
[0027]5)清理后對鑄件進行800°C保溫1.5h水冷的熱處理。
[0028]檢測結果:與未加細化劑的鑄件相比，
[0029]鐵素體晶粒平均等效圓直徑由521μπι減小為198μπι，圓形度由0.67增大到0.89 ο
[0030]延伸率、斷面收縮率、沖擊功基本相當，抗拉強度由458MPa提高到569MPa。
[0031]電化學侵蝕實驗結果為:反映晶間腐蝕敏感度的循環伏安曲線特征值R(Ia/Ir)由14.55減小至IJ 4.45 ;在沸騰的50% H2S04+5.5g/L Fe2 (SO4) 3溶液中浸泡24h結果為:失重從4.29g減小至Ij 4.15g ;850°C空氣氧化200h結果為:增重從9.16%減小到8.44% 0
[0032]實施例2
[0033]I)合金液準備:在中頻感應電爐中熔煉430不銹鋼液，其成分為0.07wt% C，
0.30wt% Si,0.63wt% Mn,0.021wt% P，0.021wt% S，17.35wt% Cr，0.llwt% Ti。
[0034]2)鑄型準備:采用熔模鑄造澆鑄壁厚為3_的鑄件，澆注時殼型溫度為800 °C。
[0035]3)細化劑準備:對粒度為50目的近球形霧化工業純鐵粉，按鋼液質量的2 %秤重，140 °C烘干和預熱。
[0036]4)澆注和細化處理:澆注溫度為1600°C。在澆注過程中向不銹鋼液中隨流均勻加入。
[0037]5)清理后對鑄件進行800°C保溫2h然后再水冷的熱處理。
[0038]檢測結果:與未加細化劑的鑄件相比，
[0039]鐵素體晶粒平均等效圓直徑由521 μπι減小為201 μπι，圓形度由0.67增大到
0.87。
[0040]延伸率、斷面收縮率、沖擊功基本相當，抗拉強度由458MPa提高到567MPa。
[0041]電化學侵蝕實驗結果為:反映晶間腐蝕敏感度的循環伏安曲線特征值R(Ia/Ir)由14.55減小至IJ 4.43 ;在沸騰的50% H2S04+5.5g/L Fe2 (SO4) 3溶液中浸泡24h結果為:失重從4.29g減小至Ij 4.20g ;850°C空氣氧化200h結果為:增重從9.16%減小到8.25%。
[0042]實施例3
[0043]I)合金液準備:在中頻感應電爐中熔煉430不銹鋼液，其成分為0.054wt % C，
0.32wt% Si，0.60wt% Mn，0.019wt% P，0.015wt% S，16.50wt% Cr，0.09wt% Ti。
[0044]2)鑄型準備:采用熔模鑄造澆鑄壁厚為3_的鑄件，澆注時殼型溫度為800 °C。
[0045]3)細化劑準備:對粒度為30目的近球形霧化工業純鐵粉，按鋼液質量的6 %秤重，150 °C烘干和預熱。
[0046]4)澆注和細化處理:澆注溫度為1650°C。在澆注過程中向不銹鋼液中隨流均勻加入。
[0047]5)清理后對鑄件進行800°C保溫2.5h然后再水冷的熱處理。
[0048]檢測結果:與未加細化劑的鑄件相比，
[0049]鐵素體晶粒平均等效圓直徑由521 μπι減小為191 μπι，圓形度由0.67增大到
0.86ο
[0050]延伸率、斷面收縮率、沖擊功基本相當，抗拉強度由458MPa提高到565MPa。
[0051]電化學侵蝕實驗結果為:反映晶間腐蝕敏感度的循環伏安曲線特征值R(Ia/Ir)由14.55減小至IJ 4.56 ;在沸騰的50% H2S04+5.5g/L Fe2 (SO4) 3溶液中浸泡24h結果為:失重從4.29g減小至Ij 4.23g ;850°C空氣氧化200h結果為:增重從9.16%減小到8.40%。
[0052]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑，其特征在于:所述細化劑為鐵粉。2.如權利要求1所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑，其特征在于:所述細化劑為工業純鐵粉，其形狀為近球形，其粒度為30目-50目，其純度為Fe含量多98%。3.一種如權利要求1或2所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑的使用方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)準備不銹鋼液，采用熔模殼型鑄鐵素體不銹鋼鑄件； (2)根據熔模鑄造的不銹鋼液質量，確定細化劑加入量； (3)對細化劑進行烘干和預熱處理； (4)在澆注鑄件過程中將鐵粉加入鑄型； (5)將鑄件清理后對鑄件熱處理。4.如權利要求3所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化方法，其特征在于:所述步驟(2)中，細化劑的加入量為不銹鋼液質量的2%-6%。5.如權利要求3所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化方法，其特征在于:所述步驟(3)中，細化劑烘干和預熱的溫度為120°C-150°C。6.如權利要求3所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化方法，其特征在于:所述步驟(4)中，澆注過程中向不銹鋼液中隨流均勻加入。7.如權利要求3所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化方法，其特征在于:所述步驟(4)中，不銹鋼液的澆注溫度為1600°C-1650°C。8.如權利要求3所述的熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化方法，其特征在于:所述步驟(5)中，熱處理的方法是:對鑄件進行800°C保溫1.5h-2.5h再水冷。
【專利摘要】本發明公開了一種熔模鑄造鐵素體不銹鋼晶粒細化劑及其使用方法，所述細化劑為工業純鐵粉，其形狀為近球形，其粒度為30目-50目，其純度為Fe含量≥98％。在熔模鑄造澆注時定量地向不銹鋼液中均勻地隨流加入，可以細化鐵素體不銹鋼的晶粒，并獲得近等軸晶組織，提高材料的力學性能和耐高溫腐蝕性能。細化處理后能有效細化鐵素體晶粒，促進生成等軸晶，提高材料的強度、韌性、耐腐蝕性、抗高溫氧化性。對鋼液的流動性和充型能力影響小。細化劑在鑄型中與鑄件充分熔合，來源豐富，成本低廉，加入過程簡單易操作。
【IPC分類】B22C9/04, B22D27/20
【公開號】CN105033181
【申請號】CN201510364587
【發明人】盛曉波, 江坤華, 董寅生, 儲成林, 郭超
【申請人】東南大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月26日