[发明专利]铸铁孕育剂以及用于生产铸铁孕育剂的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造具有球状石墨的铸铁的孕育剂，所述孕育剂包含粒状硅铁合金，所述粒状硅铁合金由下列项组成：40重量％至80重量％的Si、0.02重量％至8重量％的Ca、0重量％至5重量％的Sr、0重量％至12重量％的Ba、0重量％至15重量％的稀土金属、0重量％至5重量％的Mg、0.05重量％至5重量％的Al、0重量％至10重量％的Mn、0重量％至10重量％的Ti、0重量％至10重量％的Zr，剩余部分为Fe和常规量的附带杂质，其中基于孕育剂的总重量计，所述孕育剂另外含有按重量计：0.1％至15％的粒状Bi₂S₃，以及任选的0.1％至15％的粒状Bi₂O₃、和/或0.1％至15％的粒状Sb₂O₃、和/或0.1％至15％的粒状Sb₂S₃、和/或0.1％至5％的粒状Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO或其混合物、和/或0.1％至5％的粒状FeS、FeS₂、Fe₃S₄或其混合物中的一种或多种；一种用于生产此类孕育剂的方法；以及此类孕育剂的用途。

技术领域：

本发明涉及一种用于制造具有球状石墨的铸铁的硅铁基孕育剂以及一种用于生产所述孕育剂的方法。

背景技术：

铸铁通常在化铁炉或感应炉中生产，并且通常含有2％至4％的碳。碳与铁紧密混合，并且碳在固化的铸铁中所呈现的形式对于铸铁件的特性和性能非常重要。如果碳呈现碳化铁的形式，则铸铁被称为白铸铁，并且具有硬且脆的物理特性，这在大多数应用中是不期望的。如果碳呈现石墨的形式，则铸铁柔软且可机加工。

石墨可以层状、压实或球状形式存在于铸铁中。球状形状产生最高强度和最易延展类型的铸铁。

石墨所呈现的形式以及石墨相对于碳化铁的量可以用某些添加剂来控制，这些添加剂可在铸铁的固化过程中促进石墨的形成。这些添加剂被称为球化剂和孕育剂，它们添加到铸铁中分别用于球化和孕育。在铸铁生产中，特别是在薄区段中形成碳化铁通常具有挑战性。与铸件的较厚区段的较慢冷却相比，薄区段的快速冷却引起碳化铁的形成。在铸铁产品中形成碳化铁在行业中被称为“白口(chill)”。白口的形成通过测量“白口深度”来量化，并且孕育剂防止白口并减小白口深度的能力是一种测量和比较孕育剂能力的便捷方式，尤其是在灰铁中。在球墨铸铁中，通常使用石墨球数密度来测量和比较孕育剂的能力。

随着行业的发展，需要更坚固的材料。这意味着更多与碳化物促进元素诸如Cr、Mn、V、Mo等合金化，并且铸件区段更薄且铸件设计更轻。因此，一直需要开发减小灰铸铁的白口深度和改进其机加工性以及增加延性铸铁中石墨球状体的数密度的孕育剂。

孕育的确切化学过程和机理以及孕育剂在不同铸铁熔体中发挥作用的原因尚未完全了解，因此大量研究致力于为行业提供新的改善的孕育剂。

据认为，钙和某些其他元素抑制碳化铁的形成并促进石墨的形成。大多数孕育剂都含有钙。通常通过添加硅铁合金来促进这些碳化铁抑制剂的添加，并且最广泛使用的硅铁合金可能是含有70％至80％的硅的高硅合金和含有45％至55％的硅的低硅合金。通常可存在于孕育剂中并且以硅铁合金形式添加到铸铁中以刺激铸铁中石墨成核的元素是例如Ca、Ba、Sr、Al、稀土金属(RE)、Mg、Mn、Bi、Sb、Zr和Ti。

抑制碳化物形成与孕育剂的成核性能有关。所谓成核性能，应当理解为由孕育剂形成的核数。形成的高核数导致石墨球数密度增加，从而提高孕育效力并改善碳化物抑制。此外，高成核率也可在孕育后较长的熔铁保持时间内产生更好的抗孕育效果衰退性。孕育衰退可以通过核群体的聚结和再溶解来解释，核群体的聚结和再溶解导致潜在成核位点的总数减少。