《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》是寧國市華豐耐磨材料有限公司於2015年5月29日申請的專利，該專利申請號：2015102903553，專利公布號：CN104862450A，專利公布日：2015年8月26日，發明人是：陳全心、姚永茂、吳明忠、周峰。
《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》涉及納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法，加入納米鐵水淨化變質劑的方法為：鐵液在常規脫氧之後，在鋼包中又加入了一定數量的納米鐵水淨化劑進行強化脫氧脫硫，同時進行進一步除氣，利用出鐵時鐵水的衝擊力量進行充分攪拌，這樣便大大淨化了鐵液。納米鐵水淨化變質劑有細化晶粒的作用，既能提高材料的強度，又能提高材料塑性，同時也能顯著提高其力學性能，該發明能顯著地提高奧鐵體球墨耐磨鑄件的強度、硬度和韌性。
2021年8月16日，《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法
- 公布號：CN104862450A
- 公布日：2015年8月26日
- 申請號：2015102903553
- 申請日：2015年5月29日
- 申請人：寧國市華豐耐磨材料有限公司
- 地址：安徽省宣城市寧國市經濟技術開發區宜黃路
- 發明人：陳全心、姚永茂、吳明忠、周峰
- Int.Cl.：C21C7/06(2006.01)I、C21C7/064(2006.01)I、C21C1/02(2006.01)I、C21C1/10(2006.01)I、C22C33/08(2006.01)I
- 專利代理機構：合肥順超智慧財產權代理事務所
- 代理人：汪守勇
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
變質劑廣泛用於冶金行業，變質處理是改善合金微觀組織，提高合金力學性能的常用有效手段，尤其在細化合金微觀組織，進而改善合金的強度、硬度、伸長率、衝擊韌性及熱穩定性等方面，具有重要作用和意義。常用變質劑分為合金變質劑和化合物變質劑兩大類。合金變質劑中的變質元素以單質和（或）金屬間化合物形式存在，加入金屬熔體後熔融並擴散到熔體中，發揮變質作用。鹽類變質劑中的變質元素以化合物形式存在，加入金屬熔體後與熔體金屬發生置換反應，變質元素進入熔體，發揮變質作用，從變質劑的製備及套用全流程看，合金變質經歷異地的冶煉、變質劑製備、變質處理等多個環節，經歷多次加熱及重熔，能耗大，燒損大，資源、能源利用率低，還可能存在變質合金不良組織遺傳惡化變質效果等問題。與合金變質劑相比，化合物變質劑製造成本較低，技術經濟性更好。化合物變質劑加入熔體金屬後，必須與熔體金屬發生置換反應，變質元素才能進入熔體，發揮變質作用。因此要求變質劑與熔體間有足夠的接觸界面，以實現化學反應和界面傳質的動力學和熱力學過程。截至2015年5月，已有技術的化合物變質劑多為粉狀，無論以固相形式與熔體接觸，還是以熔鹽形式與熔體接觸，其接觸面積均較小，化學反應和界面傳質阻力大，導致變質劑利用率（吸收率）低，增加變質劑用量則會加大生產成本並帶入較多雜質，而且，有時增加變質劑用量後，金屬熔體中變質元素含量仍達不到要求。
根據全球研究資料顯示，要大幅度提高鋼鐵材料的綜合性能最有效的辦法就是淨化鐵水和鐵水、細化晶粒、彌散硬化、合理的熱處理工藝等技術是提高材料性能和質量的最有效的措施。人們將納米材料作為變質劑引入到剛鐵的冶煉過程中，納米材料具有許多特殊的性能，如韌性高、耐磨性高等。納米變質技術打破了鋼鐵耐磨材料生產中的一些常規規律。通常，在鋼鐵耐磨材料強化過程中提高硬度必然伴隨韌性下降，但由於納米合金變質劑的高表面活性以及它在細化晶粒過程中同時起到彌散硬化作用，所以經常能夠達到同時提高合金硬度及韌性的綜合效果。由於納米材料特有的性質，如何將納米粒子加入到鋼鐵材料液體中的始終是一個非常困難的課題，這也制約著納米材料的套用。
發明內容
專利目的
《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》提供納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法，該發明奧鐵體球墨耐磨鑄件中加入的納米鐵水淨化變質劑是以分散尺寸極細並有巨大表面能的納米材料為主體的特種添加劑，既能增加結晶核心，明顯的細化晶粒和改變基體組織結構，又能在組織中形成均勻分布的硬質點，阻礙晶體滑移和磨損，同時提高鋼鐵材料的強度、硬度和韌性。納米鐵水淨化變質劑套用在奧鐵體球墨耐磨鑄件工藝中，既保證產品的使用性又可減少生產加工工藝，減少部分稀貴金屬的使用，降低成本，節約資源。
技術方案
《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》加入納米鐵水淨化變質劑的方法為：鐵液在常規脫氧之後，在鋼包中又加入了一定數量的納米鐵水淨化劑進行強化脫氧脫硫，同時進行進一步除氣，利用出鋼時鐵水的衝擊力量進行充分攪拌，這樣便大大淨化了鐵液。所述納米鐵水淨化變質劑由納米SiC2-8份，矽鋁合金粉10-20份，K2O粉5-16份，Na2O粉3-12份，BaO粉5-12份，CaCO3粉3-10份，CaF2粉5-8份，Mg粉2-5份，鈦鐵粉2-6份，餘量為鐵粉，羥基纖維素3-8份，混合壓製成塊狀。所述納米SiC的粒徑小於50納米。所述納米鐵水淨化變質劑的加入量按鐵水重量的0.2～0.4％加入。納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法步驟，包括以下步驟：步驟一，煉熔鐵水；步驟二，將納米鐵水淨化變質劑與鐵水混合；採用沖入法將球化劑放在鐵水包底部，鐵水包底部做壩，使鐵水可以對流，將處理好的鐵水扒渣乾淨後加覆蓋劑；步驟三，澆註：鐵水澆注溫度為1360℃，在球化反應結束後的8分鐘內完成澆注；步驟四，熱處理：冷卻後開模，再進行熱處理，淬火液中淬火，然後回火，取出自然冷卻即可。
改善效果
（1）淨化劑具有造渣脫氧、脫硫脫磷的功能，從而大幅減少鐵液中的夾雜物。
（2）細化晶粒，改善了鋼的力學性能，使其韌性、塑性都大大提高。
（3）減少鑄件中的夾渣、氣孔、冷隔等缺陷，提高鋼材軋制過程中鑄件的成品率。
（4）由於鋼材綜合力學性能大幅度提高，可以在保持原材料要求前提下，適當降低合金的含量。
技術領域
《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》涉及鑄造領域，具體涉及納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法。
權利要求
1.《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》的特徵在於，加入納米鐵水淨化變質劑的方法為：鐵液在常規脫氧之後，在鋼包中又加入了一定數量的納米鐵水淨化劑進行強化脫氧脫硫，同時進行進一步除氣，利用出鋼時鐵水的衝擊力量進行充分攪拌，這樣便大大淨化了鐵液；所述納米鐵水淨化變質劑由納米SiC2-8份，矽鋁合金粉10-20份，K2O粉5-16份，Na2O粉3-12份，BaO粉5-12份，CaCO3粉3-10份，CaF2粉5-8份，Mg粉2-5份，鈦鐵粉2-6份，餘量為鐵粉，羥基纖維素3-8份，混合壓製成塊狀。
2.根據權利要求1所述的納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法，其特徵在於：所述納米SiC的粒徑小於50納米。
3.根據權利要求1所述的納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法，其特徵在於，所述納米鐵水淨化變質劑的加入量按鐵水重量的0.2～0.4％加入。
4.一種如權利要求1～3其中之一所述的納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法，其特徵在於，包括以下步驟：步驟一，煉熔鐵水；步驟二，將納米鐵水淨化變質劑與鐵水混合；採用沖入法將球化劑放在鐵水包底部，鐵水包底部做壩，使鐵水可以對流，將處理好的鐵水扒渣乾淨後加覆蓋劑；步驟三，澆註：鐵水澆注溫度為1380℃，在球化反應結束後的9分鐘內完成澆注；步驟四，熱處理：冷卻後開模，再進行熱處理，淬火液中淬火，然後回火，取出自然冷卻即可。
實施方式
《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》加入納米鐵水淨化變質劑的方法為：鋼液在常規脫氧之後，在鋼包中又加入了一定數量的納米鐵水淨化劑進行強化脫氧脫硫，同時進行進一步除氣，利用出鋼時鐵水的衝擊力量進行充分攪拌，這樣便大大淨化了鋼液，包括以下步驟：步驟一，煉熔鐵水；步驟二，球化處理：採用沖入法將球化劑放在鐵水包底部，鐵水包底部做壩，使鐵水可以對流，球化處理溫度為：1500℃，球化處理反應時間為：50秒，將處理好的鐵水扒渣乾淨後加覆蓋劑，每100千克的鐵水加1.2千克的覆蓋劑；第三步，澆註：鐵水澆注溫度為1380℃，在球化反應結束後的9分鐘內完成澆注；第四步，熱處理：冷卻3小時後開模，將冷卻後的鑄件放入熱處理爐里，保溫溫度在700℃，保溫2小時後，淬火液中淬火，然後回火6小時，取出自然冷卻即可。所述納米鐵水淨化變質劑由納米SiC2-8份，矽鋁合金粉10-20份，K2O粉5-16份，Na2O粉3-12份，BaO粉5-12份，CaCO3粉3-10份，CaF2粉5-8份，Mg粉2-5份，鈦鐵粉2-6份，餘量為鐵粉，羥基纖維素3-8份，混合壓製成塊狀。所述納米SiC的粒徑小於50納米。所述納米鐵水淨化變質劑的加入量按鐵水重量的0.2～0.4％加入。將該專利製備的納米鐵水淨化劑用於奧鐵體中套用，進行鐵水淨化的試驗，試驗過程如下：鐵水量1噸，納米鐵水淨化劑添加量10千克，納米鐵水淨化劑的加入時間是在加入釩氮合金後添加，納米鐵水淨化劑加入鐵水包後從鐵水包底部吹氬氣8分鐘，鐵水吊運現場進行澆鑄。
表1淨化前後韌性對比表
從上述淨化前後韌性對比表可以看出，加入《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》納米淨化劑淨化後，奧鐵體的韌性、抗拉強度等機械性能有了明顯的提高，大大提升了產品的機械性能和使用壽命。《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》採用納米粉體材料和氧化鈣、氟化鈣、氯化鉀、氯化鈉、硼鐵粉、鈦鐵粉等材料按一定比例混合壓製成塊狀，加入到已脫氧良好的鐵液中，納米粉體因耐高溫，在鋼液凝固過程中形成細小的第二相晶核，增加晶核心數量，達到細化晶粒的目的。鉀、鈉與其它合金經過高溫還原形成了微合金或微形夾雜物，微合金或微形夾雜物在鋼液中又產生異質核心，促使晶粒細化和碳化物錯位轉化，達到團球化，微弱碳化物等有害雜質，由水鎂石、纖維旋浮形成熔渣，達到淨化鐵水晶粒細化的作用。鋼液在常規脫氧之後，在鋼包中又加入了一定數量的納米鐵水淨化劑進行強化脫氧脫硫，而且它們還具有進一步除氣（H、N、O）功能，這樣便大大淨化了鐵液，從而使鐵的內在質量和表面質量顯著提高，特別是鐵的腐蝕性和抗氧性都有了很大的提高，同時鐵的塑性、韌性也大大改善。
榮譽表彰
2021年8月16日，《納米鐵水淨化變質劑用於奧鐵體球鐵耐磨鑄件的方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
