CN104195421A - 大断面球墨铸铁、铸件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大断面球墨铸铁、铸件及其制备方法，其中，相对于100重量份的大断面球墨铸铁，所述大断面球墨铸铁包含：3.8-4.0重量份的碳元素、2.6-2.9重量份的硅元素、0.5-0.6重量份的锰元素、0.010-0.013重量份的硫元素、0.027-0.040重量份的磷元素、0.035-0.050重量份的镁元素、0.028-0.035重量份的锶元素、0.01-0.03重量份的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。由该大断面球墨铸铁制备而成的铸件具有优异的机械性能。

Description

大断面球墨铸铁、铸件及其制备方法

技术领域

本发明涉及大断面球墨铸铁领域，具体地，涉及一种大断面球墨铸铁、铸件以及该大断面球墨铸铁的制备方法。

背景技术

球磨铸铁是通过球化和孕育处理得到的球状石墨，其有效地提高了铸铁的机械性，特别是塑性和韧性，从而得到了比碳钢还优异的机械强度。球磨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，从而使得其成功地用于铸造受力复杂、强度、韧性、耐磨性能要求高的铸件。

大断面球墨铸铁指模板厚度大于100mm的球磨铸件，这种球磨铸件往往会出现石墨畸变和球墨数的缺陷，使得该球磨铸铁的机械性能下降，严重时甚至会导致铸件报废。

发明内容

本发明的目的是提供一种大断面球墨铸铁和其制备方法，由该大断面球墨铸铁制备而成的铸件具有优异的机械性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种大断面球墨铸铁，相对于100重量份的大断面球墨铸铁，所述大断面球墨铸铁包含：3.8-4.0重量份的碳元素、2.6-2.9重量份的硅元素、0.5-0.6重量份的锰元素、0.010-0.013重量份的硫元素、0.027-0.040重量份的磷元素、0.035-0.050重量份的镁元素、0.028-0.035重量份的锶元素、0.01-0.03重量份的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

本发明还提供了一种上述的大断面球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括：

1)将球墨铸铁用生铁、废钢、回炉料和增碳剂在800-1000℃下预热的工序；

2)将预热后的原料在1460-1490℃下熔融以制得铁水的工序；

3)将硅铁、硅钙孕育剂、硅锶孕育剂加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水的工序；

4)将球化剂加入至所述孕育铁水中并搅拌以制得大断面球墨铸铁的工序。

本发明还提供了一种铸件，所述铸件由上述的大断面球墨铸铁或上述方法所制备的大断面球墨铸铁铸造而成。

本发明提供的大断面球墨铸铁具有优异的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度，从而使得由该大断面球墨铸铁制备而成的铸件可以作为各类高强度、高冲击机器模具。同时该大断面球墨铸铁的制备方法简单，原料易得。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种大断面球墨铸铁，相对于100重量份的大断面球墨铸铁，所述大断面球墨铸铁包含：3.8-4.0重量份的碳元素、2.6-2.9重量份的硅元素、0.5-0.6重量份的锰元素、0.010-0.013重量份的硫元素、0.027-0.040重量份的磷元素、0.035-0.050重量份的镁元素、0.028-0.035重量份的锶元素、0.01-0.03重量份的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

本发明还提供了一种上述的大断面球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括：

1)将球墨铸铁用生铁、废钢、回炉料和增碳剂在800-1000℃下预热的工序；

2)将预热后的原料在1460-1490℃下熔融以制得铁水的工序；

3)将硅铁、硅钙孕育剂、硅锶孕育剂加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水的工序；

4)将球化剂加入至所述孕育铁水中并搅拌以制得大断面球墨铸铁的工序。

在本发明中，所述球墨铸铁用生铁可在宽的范围内选择，可为牌号为Q10或Q12的球墨铸铁用生铁，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，所述球墨铸铁用生铁为牌号为Q10的球墨铸铁用生铁。

在本发明中，所述废钢可为任意的废弃钢材，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，对于100重量份的废钢，所述废钢中含有0.2-0.4重量份的碳元素、0.1-0.4重量份的锰元素、0.01-0.02重量份的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

在本发明中，所述废钢可为任意的回炉料，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，相对于100重量份的回炉料，所述回炉料中含有3.6-3.8重量份的碳元素、2.3-2.8重量份的硅元素、0.05-0.1重量份的锰元素、0.01-0.03重量份的硫元素、0.01-0.03重量份的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

在本发明中，硅铁是本领域技术人员所熟知的用于阻止铁中形成碳化物、促进石墨的析出和球化的助剂，硅铁可以是市售的任意一种，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，所述硅铁为牌号为FeSi90Al1.5或FeSi90Al3的硅铁。

在本发明中，球化剂是本领域技术人员所熟知的用于促进球墨铸铁中石墨结晶成球形的添加剂，硅铁可以是市售的任意一种，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，所述球化剂为牌号为TS-4或TS-5的球化剂。

在本发明中，增碳剂是本领域技术人员所熟知的提高球墨铸铁中含碳量的助剂，硅铁可以是市售的任意一种，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，所述增碳剂选自人造石墨、石油焦、微晶石墨、鳞片石墨、焦炭或无烟煤中的一种或多种。

在本发明中，所述增碳剂的粒径可在宽的范围内选择，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，所述增碳剂的粒径为0.15-6.5mm。

在本发明中，各原料的用量刻字宽的范围内选择，为了使得制得大断面球墨铸铁具有更优异的机械性能，优选地，相对于100重量份的球墨铸铁用生铁，所述废钢的用量为30-50重量份，所述回炉料的用量为35-45重量份，所述增碳剂的用量为0.5-3重量份，所述硅铁的用量为0.05-0.3重量份，所述硅钙孕育剂的用量为0.5-1.5重量份，所述硅锶孕育剂的用量为0.5-0.9重量份，所述球化剂的用量为1.5-2.5重量份。

本发明还提供了一种铸件，所述铸件由上述的大断面球墨铸铁或上述方法所制备的大断面球墨铸铁铸造而成。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，成分、抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度参数通过GB 1248-88的方法测得。

球墨铸铁用生铁为徐州市润达炉料有限公司牌号为Q10的市售品，废钢是聊城市德昌钢管有限公司的产品，回炉料是莒南县天源钢锶制品厂的产品，增碳剂是济源市澳鑫贸易有限公司的焦炭，硅铁是安阳华拓冶金有限责任公司牌号为FeSi90Al1.5或FeSi90Al3的产品，硅钙孕育剂是安阳市铁发冶金耐材有限公司的产品，硅锶孕育剂是常州市润良铁合金有限公司的产品，球化剂是徐州天润铸造材料有限公司牌号为TS-4的产品。

实施例1

首先将牌号为Q10的球墨铸铁用生铁100kg、废钢40kg、回炉料41kg和焦炭1.7kg在900℃下预热30min；接着将预热后的原料在1480℃下熔融以制得铁水；然后将牌号为FeSi90Al1.5的硅铁0.2kg、硅钙孕育剂0.9kg、硅锶孕育剂0.7kg加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水；最后将牌号为TS-4的球化剂2kg加入至所述孕育铁水中并搅拌以制得大断面球墨铸铁。

其中，所述废钢中含有0.3重量％的碳元素、0.3重量％的锰元素、0.01重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素；所述回炉料中含有3.7重量％的碳元素、2.5重量％的硅元素、0.07重量％的锰元素、0.02重量％的硫元素、0.02重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。焦炭的粒径为0.4mm。

该大断面球墨铸铁含有3.9重量％的碳元素、2.7重量％的硅元素、0.5重量％的锰元素、0.012重量％的硫元素、0.030重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.030重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为465MPa，屈服强度为325MPa，伸长率为13％，硬度为200HB。

实施例2

首先将牌号为Q10的球墨铸铁用生铁100kg、废钢30kg、回炉料35kg和焦炭0.5kg在800℃下预热30min；接着将预热后的原料在1460℃下熔融以制得铁水；然后将牌号为FeSi90Al3的硅铁0.05kg、硅钙孕育剂0.5kg、硅锶孕育剂0.5kg加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水；最后将球化剂1.5kg加入至所述孕育铁水中并搅拌以制得大断面球墨铸铁。

其中，所述废钢中含有0.3重量％的碳元素、0.3重量％的锰元素、0.01重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素；所述回炉料中含有3.7重量％的碳元素、2.5重量％的硅元素、0.07重量％的锰元素、0.02重量％的硫元素、0.02重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。焦炭的粒径为0.4mm。

该大断面球墨铸铁含有3.8重量％的碳元素、2.6重量％的硅元素、0.5-0.6重量％的锰元素、0.010重量％的硫元素、0.027重量％的磷元素、0.050重量％的镁元素、0.035重量％的锶元素、0.03重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为463MPa，屈服强度为320MPa，伸长率为12％，硬度为198HB。

实施例3

首先将牌号为Q10的球墨铸铁用生铁100kg、废钢50kg、回炉料45kg和焦炭3kg在1000℃下预热30min；接着将预热后的原料在1490℃下熔融以制得铁水；然后将牌号为FeSi90Al1.5的硅铁0.3kg、硅钙孕育剂1.5kg、硅锶孕育剂0.9kg加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水；最后将球化剂2.5kg加入至所述孕育铁水中并搅拌以制得大断面球墨铸铁。

其中，所述废钢中含有0.3重量％的碳元素、0.3重量％的锰元素、0.01重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素；所述回炉料中含有3.7重量％的碳元素、2.5重量％的硅元素、0.07重量％的锰元素、0.02重量％的硫元素、0.02重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。焦炭的粒径为0.4mm。

该大断面球墨铸铁含有4.0重量％的碳元素、2.9重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.013重量％的硫元素、0.040重量％的磷元素、0.035-0.050重量％的镁元素、0.028重量％的锶元素、0.01重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为464MPa，屈服强度为322MPa，伸长率为12％，硬度为201HB。

实施例4

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是所述废钢中含有0.2重量％的碳元素、0.1重量％的锰元素、0.01重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁含有3.8重量％的碳元素、2.7重量％的硅元素、0.4重量％的锰元素、0.012重量％的硫元素、0.029重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.030重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为461MPa，屈服强度为323MPa，伸长率为12％，硬度为196HB。

实施例5

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是所述废钢中含有0.4重量％的碳元素、0.4重量％的锰元素、0.02重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁含有4.0重量％的碳元素、2.7重量％的硅元素、0.5重量％的锰元素、0.012重量％的硫元素、0.033重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.030重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为464MPa，屈服强度为324MPa，伸长率为13％，硬度为201HB。

实施例6

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是所述回炉料中含有3.6重量％的碳元素、2.3重量％的硅元素、0.05重量％的锰元素、0.01重量％的硫元素、0.01重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁含有3.8重量％的碳元素、2.6重量％的硅元素、0.4重量％的锰元素、0.011重量％的硫元素、0.030重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.030重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为463MPa，屈服强度为327MPa，伸长率为12％，硬度为198HB。

实施例7

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是所述回炉料中含有3.8重量％的碳元素、2.8重量％的硅元素、0.1重量％的锰元素、0.03重量％的硫元素、0.03重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁含有4.0重量％的碳元素、2.9重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.012重量％的硫元素、0.030重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.030重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为460MPa，屈服强度为323MPa，伸长率为13％，硬度为198HB。

实施例8

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是焦炭的粒径为0.15mm。

该大断面球墨铸铁含有3.9重量％的碳元素、2.6重量％的硅元素、0.5重量％的锰元素、0.011重量％的硫元素、0.031重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.033重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为462MPa，屈服强度为322MPa，伸长率为12％，硬度为199HB。

实施例9

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是焦炭的粒径为0.6mm。

该大断面球墨铸铁含有3.8重量％的碳元素、2.8重量％的硅元素、0.5重量％的锰元素、0.012重量％的硫元素、0.030重量％的磷元素、0.040重量％的镁元素、0.030重量％的锶元素、0.03重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为464MPa，屈服强度为324MPa，伸长率为12％，硬度为200HB。

对比例1

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是不含有焦炭。

该大断面球墨铸铁含有3.5重量％的碳元素、2.9重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.013重量％的硫元素、0.031重量％的磷元素、0.041重量％的镁元素、0.036重量％的锶元素、0.03重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为435MPa，屈服强度为307MPa，伸长率为10％，硬度为160HB。

对比例2

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是不含有硅钙孕育剂。

该大断面球墨铸铁含有3.6重量％的碳元素、2.4重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.015重量％的硫元素、0.036重量％的磷元素、0.041重量％的镁元素、0.036重量％的锶元素、0.005重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为427MPa，屈服强度为301MPa，伸长率为10％，硬度为170HB。

对比例3

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是不含有硅锶孕育剂。

该大断面球墨铸铁含有3.7重量％的碳元素、2.3重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.015重量％的硫元素、0.036重量％的磷元素、0.041重量％的镁元素、0.027重量％的锶元素、0.006重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为425MPa，屈服强度为300MPa，伸长率为10％，硬度为175HB。

对比例4

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是熔融温度为1440℃。

该大断面球墨铸铁含有4.2重量％的碳元素、2.3重量％的硅元素、0.7重量％的锰元素、0.015重量％的硫元素、0.035重量％的磷元素、0.041重量％的镁元素、0.025重量％的锶元素、0.005重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为415MPa，屈服强度为305MPa，伸长率为10％，硬度为177HB。

对比例5

按照实施例1的方法进行制得大断面球墨铸铁，不同的是熔融温度为1520℃。

该大断面球墨铸铁含有3.7重量％的碳元素、2.3重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.015重量％的硫元素、0.036重量％的磷元素、0.041重量％的镁元素、0.027重量％的锶元素、0.006重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为417MPa，屈服强度为298MPa，伸长率为11％，硬度为178HB。

对比例6

将牌号为Q10的球墨铸铁用生铁100kg、废钢40kg、回炉料41kg和焦炭1.7kg、牌号为FeSi90Al1.5的硅铁0.2kg、硅钙孕育剂0.9kg、硅锶孕育剂0.7kg和牌号为TS-4的球化剂2kg在1480℃下熔融浇铸成大断面球墨铸铁。

其中，所述废钢中含有0.3重量％的碳元素、0.3重量％的锰元素、0.01重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素；所述回炉料中含有3.7重量％的碳元素、2.5重量％的硅元素、0.07重量％的锰元素、0.02重量％的硫元素、0.02重量％的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。焦炭的粒径为0.4mm。

该大断面球墨铸铁含有3.6重量％的碳元素、2.6重量％的硅元素、0.6重量％的锰元素、0.014重量％的硫元素、0.031重量％的磷元素、0.030重量％的镁元素、0.031重量％的锶元素、0.02重量％的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

该大断面球墨铸铁的抗拉强度为450MPa，屈服强度为310MPa，伸长率为13％，硬度为195HB。

通过上述实施例和对比例可知，本发明提供的大断面球墨铸铁具有优异的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度，从而使其具有优异的机械性能。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种大断面球墨铸铁，其特征在于，相对于100重量份的大断面球墨铸铁，所述大断面球墨铸铁包含：3.8-4.0重量份的碳元素、2.6-2.9重量份的硅元素、0.5-0.6重量份的锰元素、0.010-0.013重量份的硫元素、0.027-0.040重量份的磷元素、0.035-0.050重量份的镁元素、0.028-0.035重量份的锶元素、0.01-0.03重量份的钙元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

2.一种如权利要求1所述的大断面球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1)将球墨铸铁用生铁、废钢、回炉料和增碳剂在800-1000℃下预热的工序；

2)将预热后的原料在1460-1490℃下熔融以制得铁水的工序；

3)将硅铁、硅钙孕育剂、硅锶孕育剂加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水的工序；

4)将球化剂加入至所述孕育铁水中并搅拌以制得大断面球墨铸铁的工序。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述球墨铸铁用生铁为牌号为Q10的球墨铸铁用生铁。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，相对于100重量份的废钢，所述废钢中含有0.2-0.4重量份的碳元素、0.1-0.4重量份的锰元素、0.01-0.02重量份的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，相对于100重量份的回炉料，所述回炉料中含有3.6-3.8重量份的碳元素、2.3-2.8重量份的硅元素、0.05-0.1重量份的锰元素、0.01-0.03重量份的硫元素、0.01-0.03重量份的磷元素、余量的铁元素以及不可避免的微量元素。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述硅铁为牌号为FeSi90Al1.5或FeSi90Al3的硅铁；

优选地，所述球化剂为牌号为TS-4或TS-5的球化剂。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述增碳剂选自人造石墨、石油焦、微晶石墨、鳞片石墨、焦炭或无烟煤中的一种或多种。

8.根据权利要求2-7中的任意一项所述的制备方法，其中，所述增碳剂的粒径为0.15-6.5mm。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，相对于100重量份的球墨铸铁用生铁，所述废钢的用量为30-50重量份，所述回炉料的用量为35-45重量份，所述增碳剂的用量为0.5-3重量份，所述硅铁的用量为0.05-0.3重量份，所述硅钙孕育剂的用量为0.5-1.5重量份，所述硅锶孕育剂的用量为0.5-0.9重量份，所述球化剂的用量为1.5-2.5重量份。

10.一种铸件，其特征在于，所述铸件由权利要求1所述的大断面球墨铸铁或权利要求2-9中的任意一项所述方法所制备的大断面球墨铸铁铸造而成。