CN104388810A

CN104388810A - 一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁

Info

Publication number: CN104388810A
Application number: CN201410640392.8A
Authority: CN
Inventors: 潘建平; 宗显宝
Original assignee: SICHUAN NANCHE GONGXIANG CASTING Co Ltd
Current assignee: Sichuan sharing Casting Co., Ltd.
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN104388810B

Abstract

本发明公开一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁，所述制备方法包括熔炼、调节铁水成分含量、加入合金元素、球化和微量合金化、孕育处理、浇注的步骤，该方法既能够稳定地将球墨铸铁的抗拉强度控制在700MPa以上，又能将断后延伸率达到4.5％左右；简化了常规生产方法中的正火或调质热处理的过程，不需要在进行高温正火或调质，且相比于常规铸态的生产方法，本申请所得球墨铸铁能同时达到高强度、高塑性水平。

Description

一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁

技术领域

本发明涉及铸铁生产领域，具体涉及一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁。

背景技术

随着球墨铸铁在石油钻井、汽车制造业和发动机等领域的广泛应用，对球墨铸铁强度和塑性的要求也越来越高，例如，在石油钻井方面，高速运动提高工作效率和增加功率，导致的摩擦成倍增加，产生的热量增加，对铸件的高温性能、强度和塑性提出了更高的要求，如石油钻井的十字头要求力学性能为抗拉强度≥689MPa，屈服强度≥483MPa，延伸率≥3.0％，并且要求精加工表面有足够的硬度，所以设计者们一般是采用高强度高塑性球墨铸铁材料。

无论在国内还是国外，一般采用常规球墨铸铁生产，在成分上进行调整后，通过正火或调质热处理达到该性能，经过粗加工后二次正火或调质热处理达到加工表面使用要求，但其生产周期长、成本高，铸件在粗加工过程中易出现硬度偏高引起的刀具磨损严重等问题；而采用铸态的生产方法，虽然部分生产单位也通过增加合金元素提高机械性能，但机械性能不稳定，易出现强度或塑性中的一个指标出现偏低不合格。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁，简化了常规生产方法中的正火或调质热处理的过程，不需要在进行高温正火或调质，且相比于常规铸态的生产方法，本申请所得球墨铸铁能同时达到高强度、高塑性水平。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种铸态球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)熔炼：在电炉中加入重量百分比为50—60％的生铁，25—40％的球铁回炉料，10—15％的废钢，电炉升温至1400—1500℃，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼成铁水；

(2)调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤(1)所得铁水中化学成分的重量百分比调节至以下范围：C：3.70—3.90％，Si：1.50—1.70％，Mn：0.50—0.60％，S：0.020—0.030％，P：0—0.04％；

其中S元素重量百分比控制在0.020—0.030％范围内，能够有效解决S含量过高引起球化衰退的问题；通过控制铁水中各成分的含量，可以达到后续过程中球化剂加入量精确控制的目的；

(3)加入合金元素：向步骤(2)所得铁水中加入重量百分比为0.45—0.55％的Cu，0.50—0.60％的Ni，继续熔炼；

其中Cu能降低奥氏体转变温度，由于Cu元素能够扩大奥氏体转变区域，从而使C元素有充足的时间扩散，减小珠光体片间距，稳定珠光体，增加珠光体量；

其中Ni在铁液和固态球墨铸铁中均能无限溶解，使奥氏体转变稳定降低，Ni比Cu的作用强烈，加入少量的Ni就可使球墨铸铁中的铁素体受到抑制，使珠光体细化并增加珠光体数量，Ni可减少断面敏感性；

(4)球化和微量合金化：向加有重量百分比为0.06—0.08％的Sn和重量百分比为1.2—1.3％的球化剂的浇包中加入步骤(3)所得铁水，进行球化处理；

其中Sn会使石墨圆整度提高，使石墨球数增加，使基体组织中的珠光体数量明显增加，并能改善球墨铸铁的冲击塑性，并起微量合金化的作用；

以上三种合金元素互相的作用，使铸态球墨铸铁基体组织中的珠光体稳定控制，增加珠光体的数量，解决铸态下珠光体数量的难题，并且有强化铁素体的作用；

(5)孕育处理：在步骤(4)所得铁水中加入重量百分比为0.4—0.6％的孕育剂进行孕育处理；

(6)浇注：将步骤(5)所得铁水转至铸件型腔中进行浇注，浇注后自然冷却，即得铸态球墨铸铁。

优选的，所述步骤(1)中电炉升温至1480—1500℃。

优选的，所述步骤(4)的球化剂中含有重量百分比为35—45％的Si、5—10％的Mg、1—2％的RE；

更为优选的，所述步骤(4)的球化剂中含有重量百分比为40％的Si、8％的Mg、1.5％的RE；

优选的，所述步骤(4)的球化剂的加入量为1.3％。

优选的，所述步骤(5)的孕育剂为含重量百分比为70—80％的Si的高硅钙钡孕育剂。

更为优选的，所述步骤(5)的孕育剂为含重量百分比为72％的Si的高硅钙钡孕育剂。

优选的，所述步骤(2)中，S元素重量百分比大于0.030％时，要进行脱硫处理至S元素总重量百分比为0.020—0.030％。

第二方面，提供一种由所述制备方法制备的铸态球墨铸铁，所述球墨铸铁包括以下重量百分比的成分：C：3.7—3.8％，Si：2.5—2.8％，Mn：0.5—0.6％，P：0.03—0.04％，S：0.007—0.009％，Cu：0.45—0.55％，Ni：0.5—0.6％，Sn：0.06—0.08％，Mg：0.04—0.05％，RE：0.01—0.02％。

优选的，所述球墨铸铁包括以下重量百分比的成分：C：3.78％，Si：2.65％，Mn：0.53％，P：0.035％，S：0.008％，Cu：0.52％，Ni：0.53％，Sn：0.07％，Mg：0.045％，RE：0.012％。

其中，本申请所述的RE为铈基轻稀土，其在球化剂中主要作用是净化铁液、消除S、O等杂质元素和微量元素对球墨铸铁的影响。

本申请与现有技术相比，其详细说明如下：调节熔炼后铁水中各成分的含量，可以使球化剂加入量达到精确控制，达到了稳定球化率的效果，提高球墨铸铁的机械性能；通过一定量的合金加入，各种合金共同作用，稳定和细化基体组织中的珠光体和强化铁素体，避免了强度与塑性之间存在的矛盾关系，经实验测试表明，该方法既能够稳定地将球墨铸铁的抗拉强度控制在700MPa以上，又能将断后延伸率达到4.5％左右；通过本申请的制备方法，能够在铸态下同时达到高强度和高塑性，且相比于常规球墨铸铁的生产方法，避免了高温正火或调质处理的过程。

附图说明

图1是实施例一本申请制备方法所得铸态球墨铸铁的单铸试块的示意图。

图2是图1单铸试块的右视图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

一种铸态球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：在电炉中加入重量百分比为50—60％的生铁，25—40％的球铁回炉料，10—15％的废钢，电炉升温至1480—1500℃，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼成铁水；

(4)球化和微量合金化：向加有重量百分比为0.06—0.08％的Sn和重量百分比为1.3％的球化剂的浇包中加入步骤(3)所得铁水，进行球化处理，其中球化剂中含有重量百分比为40％的Si、8％的Mg、1.5％的RE；

(5)孕育处理：在步骤(4)所得铁水中加入重量百分比为0.4—0.6％的孕育剂进行孕育处理，其中孕育剂为含重量百分比为72％的Si的高硅钙钡孕育剂；

在以上步骤中，通过炉前分析和炉后分析，得以下化学成分检测结果，见表1，其中炉前成分为步骤(3)所得铁水中各成分；炉后成分为所得铸态球墨铸铁中各成分。

表1炉前分析和炉后分析各元素的百分比含量

通过以上步骤，分别铸造单铸试块两个(见附图1)，分别编号为1、2，试块型号为Y25，单位：mm，同时采用常规铸态铸造的方式制备铸态单铸试块两个，分别编号为3、4，型号与试块1、2相同。

其中常规铸态铸造工艺中，为提高机械性能会采用添加合金成分的方式，但目前其合金成分的添加量不定，添加方式不同，会导致机械性能的不稳定，试块3、4即为目前较为普遍的常规铸态铸造方式所得。

将以上四个单铸试块进行分别力学性能测试和金相组织分析，结果如下：

A、力学性能检测

将两个单铸试块分别进行力学性能测试，测试温度为室温，测试结果如表2：

表2力学性能测试结果

从以上力学性能测试结果可知，本申请铸态球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率均比常规铸造方式铸造的铸态球墨铸铁要好，同时从抗拉强度和断后延伸率上看，本申请的铸态球墨铸铁均能达到较高指标；比较常规铸态方法铸造的铸态球墨铸铁的铸件3、4，可以得出，在断后延伸率较高时，其抗拉强度降低，在满足抗拉强度指标时，其断后延伸率减小，也即，通过常规铸态铸造方式制备的铸态球墨铸铁，在抗拉强度和断后延伸率上不能同时达到高指标，也即，其在高强度和高塑性上不能兼顾；而本申请中的铸态球墨铸铁能维持较高的屈服强度，更重要的是能够兼顾高强度和高塑性。

B、金相组织分析

将四个单铸试块分别进行金相组织分析，分析结果如表3：

表3金相组织分析结果

从以上金相组织分析结果可知，本申请铸态球墨铸铁试件1、2的石墨大小为7～6级，且石墨个数较多，珠光体比例较大，其中珠光体可使铸件在保持高强度的情况下，有很好的塑性，这在表2力学性能测试中可以体现；而采用常规铸态铸造方式得到的铸态球墨铸铁铸件，其石墨大小、石墨个数的指标均比本申请低，从铁素体和珠光体的相对比例来看，铸件3、4的珠光体比例均比本申请铸态球墨铸铁低，且比较铸件3和4，其中铸件3相对于铸件4，其珠光体比例较小，因此虽然断后延伸率比铸件4稍大，但其抗拉强度减小，在表2力学性能测试中可以体现，因此，铸件3和4其内部的金相组织决定了其宏观表现上的强度和塑性不能兼顾。而本申请铸态球墨铸铁的通过制备工艺上的改进，能够在球化率、石墨大小、石墨个数、铁素体和珠光体的比例上达到平衡，形成稳定的内部金相组织结构，因此在宏观的高强度和高塑性上达到兼顾。

综上，本申请的铸态球墨铸铁相比于常规铸态方式铸造的球墨铸铁，能够同时达到高强度和高塑性，且其机械性能稳定，而相比于常规需要正火和调质的铸造方法，本申请省去了正火和调质热处理的过程，大大减少了工作量，也缩短了铸造周期，减少了铸造成本。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中电炉升温至1480—1500℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的球化剂中含有重量百分比为35—45％的Si、5—10％的Mg、1—2％的RE。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的球化剂中含有重量百分比为40％的Si、8％的Mg、1.5％的RE。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的球化剂的加入量为1.3％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)的孕育剂为含重量百分比为70—80％的Si的高硅钙钡孕育剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)的孕育剂为含重量百分比为72％的Si的高硅钙钡孕育剂。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，S元素重量百分比大于0.030％时，要进行脱硫处理至S元素总重量百分比为0.020—0.030％。

9.根据权利要求1—8任一所述制备方法制备的一种铸态球墨铸铁，其特征在于：所述球墨铸铁包括以下重量百分比的成分：C：3.7—3.8％，Si：2.5—2.8％，Mn：0.5—0.6％，P：0.03—0.04％，S：0.007—0.009％，Cu：0.45—0.55％，Ni：0.5—0.6％，Sn：0.06—0.08％，Mg：0.04—0.05％，RE：0.01—0.02％。

10.根据权利要求9所述的一种球墨铸铁，其特征在于：所述球墨铸铁包括以下重量百分比的成分：C：3.78％，Si：2.65％，Mn：0.53％，P：0.035％，S：0.008％，Cu：0.52％，Ni：0.53％，Sn：0.07％，Mg：0.045％，RE：0.012％。