CN105177214A - 一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法及其产品和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：(1)熔炼步骤，其中加入了铣铁、废钢、回炉料进行熔炼；(2)调质步骤；(3)浇注步骤；(4)铁水出炉步骤；其特征在于，所述步骤(1)中还加入了预处理剂进行混合熔炼，所述步骤(3)还包括向浇注桶中加入了速熔增碳剂。优选地，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂，所述步骤(3)包括向浇注桶中加入步骤(3)中所得铁水的质量0.4％-0.8％的速熔增碳剂。此制造工艺有效可行、经济实用，具有很好的应用前景与市场潜力。本发明还提供了一种使用上述方法制备所得到的球墨铸铁，其抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥6％；以及该球墨铸铁在车轮支架制造上的应用。

Description

一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法及其产品和应用

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁的制造方法，特别是涉及一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法及其产品和应用。

背景技术

在我国球墨铸铁的国家标准中，现有产品材料牌号QT700-2适于对强度要求较高的零部件，如柴油机和汽油机的曲轴、凸轮轴、部分磨床、铣床、车床的主轴、球磨机齿轴、小型水轮机主轴等，而其所要求的抗拉强度达到700MPa以上，屈服强度达到420MPa以上，延伸率达到2％以上。在现实生产需求中，亟需一种有效的高强度高研展性的球墨铸铁的制造工艺。

从本领域技术人员所熟知的球墨铸铁牌号表中可以看出，铸态下抗拉强度及屈服强度越高时，相应的延伸率变低，这两者之间是成反比关系。现有技术中，通常采用增加Mn、Sn、Cr的用量的方法来提升珠光体含量，从而得到较高的抗拉强度及屈服强度，然而所得到的球墨铸铁的延伸率会相应降低，因此不能得到高强度高研展性的球墨铸铁。反之，现有技术中，当采用减少Mn、Sn、Cr的用量的方法来降低珠光体含量时，可得到较高的延伸率，却会导致球墨铸铁的抗拉强度及屈服强度变低，同样不能得到高强度高研展性的球墨铸铁。

中国发明专利CN102912065A公开了一种球墨铸铁的生产方法，包括配料加料、熔化冶炼、球化、浇铸和开箱工序；所加原料为Q10生铁、回炉料、废钢，其重量比为55～65：30～40：2～8；所加球化剂与铁水重量比为1.1～1.5：100，球化剂中镁含量为6～6.4℅、硅含量为40～44℅，稀土含量为1.1～1.5℅；开箱时间≥1小时。该发明的球化铸铁，无需采用热处理工艺，材料铸件塑性、韧性得到显著提高，延伸率得到大幅度提升，经检测，本发明所加工生产的球墨铸铁的球化率≥80℅，材料硬度为HB180～290，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥8％。然而，依照该发明所制造的球墨铸铁只达到了QT600-3级别的国家标准，特别是其抗拉强度不能维持处于700MPa以上。

中国发明专利CN103614612A公开了一种高强度高弹性模量低应力铸态球墨铸铁，它是由以下质量分数的成分组成：C：3.7～3.9％；Si：2.0～2.2％；CE：4.50～4.65％；Mn：0.5～0.6％；P≤0.03％；S≤0.02％；Mg：0.03～0.06％；RE：0.01～0.02％；Cu：0.5～0.7％；Sn：0.05～0.06％。该发明制造方法的特色是“高温纯净的基铁铁液+复合合金化+精确加入”，得到球墨铸铁的显微组织为：珠光体含量≥95％，球化率≥90％，单位面积球墨数目为200～380个/mm²，屈服强度400MPa以上，抗拉强度700MPa以上，弹性模量170GPa以上，硬度HB190～250，延伸率3％以上，铸造内应力≤50MPa。不过，由于该制造工艺中采用了昂贵的稀土金属，并且工艺复杂，因此该制造工艺并不经济实用。

中国发明专利申请CN104120335A公开了一种高强韧纯铁素体基体球墨铸铁，所含化学成分及所占比重为：C3.4-3.7份,SI2.3-2.7份，Mn0.3-0.5份，Cr0.4-0.6份,Mo0.2-0.4份,S*0.02份,P*0.04份,Mg*0.08份，Re*0.04份，其余为铁和杂质。这种球磨铸铁是应用特殊球化处理方式获取纯铁素体基体球墨铸铁的同时，对其纯铁素体基体进行合理的合金强化，并通过特定的热处理工艺消除结晶过程内部应力、改善基体组织形态。依据此发明申请所述方法所得到的球墨铸铁的抗拉强度≥540MPa，延伸率≥13％，虽然延伸率很高，但是抗拉强度不够，这显然没有达到QT700-2的国家标准。

因此，研发出一种有效可行、经济实用的高强度高研展性的球墨铸铁的制造工艺以期达到QT700-2甚至QT700-6的国家标准是亟待解决的技术问题，而这种高强度高研展性的球墨铸铁的制造工艺及采用此工艺制造的产品将具有不错的市场价值。

发明内容

针对现有技术中存在的种种不足，申请人旨在提供了一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法及其产品和应用。

第一方面，本发明提供了一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，其中加入了铣铁、废钢、回炉料进行熔炼；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤；

(4)铁水出炉步骤；

其特征在于，所述步骤(1)中还加入了预处理剂进行混合熔炼，所述步骤(3)还包括向浇注桶中加入了速熔增碳剂。

优选地，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂，所述步骤(3)包括向浇注桶中加入步骤(3)中所得铁水的质量0.4％-0.8％的速熔增碳剂。值得说明的是，在熔解炉中追加0.5％的预处理剂，目的在于增多球墨数量，细化球墨大小来提高和稳定强度及延伸率；而在浇注桶中追加0.4％-0.8％的速熔增碳剂来提高整炉产品性能的一致性，降低首末模因碳含量的变化而导致的差异。

进一步优选地，所述预处理剂的成分包括质量分数为(60～78)％的Si和质量分数为(20～36)％非平衡石墨C，其余成分为Ca和ALs。

更进一步优选地，所述预处理剂的成分包括质量分数为(64～72)％的Si和质量分数为(25～33)％非平衡石墨C，其余成分为Ca和ALs。

进一步优选地，所述速熔增碳剂的颗粒直径为0.2-0.7mm。

进一步优选地，所述步骤(1)中采用中频电炉进行熔炼。

进一步优选地，所述步骤(1)中的加料顺序为：铣铁→废钢→预处理剂→回炉料。

第二方面，本发明还提供了一种使用上述任一种方法制备所得到的一种高强度高延展性的球墨铸铁，所述球墨铸铁的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥6％。

优选地，所述球墨铸铁的抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥8％。

第三方面，本发明还提供了一种第二方面所述的高强度高延展性的球墨铸铁在车轮支架制造上的应用。

采用本发明所述的球墨铸铁制造方法，能够得到高强度高延展性的球墨铸铁，该产品的机械性能不但达标QT700-2，而且上升到QT700-6的标准，即抗拉强度达到700MPa以上，屈服强度达到450MPa以上，而延伸率则高达6％以上；甚至能够达抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥8％的水平。由此可见，所得球墨铸铁的性能能够得到很好的保障，而该球墨铸铁在车轮支架制造等领域的应用的安全性也得到了提高。

此外，本发明所述的球墨铸铁的制造方法，其制造工艺有效可行、经济实用，具有很好的应用前景与市场潜力。

附图说明

图1为不加预处理剂的球墨铸铁的检测金相图片，其中黑点代表石墨数量及大小；

图2为加了预处理剂的球墨铸铁的检测金相图片，其中黑点代表石墨数量及大小；

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。

第一方面，本发明提供了一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，其中加入了铣铁、废钢、回炉料进行熔炼；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤；

(4)铁水出炉步骤；

其特征在于，所述步骤(1)中还加入了预处理剂进行混合熔炼，所述步骤(3)还包括向浇注桶中加入了速熔增碳剂。

在一个优选实施例中，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂，所述步骤(3)包括向浇注桶中加入步骤(3)中所得铁水的质量0.4％-0.8％的速熔增碳剂。

在一个进一步优选的实施例中，所述预处理剂的成分包括质量分数为(60～78)％的Si和质量分数为(20～36)％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL。

在一个更进一步优选的实施例中，所述预处理剂的成分包括质量分数为(64～72)％的Si和质量分数为(25～33)％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL。

在一个进一步优选的实施例中，所述速熔增碳剂的颗粒直径为0.2-0.7mm。

在一个进一步优选的实施例中，所述步骤(1)中采用中频电炉进行熔炼。

在一个进一步优选的实施例中，所述步骤(1)中的加料顺序为：铣铁→废钢→预处理剂→回炉料。

第二方面，本发明还提供了一种使用上述任一种方法制备所得到的一种高强度高延展性的球墨铸铁，所述球墨铸铁的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥6％。

在一个优选实施例中，所述球墨铸铁的抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥8％。

第三方面，本发明还提供了一种第二方面所述的高强度高延展性的球墨铸铁在车轮支架制造上的应用。

对比例

一种球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，没有加预处理剂；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤，其中向浇注桶中加入了速熔增碳剂；

(4)铁水出炉步骤；

以上所采用的现有技术中常用的步骤(1)-(4)为本领域技术人员所熟知，各步具体内容在此略去。

实施例1

一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，其中按顺序依次加入了铣铁→废钢→预处理剂→回炉料进行熔炼；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤，其中向浇注桶中加入了速熔增碳剂；

(4)铁水出炉步骤；

其中，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂，所述步骤(3)包括向浇注桶中加入步骤(3)中所得铁水的质量0.4％的速熔增碳剂。

所述预处理剂的成分包括质量分数为65％的Si和质量分数为28％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL，而所加入的速熔增碳剂的颗粒直径为0.2-0.7mm。

实施例2

一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，其中按顺序依次加入了铣铁→废钢→预处理剂→回炉料进行熔炼；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤，其中向浇注桶中加入了速熔增碳剂；

(4)铁水出炉步骤；

其中，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂，所述步骤(3)包括向浇注桶中加入步骤(3)中所得铁水的质量0.7％的速熔增碳剂。

所述预处理剂的成分包括质量分数为70％的Si和质量分数为25％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL，而所加入的速熔增碳剂的颗粒直径为0.2-0.7mm。

产品检测1

依据GB1348规定，QT700-2所要求的抗拉强度达到700MPa以上，屈服强度达到420MPa以上，延伸率达到2％以上；对采用实施例1、实施例2以及对比例所述方法而得到的球墨铸铁产品进行检测，所得结果如下表1：

表1

对比上述检测数据，可见，应用本发明所述的球墨铸铁的制造工艺后抗拉强度、屈服强度、延伸率都要明显优于对比例。虽然经过现有技术范围内已知的工艺改进，对比例能够达到QT700-2标准，然而，实施例1和2所制造的球墨铸铁已经远高于QT700-2标准，达到了QT700-6的标准，从而实现了球墨铸铁在拥有高强度性能的同时，还能兼具高延展性。

实施例3

一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，其中按顺序依次加入了铣铁→废钢→预处理剂→回炉料进行熔炼；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤，没有加速熔增碳剂；

(4)铁水出炉步骤；

其中，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂。

所述预处理剂的成分包括质量分数为64％的Si和质量分数为33％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL。

产品检测2

将采用对比例和实施例3所得的球墨铸铁产品进行金相检测，以观察其中石墨的数量及大小。如附图所示，其中黑点代表石墨数量及大小，图1为对比例检测结果，其为不加预处理剂的球墨铸铁的检测金相图片；图2为实施例3检测结果，其为加了预处理剂的球墨铸铁的检测金相图片。比较图1和图2可见，图1中单位面积里的石墨数小于图2中的石墨数，而图1中的石墨颗粒的平均大小要大于图2中的石墨颗粒的平均大小。因此，可知实施例3所得的球墨铸铁的石墨数多于不加预处理剂的对比例所得的球墨铸铁的石墨数，并且实施例3所得的球墨铸铁的石墨颗粒的平均大小要更小。

实施例4

一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，没有加入预处理剂；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤，其中向浇注桶中加入了速熔增碳剂；

(4)铁水出炉步骤；

其中，所述步骤(3)包括向浇注桶中各自分别加入步骤(3)中所得铁水的质量0.8％的速熔增碳剂，其颗粒直径为0.2-0.7mm。

产品检测3

下表为采用对比例所述的方法，在不同轮次的同一炉的首末模实体碳的变化量(不加速熔增碳剂，其中数据为占最终产品的质量的百分比％)：

表2

下表为采用实施例4所述的方法，在不同轮次的同一炉的首末模实体碳的变化量(加速熔增碳剂，其中数据为占最终产品的质量的百分比％)：

表3

从上面的表2和表3可以看出：加入速熔增碳剂后，同一炉首末模实体碳的变化要远小于不加速熔增碳剂的情况。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼步骤，其中加入了铣铁、废钢、回炉料进行熔炼；

(2)调质步骤；

(3)浇注步骤；

(4)铁水出炉步骤；

其特征在于，所述步骤(1)中还加入了预处理剂进行混合熔炼，所述步骤(3)还包括向浇注桶中加入了速熔增碳剂。

2.根据权利要求1所述的高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)包括在熔解炉中加入步骤(1)中所得铁水的质量0.5％的预处理剂，所述步骤(3)包括向浇注桶中加入步骤(3)中所得铁水的质量0.4％‐0.8％的速熔增碳剂。

3.根据权利要求2所述的高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述预处理剂的成分包括质量分数为(60～78)％的Si和质量分数为(20～36)％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL。

4.根据权利要求3所述的高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述预处理剂的成分包括质量分数为(64～72)％的Si和质量分数为(25～33)％非平衡石墨C，其余成分为Ca和AL。

5.根据权利要求2所述的高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述速熔增碳剂的颗粒直径为0.2‐0.7mm。

6.根据权利要求2所述的高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用中频电炉进行熔炼。

7.根据权利要求2所述的高强度高延展性的球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中的加料顺序为：铣铁→废钢→预处理剂→回炉料。

8.使用如权利要求1‐7中任一项所述的方法制造的球墨铸铁，其特征在于，所述球墨铸铁的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥6％。

9.根据权利要求8所述的球墨铸铁，其特征在于，所述球墨铸铁的抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥8％。

10.根据权利要求8或9所述的球墨铸铁在车轮支架制造上的应用。