CN105779858B - 铸态高强度球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

铸态高强度球墨铸铁及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种如上述的铸态高强度球墨铸铁及其制备方法，包括：1)将废钢、回炉料在1050‑1150℃下进行预热；2)将预热后的原料在1500‑1550℃下熔融以制得铁水；3)将稀土球化剂、孕育剂加入至铁水中并搅拌以制得孕育铁水；4)将随流孕育剂加入至孕育铁水中并浇铸以制得铸态高强度球墨铸铁；其中，稀土球化剂含有稀土元素、镁、钙、钡、硅、铁以及杂质元素；孕育剂含有硅、铝、钡、碳以及杂质元素；随流孕育剂含有硅、铝、铋、碳以及杂质元素。通过该方法制得的球墨铸铁具有硬度、拉伸强度和抗冲击性。

Description

铸态高强度球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁，具体地，涉及铸态高强度球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
球墨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。球墨铸铁是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。
目前，本领域使用量最大的球墨铸铁为符合国际通标准EN GJS/UNE-EN 1563的牌号700-2的球墨铸铁，但是该球墨铸铁的强度往往难以实际需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸态高强度球墨铸铁及其制备方法，通过该方法制得的球墨铸铁具有硬度、拉伸强度和抗冲击性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种铸态高强度球墨铸铁，含有C、Si、S、P、Mn、Cu、Sn、Mg、Cr、B、Ni、Fe以及杂质元素；其中，以铸态高强度球墨铸铁的总重量为基准，C的含量为3.60-3.70重量％，Si的含量为2.15-2.35重量％，S的含量不大于0.015重量％，P的含量不大于0.025重量％，Mn的含量为0.35-0.45重量％，Cu的含量为1.30-1.50重量％，Sn的含量为0.020-0.030重量％，Mg的含量为0.035-0.045重量％，Cr的含量不大于0.025重量％，B的含量不大于0.0008重量％，Ni的含量不大于0.025重量％，余量为Fe以及杂质元素。
本发明还提供了一种如上述的铸态高强度球墨铸铁的制备方法，包括：
1)将废钢、回炉料在1050-1150℃下进行预热；
2)将预热后的原料在1500-1550℃下熔融以制得铁水；
3)将稀土球化剂、孕育剂加入至铁水中并搅拌以制得孕育铁水；
4)将随流孕育剂加入至孕育铁水中并浇铸以制得铸态高强度球墨铸铁；
其中，稀土球化剂含有稀土元素、镁、钙、钡、硅、铁以及杂质元素；孕育剂含有硅、铝、钡、碳以及杂质元素；随流孕育剂含有硅、铝、铋、碳以及杂质元素。
通过上述技术方案，本发明通过上述的制备方法中各个步骤之间的协同作用，使得制得的球墨铸铁具有硬度、拉伸强度和抗冲击性。
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。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是检测例3中A1的球化率的检测结果图；
图2是检测例3中A1的铁素体的检测结果图；
图3是检测例4中RT强度的检测结果图。
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。
本发明提供了一种铸态高强度球墨铸铁，含有C、Si、S、P、Mn、Cu、Sn、Mg、Cr、B、Ni、Fe以及杂质元素；其中，以铸态高强度球墨铸铁的总重量为基准，C的含量为3.60-3.70重量％，Si的含量为2.15-2.35重量％，S的含量不大于0.015重量％，P的含量不大于0.025重量％，Mn的含量为0.35-0.45重量％，Cu的含量为1.30-1.50重量％，Sn的含量为0.020-0.030重量％，Mg的含量为0.035-0.045重量％，Cr的含量不大于0.025重量％，B的含量不大于0.0008重量％，Ni的含量不大于0.025重量％，余量为Fe以及杂质元素。
在上述球墨铸铁中，为了进一步提高球墨铸铁的硬度、拉伸强度和抗冲击性，优选地，在铸态高强度球墨铸铁中，球化率≥90％，石墨球数大于200个/mm2，铁素体的含量≤1％，自由渗碳体的含量为0。
本发明还提供了一种如上述的铸态高强度球墨铸铁的制备方法，包括：
1)将废钢、回炉料在1050-1150℃下进行预热；
2)将预热后的原料在1500-1550℃下熔融以制得铁水；
3)将稀土球化剂、孕育剂加入至铁水中并搅拌以制得孕育铁水；
4)将随流孕育剂加入至孕育铁水中并浇铸以制得铸态高强度球墨铸铁；
其中，稀土球化剂含有稀土元素、镁、钙、钡、硅、铁以及杂质元素；孕育剂含有硅、铝、钡、碳以及杂质元素；随流孕育剂含有硅、铝、铋、碳以及杂质元素。
在上述制备方法中，稀土球化剂、孕育剂以及随流孕育剂的具体组分可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的球墨铸铁的硬度、拉伸强度和抗冲击性，优选地，以稀土球化剂的总重量为基准，稀土元素的含量为0.5-3重量％，镁的含量为5-10重量％，钙的含量为1-4重量％，钡的含量为1-4重量％，硅的含量为40-48重量％，余量为铁以及杂质元素；以孕育剂的总重量为基准，硅的含量为70-80重量％，铝的含量为0.5-1.5重量％，钡的含量为2.2-2.8重量％，余量为碳以及杂质元素；以随流孕育剂的总重量为基准，硅的含量为70-80重量％，铝的含量为0.5-1.5重量％，铋的含量为3.2-3.8重量％，余量为碳以及杂质元素。
在上述制备方法中，稀土元素的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的球墨铸铁的硬度、拉伸强度和抗冲击性，优选地，稀土元素选自镧、铈和钇中的一种或多种。
在上述制备方法中，原料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的球墨铸铁的硬度、拉伸强度和抗冲击性，优选地，在步骤1)中，相对于100重量份的废钢，回炉料的用量为75-85重量份；在步骤3)中，相对于100重量份的铁水，稀土球化剂的用量为0.5-1.5重量份，孕育剂的用量为0.1-0.15重量份；在步骤4)中，相对于100重量份的孕育铁水，随流孕育剂的用量为0.12-0.18重量份。
在上述制备方法中，预热和熔融时间可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的球墨铸铁的硬度、拉伸强度和抗冲击性，优选地，在步骤1)中，预热的时间为0.2-0.4h；在步骤2)中，熔融的时间为0.5-1h。
在上述内容的基础上，为了通过控制冷却时间细化晶粒，减少石墨球的尺寸，增加珠光体的含量，并减少珠光体的片间距，从而提高铸件的强度，优选地，在步骤4)之后，制备方法还包括冷却，冷却的时间低于75min。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1)将废钢、回炉料按照100：80的重量比混合后在1100℃下进行预热0.3h；
2)将预热后的原料在1530℃下熔融1h以制得铁水；
3)将稀土球化剂(含有2重量％的镧、8重量％的镁、3重量％的钙、2重量％的钡、45重量％的硅，余量为铁以及杂质元素)、孕育剂(含有75重量％的硅、1重量％的铝、2.6重量％的钡，余量为碳以及杂质元素)加入至铁水中并搅拌以制得孕育铁水，其中，稀土球化剂的添加量为1重量％，孕育剂的添加量为0.1重量％；
4)将随流孕育剂(含有75重量％的硅、1重量％的铝、3.5重量％的铋，余量为碳以及杂质元素)加入至孕育铁水中并浇铸、冷却(冷却时间为65min)以制得铸态高强度球墨铸铁曲轴A1，其中，随流孕育剂的添加量为0.12-0.18重量％。
实施例2
1)将废钢、回炉料按照100：75的重量比混合后在1050℃下进行预热2h；
2)将预热后的原料在1500℃下熔融1h以制得铁水；
3)将稀土球化剂(含有0.5重量％的铈、5重量％的镁、1重量％的钙、1重量％的钡、40重量％的硅，余量为铁以及杂质元素)、孕育剂(含有70重量％的硅、0.5重量％的铝、2.2重量％的钡，余量为碳以及杂质元素)加入至铁水中并搅拌以制得孕育铁水，其中，稀土球化剂的添加量为0.5重量％，孕育剂的添加量为0.15重量％；
4)将随流孕育剂(含有70重量％的硅、0.5重量％的铝、3.2重量％的铋，余量为碳以及杂质元素)加入至孕育铁水中并浇铸、冷却(冷却时间为70min)以制得铸态高强度球墨铸铁曲轴A2，其中，随流孕育剂的添加量为0.12重量％。
实施例3
1)将废钢、回炉料按照100：85的重量比混合后在1150℃下进行预热0.2h；
2)将预热后的原料在1550℃下熔融1.2h以制得铁水；
3)将稀土球化剂(含有3重量％的钇、10重量％的镁、4重量％的钙、4重量％的钡、48重量％的硅，余量为铁以及杂质元素)、孕育剂(含有80重量％的硅、1.5重量％的铝、2.8重量％的钡，余量为碳以及杂质元素)加入至铁水中并搅拌以制得孕育铁水，其中，稀土球化剂的添加量为1.5重量％，孕育剂的添加量为0.13重量％；
4)将随流孕育剂(含有80重量％的硅、1.5重量％的铝、3.8重量％的铋，余量为碳以及杂质元素)加入至孕育铁水中并浇铸、冷却(冷却时间为75min)以制得铸态高强度球墨铸铁曲轴A3，其中，随流孕育剂的添加量为0.12-0.18重量％。
实施例4
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴A4，不同的是，步骤4)中的冷却时间为60min。
实施例5
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴A5，不同的是，步骤4)中的冷却时间为63min。
实施例6
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴A6，不同的是，步骤4)中的冷却时间为67min。
实施例7
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴A7，不同的是，步骤4)中的冷却时间为70min。
实施例8
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴A8，不同的是，步骤4)中的冷却时间为73min。
实施例9
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴A9，不同的是，步骤4)中的冷却时间为69min。
对比例1
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B1，不同的是，步骤4)中的冷却时间为85min。
对比例2
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B3，不同的是，步骤4)中的冷却时间为90min。
对比例3
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B3，不同的是，步骤4)中的冷却时间为93min。
对比例4
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B4，不同的是，步骤4)中的冷却时间为95min。
对比例5
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B5，不同的是，步骤4)中的冷却时间为97min。
对比例6
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B6，不同的是，步骤4)中的冷却时间为99min。
对比例7
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B7，不同的是，步骤4)中的冷却时间为102min。
对比例8
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴B8，不同的是，步骤4)中的冷却时间为105min。
检测例1
对上述的A1-A9进行元素分析，统计结果见表1。
表1
检测例2
在A1-A3中各抽取三个样品进行硬度以及拉伸强度的检测(参照ISO 6892-1 2009中的检测方法)，具体结果见表2。
表2
检测例3
在A1-A3中各抽取三个样品进行冲击功(参照ISO 148-1 2009中的检测方法)以及金相的检测(参照ISO 9441-2009中的检测方法)，具体结果见表3。
表3
其中，图1是A1的球化率的检测结果图，图2是A1的铁素体的检测结果图；由图1知，球化率≥92％，石墨大小6-8级，石墨球数232个/mm2；由图2可知，铁素体≤1％，无渗碳体和磷共晶。
检测例4
按照实施例1的方法进行制得球墨铸铁曲轴，不同的是改变冷却时间，然后进行RT强度的检测，具体结果见图3，由图3可知，设置冷却时间，降低冷却时间能细化晶粒，减少石墨球的尺寸，增加珠光体的含量，并减少珠光体的片间距，从而提高铸件的强度。
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 (5)

1.一种铸态高强度球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括：
1)将废钢、回炉料在1050-1150℃下进行预热；
2)将预热后的原料在1500-1550℃下熔融以制得铁水；
3)将稀土球化剂、孕育剂加入至所述铁水中并搅拌以制得孕育铁水；
4)将随流孕育剂加入至所述孕育铁水中并浇铸以制得所述铸态高强度球墨铸铁；
其中，所述稀土球化剂含有稀土元素、镁、钙、钡、硅、铁以及杂质元素；所述孕育剂含有硅、铝、钡、碳以及杂质元素；所述随流孕育剂含有硅、铝、铋、碳以及杂质元素；以所述稀土球化剂的总重量为基准，所述稀土元素的含量为0.5-3重量％，所述镁的含量为5-10重量％，所述钙的含量为1-4重量％，所述钡的含量为1-4重量％，所述硅的含量为40-48重量％，余量为铁以及杂质元素；以所述孕育剂的总重量为基准，所述硅的含量为70-80重量％，所述铝的含量为0.5-1.5重量％，所述钡的含量为2.2-2.8重量％，余量为碳以及杂质元素；以所述随流孕育剂的总重量为基准，所述硅的含量为70-80重量％，所述铝的含量为0.5-1.5重量％，所述铋的含量为3.2-3.8重量％，余量为碳以及杂质元素；
所述铸态高强度球墨铸铁，含有C、Si、S、P、Mn、Cu、Sn、Mg、Cr、B、Ni、Fe以及杂质元素；其中，以所述铸态高强度球墨铸铁的总重量为基准，所述C的含量为3.60-3.70重量％，所述Si的含量为2.15-2.35重量％，所述S的含量不大于0.015重量％，所述P的含量不大于0.025重量％，所述Mn的含量为0.35-0.45重量％，所述Cu的含量为1.30-1.50重量％，所述Sn的含量为0.020-0.030重量％，所述Mg的含量为0.035-0.045重量％，所述Cr的含量不大于0.025重量％，所述B的含量不大于0.0008重量％，所述Ni的含量不大于0.025重量％，余量为所述Fe以及杂质元素；在铸态高强度球墨铸铁中，球化率≥90％，石墨球数大于200个/mm2，铁素体的含量≤1％，自由渗碳体的含量为0。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述稀土元素选自镧、铈和钇中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤1)中，相对于100重量份的所述废钢，所述回炉料的用量为75-85重量份；
在步骤3)中，相对于100重量份的所述铁水，所述稀土球化剂的用量为0.5-1.5重量份，所述孕育剂的用量为0.1-0.15重量份；
在步骤4)中，相对于100重量份的所述孕育铁水，所述随流孕育剂的用量为0.12-0.18重量份。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述预热的时间为0.2-0.4h；
在步骤2)中，所述熔融的时间为0.5-1h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其中，在步骤4)之后，所述制备方法还包括冷却，所述冷却的时间低于75min。
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