CN108085580A - 一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法 - Google Patents

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CN108085580A CN201711496816.8A CN201711496816A CN108085580A CN 108085580 A CN108085580 A CN 108085580A CN 201711496816 A CN201711496816 A CN 201711496816A CN 108085580 A CN108085580 A CN 108085580A
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刘清良
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Abstract

本发明属于铸造技术和新材料领域，涉及一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法；所述铸态球墨铸铁的抗拉强度不低于800MPa，延伸率不低于5％，故定义为QT800‑5；所述铸态球墨铸铁QT800‑5包括C、Si、P、Mn、Cr、Sn、Cu、S、Mg、RE、其他微量元素以及余量的Fe；其生产方法则是通过原料精配，成份优化，熔炼、球化、孕育技术的创新与管理水平提升生产的该材料，抗拉强度和延伸率得到了双向提高。本发明不需要热处理，不加入Ni、Mo等贵金属，在铸态下可满足抗拉强度Rm≥800MPa、延伸率A≥5％的要求。与GB1348标准牌号QT800‑2相比，相同抗拉强度下最低延伸率提高了150％；与QT550‑5相比相同延伸率下最低抗拉强度提高了45％。适用于对力学性能要求较高的汽车、工程机械等球墨铸铁件。

Description

一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法
技术领域
本发明属于铸造技术和新材料领域，涉及一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法。
背景技术
球墨铸铁特别是高强度高韧性球墨铸铁在工程机械、汽车零件领域中的应用越来越广泛，很多铸钢件产品逐渐由高强韧球墨铸铁所替代。对于一些汽车安全件如桥壳、转向节、行星轮壳、差壳、轮毂、法兰轴等，是主要的承载受力件，要求零件具有较高的强度，同时具有较好的延伸性。
球墨铸铁的性能特征一般是：抗拉强度较高时，则延伸率较低；反之抗拉强度较低时，则延伸率较高。如GB1348规定的最低牌号QT350-22,其最低抗拉强度350MPa，最低延伸率22％；而QT700-2,最低抗拉强度700MPa，最低延伸率只有2％；再高的牌号QT800-2,其铸态性能已经不易达到；更高的牌号则是通过热处理获得的。
发明内容
本发明针对上述的问题，提供了一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁及其生产方法。
一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁，所述铸态球墨铸铁的抗拉强度不低于800MPa，延伸率不低于5％，故定义为QT800-5；所述铸态球墨铸铁QT800-5具体包括以下组分：
且满足CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，
AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.7％-2.2％；
所述其他微量元素为Ti、Pb、Te、Bi、Sb、As、Al，其总和≤0.07％。
一种生产高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，具体包括以下步骤：
第一部分，材料的选取
1)炉料选取高纯生铁、中-低碳废钢以及相同材质回炉料；
2)要求外购原材料干净无锈，回炉料进行抛光清理；
3)熔炼用增碳剂为经高温石墨化处理的优质晶体增碳剂；
第二部分，电炉熔炼
4)将上述高纯生铁、废钢及回炉料加入到电炉内熔炼，熔炼温度为1530℃～1550℃；
5)根据原铁液成分的规定范围，对电炉内的铁液进行各组分含量调整；
6)1520℃～1530℃下高温静置8～10分钟，扒清渣；
第三部分，球化、一次孕育、调整Sn至终含量
7)球化剂、孕育剂、小钢片的选取，所述球化剂采用Mg6RE1，所述孕育剂采用Si-Ba孕育剂，所述小钢片采用无锈低碳钢；
8)对电炉内调整后的铁液进行球化处理，所述球化处理的方法采用盖包法。采用堤坝式球化包，堤坝高于加料面30mm～50mm；包盖与包顶盖严密实，包体深径比为1.5～2；
8.1)球化包使用前清理残渣余铁，烘干并预热至橙黄色，其温度≥800℃。
8.2)球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干，加料在以堤坝相隔的铁液注入侧的对侧：按球化剂+孕育剂+小钢片顺序逐层加料、扒平、捣实；
8.3)将锡片加入球化包内小钢片的上面；
8.4)将上述静置扒渣后的纯净的铁液在1510℃±10℃下对准球化包盖的注入孔出铁球化；
8.5)扒渣，球化完成后扒渣干净，至少扒渣三次；
第四部分，二次孕育，即倒包孕育
9)孕育剂的选取，所述孕育剂为Si-Ba孕育剂；
10)将孕育剂置于浇注包底后，将上述球化完成扒渣后的纯净铁液由球化包倒入浇注包内；
第五部分，浇注，三次孕育
11)经过球化和二次孕育的铁液，再一次扒渣后以一定的浇注温度浇注到铸型中，同时进行三次孕育，即随流瞬时孕育；所述浇注温度为1360℃～
1420℃，其浇注温度的选取主要取决于铸件壁厚；
12)在每球化包浇注后期浇注光谱试块；
13)在每球化包浇注后期浇注Y型25mm厚度标准试块；
14)从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟；
第六部分，落砂
15)浇注后随型冷却至700℃以下落砂。
作为优选，所述第一部分中高纯生铁的化学成分为：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～0.7％，w(Mn)0.05％～0.15％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti)≤0.02％。
作为优选，所述第一部分中废钢的化学成分为：w(C)≤0.5％，w(Si)≤0.4％，w(Mn)≤0.5％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Cr)≤0.1％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.1％。
作为优选，所述第一部分中熔炼增碳剂的化学成分为：w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm。
作为优选，所述第二部分中原铁液成分调整为：w(C)3.75％～4.05％，w(Si)1.0％～1.6％，P≤0.04％，且满足CE＝C+1/3(Si+P)＝4.22％～4.52％；w(Mn)0.3％～0.5％，w(Cu)0.4％～0.6％，w(Cr)≤0.05％，w(Sn原铁液)≤0.014％；且满足AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.7％～2.2％，式中Sn按最终含量；w(S)≤0.02％；其余微量元素总和≤0.1％。
作为优选，所述球化剂的化学成分为：w(Mg)5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca)1.5％-3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％,Fe余量；粒度5～30mm；加入量为处理铁液重量的1.1％～1.3％。
作为优选，所述一次孕育中孕育剂的化学成分为：w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1.5～3mm；加入量0.3％～0.5％。
作为优选，所述小钢片的加入量为处理铁液重量的1.2％～1.3％。
作为优选，所述锡片加入量为满足最终目标值w(Sn)％±0.0005％的补足量。
作为优选，所述球化处理方法的球化处理温度为1510±10℃。
作为优选，所述二次孕育中孕育剂的化学成分：w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1～2mm；加入量0.1％～0.3％。
作为优选，所述三次孕育中孕育剂采用Si-Bi合金孕育剂，其化学成分为：w(Si)68～75％，w(Bi)0.8～1.2％,w(Ca)＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.08％～0.15％。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
一、提升了球化率及球状石墨的数量
(1)使用高纯生铁，提高了原材料纯净度，减少了S及其它反球化元素含量，保证球化良好的同时降低了球化剂的加入量及铸件中Mg残含量，减小了白口倾向；
(2)改进球化剂的覆盖，按球化剂+孕育剂+小钢片顺序加料，每层使用平头锤扒平、捣实，且上面覆盖层由铁屑改用小钢片，提高了覆盖层熔点以延迟球化反应时间，使球化反应保证在有一定铁液压头的情况下进行，减少了Mg的氧化烧损，Mg的吸收率达70％以上，最终Mg残保持在0.02％～0.04％之间，充分发挥了Mg的球化作用。
(3)降低RE含量；稀土(RE)有抵消反球化元素对石墨球化不利影响的作用，同时稀土元素(主要是Ce)易促进石墨形成团状和团片状，RE含量过多影响石墨球的圆整度，所以要进一步提高球状石墨的数量，RE含量应适当低些。为使团状石墨不超过20％，球化剂中的RE含量选择在0.5％～1.5％之间。由于使用高纯生铁，其中反球化微量元素含量较低，从而可以降低球化剂中RE含量。
(4)为提高镁的吸收率，在电炉生产条件下确定球化剂的镁含量为6％左右。
(5)为提高球化剂中有效镁的含量改善球化效果，根据相关资料规定球化剂中MgO的含量不超过其镁含量的1/10。
综合以上因素，最终确定球化剂Mg6RE1，其成分为w(Mg)5.5％～6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％,w(Ca)1.5％～3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％。
(6)球化处理后及时扒渣，减少了“回硫”现象。
(7)从球化处理完成到浇注完毕不超过8分钟。
通过精细配料与严格工艺操作，球化率提高到2级以上，团状石墨低于20％；
二、提高了铁液的纯净度
(1)使用干净的原料从源头上减少了夹杂，对炉料的化学成分、物理状态制定严格的控制标准。
(2)高温静置处理使铁液在此时进行“自脱氧”反应，使铁液氧化及氧化夹渣倾向大幅减少，成为高温低氧化的优质铁液。
(3)由于Mg的吸收率的提高、球化剂中有效Mg含量的提高、高纯生铁中反球化元素含量的减少，从而降低了球化剂的加入量，减少了造渣量。
(4)加强盖包密实，使球化处理在相对封闭的包内进行，与外界空气减少了接触，减少了氧化夹渣。
(5)球化前原铁液扒清渣，球化完成后充分扒渣。
三、加强孕育效果。
通过球化包底Si-Ba孕育+倒包Si-Ba孕育+随流Si-Bi三次孕育，有效防止了孕育衰退；Si-Ba合金孕育剂延长了衰退时间，特别是随流孕育采用Si-Bi合金孕育剂使石墨球数大幅提高，提高了凝固品质，使球铁的综合性能相应提高并将少了缩孔、缩松及白口倾向。
四、成份优化，包括合理的化学成分及基体组织。
根据各化学元素对铸件组织及性能的影响，经过多次研制，确定了铸件合理的化学成分及生产方案，提出了合金元素AF值控制方法及根据壁厚及浇注温度确定的CE值窄范围控制方法；保证了表1中QT800-5的基体组织，从而保证了表2中相应的力学性能；化学成分方案见下面技术方案的阐述。
五、原材料优化
对原材料进行优选和创新，选择合金型Si-Bi复合孕育剂随流孕育、与材料厂合作研制球化剂Mg6RE1成分；对原材料成分优化调整，制定验收标准；炉料纯净化处理，干净无锈；使用高温石墨化处理的晶体型增碳剂调整C含量等措施。
六、节拍生产
以上所述的生产方法，还必须贯以严谨的管理，节拍生产，落砂温度一致，保证从球化完成到浇注结束时间不超过8分钟，球化反应时间2分钟左右，为便于生产实际控制，从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。
以上措施，使铸件综合指标得到了较大提高：球化率≥90％，团状石墨不超过20％；铸态下即可满足Rm≥800MPa、A≥5％，超过了我国现行标准，代表了当代国际先进水平；依据Y形Ⅱ型单铸试块上切取的的标准拉伸试样测得的力学性能，并根据GB/T1348关于单铸试样测得的力学性能定义牌号等级的方法将其定义为QT800-5。
本发明的力学性能是由铸态获得的，生产中不加入Ni、Mo等贵金属，铸件不用进行热处理，所以成本较低。由于其具有高强度、高韧性，因而适用于对力学性能要求较高的环境。
本方法生产的铸件无碳化钛等硬质点，组织均匀，缩小了硬度偏差范围，提高了铸件的切削性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为方案1拉伸试验应力应变曲线图；
图2为方案2拉伸试验应力应变曲线图；
图3为方案3拉伸试验应力应变曲线图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合图纸和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
本发明提供了一种高强度高韧性铸态QT800-5及其生产方法。与现有技术生产的球铁相比具有较高的强度和伸长率，不需要热处理，生产中不加入Ni、Mo等贵金属，铸态下抗拉强度Rm≥800MPa、延伸率A≥5％，与标准牌号QT800-2相比，相同抗拉强度下最低延伸率提高了150％；与标准牌号QT550-5相比，相同延伸率下最低抗拉强度提高了45.5％；适用于对力学性能要求较高的工程机械、汽车等球墨铸铁件。
根据测得的力学性能，按照GB/T1348定义球铁牌号的方法，将其定义为QT800-5。表1为QT800-5金相特征；表2为QT800-5及相关材质的力学特征。
表1 QT800-5金相要求
球化率 石墨球大小 团状石墨 磷共晶 渗碳体 珠光体
≥90％ 7～8级 ≤20％ 无 ≤1％ 60～85％
表2 QT800-5及相关材质的力学性能
力学性能的提高是因为生产过程和方法改良了铸件的铸态组织。
在对实施例进行说明之前，首先简述一下本发明中提供的方法。
本发明所采用的技术方案如下：
1化学成分要求
1.1碳当量CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，其中w(C)3.5％～3.8％，w(Si)2.0％～2.6％，w(P)≤0.04％。
1.2合金元素含量AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.7％～2.2％，其中w(Mn)0.3％～0.5％，w(Cr)≤0.05％，w(Sn)0.014％～0.021％,w(Cu)0.4％～0.6％。
1.3w(S)0.006％～0.015％，w(Mg)0.02％～0.04％,w(RE)≤0.025％。
1.4其他微量元素(Ti、Pb、Te、Bi、Sb、As、Al等)总和≤0.1％；
2原材料要求
2.1熔炼用生铁采用高纯生铁，化学成分：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～0.7％，w(Mn)0.05％～0.15％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti)≤0.02％；其他微量元素总和≤0.07％。
2.2熔炼用废钢使用中、低碳钢，化学成分为：w(C)≤0.5％，w(Si)≤0.4％，w(Mn)≤0.5％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Cr)≤0.1％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.1％。
2.3熔炼用回炉料使用相同材质。
2.4生铁、废钢干净无锈，回炉料抛光清理。
2.5熔炼增碳剂为经高温石墨化处理的优质晶体增碳剂，化学成分为：w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm。
3电炉熔炼
3.1熔炼温度1530℃～1550℃。
3.2原铁液成分调整：w(C)3.75％～4.05％，w(Si)1.0％～1.6％，P≤0.04％，且CE＝C+1/3(Si+P)＝4.22％～4.52％(C损降计0.2％、球化孕育增Si计1％，根据情况调整；小钢片覆盖C降计0.05％)；w(Mn)0.3％～0.5％，w(Cu)0.4％～0.6％，w(Cr)≤0.05％，w(Sn原铁液)≤0.014％；且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.7％～2.2％，其中Sn为目标最终含量；w(S)≤0.02％；其余微量元素(Ti、Pb、Te、Bi、Sb、As、Al等)总和≤0.1％。
3.3高温静置8～10分钟，扒清渣。
4球化孕育，并调整Sn至最终含量
对上述成分的铁液进行球化处理，球化包底一次孕育；同时将Sn调整至最终含量。
4.1球化处理方法——盖包法
采用堤坝式球化包，堤坝高于加料面30mm～50mm；包盖与包体顶部盖严密实，包体深径比为1.5～2。
4.2球化包使用前清理残渣余铁，烘干并预热至橙黄色(≥800℃)。
4.3球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干，加料在以堤坝相隔的铁液注入侧的对侧：按球化剂+孕育剂+小钢片顺序逐层加料、扒平、捣实。
4.4球化剂的选用及加入量：球化剂采用Mg6RE1，化学成分：w(Mg)5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca)1.5％-3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％,Fe余量；粒度5～30mm。
加入量为处理铁液重量的1.1％～1.3％。
4.5一次孕育剂的选用及加入量：采用Si-Ba孕育剂，化学成分w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1.5～3mm；加入量0.3％～0.5％。
4.6小钢片覆盖：小钢片采用无锈低碳钢；加入量为处理铁液重量的1.2％～1.3％。
4.7加入锡片，加入量为满足最终目标值w(Sn)％±0.0005％的补足量。
4.8球化处理温度1510±10℃。
4.9扒渣：球化完成后扒渣干净，至少扒渣三次。
5浇注
5.1二次孕育：即倒包孕育，于浇注包底进行，采用Si-Ba孕育剂，化学成分w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1～2mm；加入量0.1％～0.3％。
5.2经过球化和二次孕育的铁液，以一定的浇注温度(1360℃～1420℃，根据铸件壁厚调整)浇注到铸型中。
5.3三次孕育：在浇注过程中进行第三次孕育即随流瞬时孕育。孕育剂采用Si-Bi合金孕育剂；化学成分为：w(Si)68～75％，w(Bi)0.8～1.2％,w(Ca)＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.08％～0.15％。
5.4在每球化包浇注后期浇注光谱试块。
5.5在每球化包浇注后期浇注Y型25mm厚度标准试块。
5.6从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。
6落砂
浇注后随型冷却至700℃以下落砂。
实施例
一种高强韧铸态QT800-5的生产实践
一款差速器壳，主要壁厚12mm，重量5kg，材质QT800-5。
1确定最终化学成分w(％)如下表：
表3
2选择优质原材料
2.1高纯生铁：干净无锈，化学成分w(％)如下表：
表4
C Si Mn P S Ti 其他微量元素
4.2 0.5 0.046 0.018 0.017 0.019 ＜0.07％
2.2废钢：干净无锈，化学成分w(％)如下表：
表5
C Si Mn P S Cr Cu Ni
0.16 0.18 0.45 0.02 0.01 0.1 0.027 0.057
2.3选用回炉铁，化学成分w(％)如下表：
表6
C Si Mn P S Cr Sn Cu Mg RE
3.7 2.3 0.35 0.030 0.011 0.03 0.015 0.5 0.030 0.021
2.4回炉料抛丸清理15分钟；
2.5晶体增碳剂，吸收率≥95％；粒度0.5～5mm，化学成分w(％)如下表：
表7
C S N
99.6 0.03 0.002
3电炉熔炼
3.1熔炼温度1530℃～1550℃；
3.2将电炉内原铁液化学成分w(％)调整为：
表8
以上成分中P、S、Cr含量由原材料及配料控制；C、Si含量根据原铁液调整前C、Si分析值在电炉中加入增碳剂、废钢或硅铁合金来调整；Mn根据调整前光谱分析值及目标值计算其增加量；Cu根据AF目标值、Mn目标值、光谱分析Cr含量及最终Sn目标值计算其增加量，结果满足w(Cu)％±0.02％；每个方案的CE值按表中目标值±0.05％控制。
注1：原铁液成分根据最终化学成分、球化孕育元素增量及元素的过程烧损情况确定；
注2：C损降按2％计，Si损降按硅量的5％计，各元素烧损量根据实际情况调整；小钢片覆盖C降计0.05％；
注3：球化孕育增硅量＝Si球化+Si孕育Ⅰ+Si孕育Ⅱ+Si孕育Ⅲ≈1％，祥见4.4、4.5、5.1、5.3。
3.3高温静置8分钟，扒渣干净。
4.4球化孕育，并调整Sn至最终含量
对上述成分的铁液球化处理、包底一次孕育，包内调整Sn含量，一次处理铁液重量750Kg。
4.1球化处理——盖包法：堤坝式球化包，使用前按技术要求修包合格。
4.2球化包使用前预热≥800℃。
4.3球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干，按球化剂+孕育剂+小钢片顺序逐层加料并用平头锤扒平、捣实；高度应低于堤坝30～50mm。
4.4球化剂的选用及加入量：球化剂采用Mg6RE1，化学成分w(％)
如下表：
表9
Mg RE Si 其他
6 1.1 43 合格
粒度5～30mm。
加入量的计算如下：
根据我们的研究试验和生产实践，使用Mg6RE1球化剂和高纯生铁生产本球墨铸铁时可控制w(Mg残)在0.02％～0.04％之间。因球墨铸铁中的Mg残＞0.04％时，凝固范围急剧加宽，收缩倾向加大，所以在保证球化良好的前提下Mg残应尽量低些。
球化剂的加入量计算公式:
其中：λ为球化剂加入量，S原铁液为球化前原铁液中S含量，S球化后为球化后铁液中S含量，Mg残为铸件中Mg含量，Mg衰减为球化后至浇注结束Mg的衰减量，η为镁的吸收率，Mg含量为球化剂中的Mg含量。
试验得出：脱硫量(S原铁液-S球化后)＜0.01％，则脱硫镁量0.76(S原铁液-S球化后)＜0.0076％；镁每分钟衰减率在0.001％～0.003％之间，取平均值0.002％，球化反应完成至浇注结束时间≤8分钟,则Mg衰减＝0.002％×8＝0.016％；镁的吸收率η≥70％，按70％计算。
由上知：Mg含量＝6％；Mg残按0.03％计算。
则λ＜(0.0076％+0.030％+0.016％)/(70％×6％)，即λ＜1.28％。
结合实际生产经验，球化剂加入量按1.2％，可满足石墨球化的要求。则球化增硅量为：Si球化＝1.20％×43％×95％＝0.49％。
4.5一次孕育剂的选用及加入量：Si-Ba孕育剂，粒度1.5～3mm，化学成分w(％)如下表：
表10
Si Ba
69 5.5
加入量0.5％，则一次孕育增硅量为：Si孕育Ⅰ＝0.5％×69％×95％＝0.328％。
4.6小钢片覆盖：小钢片应干净无锈，否则进行除锈处理。化学成分w(％)如下表：
表11
C Si Mn P S Cr Cu Ni
0.21 0.17 0.3 0.012 0.01 0.055 0.013 0.028
加入量1.2％～1.3％；
4.7加入锡片以调整最终Sn含量。加入量满足最终目标值w(Sn)％±0.0005％。
4.8球化处理温度1510±10℃；出铁重量750±10Kg。
4.9扒渣：球化完成后多次扒渣，每次拔完渣在铁液表面撒一层聚渣剂再扒，连续迅速进行。扒渣至少三次以上，时间不超过2分钟。
5浇注
4.5.1二次孕育：球化包倒入浇注包时进行二次孕育，采用Si-Ba孕育剂，粒度1～2mm；化学成分w(％)如下表：
表12
Si Ba
69 5
加入量按0.15％，则二次孕育增硅量为：Si孕育Ⅱ＝0.15％×69％×95％＝0.098％。
5.2根据铸件壁厚确定浇注温度为1380℃～1420℃，使用自动浇注机以规定的浇注速度浇注到铸型中。
5.3在浇注过程中进行随流瞬时孕育(三次孕育)；采用Si-Bi合金孕育剂，化学成分w(％)如下表：
表13
Si Bi Ca RE Al
72 0.85 1.3 0.83 1.21
粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.12％，则三次孕育增硅量为：
Si孕育Ⅲ＝0.12％×72％×95％＝0.082％。
5.4在每球化包浇注后期浇注光谱试块。
5.5在每球化包浇注后期浇注Y型25mm厚度标准试块。
5.6整包铁液浇注时间：从出铁球化计时，到整包铁液浇注结束不超过10分钟。
6落砂：浇注后冷却至700℃以下落砂。
7检测
7.1化学成分
对光谱试块进行光谱分析。
表14光谱分析结果(微量元素略)
7.2金相组织
表15取自Y型试块的金相检测结果
7.3力学性能、硬度
表15取自Y型试块的力学性能、硬度检测结果
力学性能报告见图1、图2、图3。
结论：由实例方法生产的球墨铸铁，其性能指标达到QT800-5要求。最后对图1-图3进行简单的说明。
图1：
金属室温拉伸试验报告
执行标准GB1348-2009 试样直径14mm
图2：
金属室温拉伸试验报告
执行标准GB1348-2009试样直径14mm
图3：
金属室温拉伸试验报告
执行标准GB1348-2009 试样直径14mm
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (13)

1.一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁，其特征在于，所述铸态球墨铸铁的抗拉强度不低于800MPa，延伸率不低于5％，故定义为QT800-5；所述铸态球墨铸铁QT800-5具体包括以下组分：
且满足CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，
AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.7％-2.2％；
所述其他微量元素为Ti、Pb、Te、Bi、Sb、As、Al，其总和≤0.07％。
2.一种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
第一部分，材料的选取
1)炉料选取高纯生铁、中-低碳废钢以及相同材质回炉料；
2)要求外购原材料干净无锈，回炉料进行抛光清理；
3)熔炼用增碳剂为经高温石墨化处理的优质晶体增碳剂；
第二部分，电炉熔炼
4)将上述高纯生铁、废钢及回炉料加入到电炉内熔炼，熔炼温度为1530℃～1550℃；
5)根据原铁液成分的规定范围，对电炉内的铁液进行各组分含量调整；
6)1520℃～1530℃下高温静置8～10分钟，扒清渣；
第三部分，球化、一次孕育、调整Sn至终含量
7)球化剂、孕育剂、小钢片的选取，所述球化剂采用Mg6RE1，所述孕育剂采用Si-Ba孕育剂，所述小钢片采用无锈低碳钢；
8)对电炉内调整后的铁液进行球化处理，所述球化处理的方法采用盖包法。采用堤坝式球化包，堤坝高于加料面30mm～50mm；包盖与包顶盖严密实，包体深径比为1.5～2；
8.1)球化包使用前清理残渣余铁，烘干并预热至橙黄色，其温度≥800℃。
8.2)球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干，加料在以堤坝相隔的铁液注入侧的对侧：按球化剂+孕育剂+小钢片顺序逐层加料、扒平、捣实；
8.3)将锡片加入球化包内小钢片的上面；
8.4)将上述静置扒渣后的纯净的铁液在1510℃±10℃下对准球化包盖的注入孔出铁球化；
8.5)扒渣，球化完成后扒渣干净，至少扒渣三次；
第四部分，二次孕育，即倒包孕育
9)孕育剂的选取，所述孕育剂为Si-Ba孕育剂；
10)将孕育剂置于浇注包底后，将上述球化完成扒渣后的纯净铁液由球化包倒入浇注包内；
第五部分，浇注，三次孕育
11)经过球化和二次孕育的铁液，再一次扒渣后以一定的浇注温度浇注到铸型中，同时进行三次孕育，即随流瞬时孕育；所述浇注温度为1360℃～1420℃，其浇注温度的选取主要取决于铸件壁厚；
12)在每球化包浇注后期浇注光谱试块；
13)在每球化包浇注后期浇注Y型25mm厚度标准试块；
14)从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟；
第六部分，落砂
15)浇注后随型冷却至700℃以下落砂。
3.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述第一部分中高纯生铁的化学成分为：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～0.7％，w(Mn)0.05％～0.15％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti)≤0.02％。
4.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述第一部分中废钢的化学成分为：w(C)≤0.5％，w(Si)≤0.4％，w(Mn)≤0.5％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Cr)≤0.1％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.1％。
5.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述第一部分中熔炼增碳剂的化学成分为：w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm。
6.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述第二部分中原铁液成分调整为：w(C)3.75％～4.05％，w(Si)1.0％～1.6％，P≤0.04％，且满足CE＝C+1/3(Si+P)＝4.22％～4.52％；w(Mn)0.3％～0.5％，w(Cu)0.4％～0.6％，w(Cr)≤0.05％，w(Sn原铁液)≤0.014％；且满足AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.7％～2.2％，式中Sn按最终含量；w(S)≤0.02％；其余微量元素总和≤0.1％。
7.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述球化剂的化学成分为：w(Mg)5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca)1.5％-3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％,Fe余量；粒度5～30mm；加入量为处理铁液重量的1.1％～1.3％。
8.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述一次孕育中孕育剂的化学成分为：w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1.5～3mm；加入量0.3％～0.5％。
9.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述小钢片的加入量为处理铁液重量的1.2％～1.3％。
10.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述锡片加入量为满足最终目标值w(Sn)％±0.0005％的补足量。
11.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述球化处理方法的球化处理温度为1510±10℃。
12.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述二次孕育中孕育剂的化学成分：w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1～2mm；加入量0.1％～0.3％。
13.根据权利要求2中所述的种生产权利要求1所述的一种高强度、高韧性铸态球墨铸铁的方法，其特征在于，所述三次孕育中孕育剂采用Si-Bi合金孕育剂，其化学成分为：w(Si)68～75％，w(Bi)0.8～1.2％,w(Ca)＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.08％～0.15％。
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