CN108251739A - 一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法，所述球墨铸铁由以下成分制成：C，Si，Mn，S，P，Cu，Cr，Sb，Mg，Re，Fe。制备方法如下：将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等熔炼，调整原铁液成分；加清渣剂，得到纯净原铁液；加球化剂、孕育剂进行球化和孕育处理；加清渣剂，得铁液，加覆盖剂，浇注。本发明通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制，获得圆度更高、数量更多的石墨球，获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织，具有较高强度的同时，具有较高的伸长率。

Description

一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁及其制备方法，尤其涉及一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法，属于球墨铸铁材料技术领域。
背景技术
球墨铸铁因具有强度高、韧性好、价格低廉和铸造工艺性能好等特点，在机械和汽车等领域获得了广泛的应用。随着重型载重汽车吨位的提高和汽车轻量化要求，对零件的疲劳强度要求越来越高，球墨铸铁疲劳强度随抗拉强度的增加而增加，但普通球墨铸铁材料QT700-2、800-2、900-2的疲劳强度都在280-300MPa，已不能满足汽车支架类铸件的使用要求，必须同时提高伸长率，才能进一步提高疲劳强度极限，这就要求铸件材料具有较高的强度，同时具有较高的伸长率。
为提高球墨铸铁的强度和伸长率，中国发明专利CN104233048A公开了一种转向桥用铸态高强高韧球铁合金及其制备方法，所述球铁合金化学组分如下(重量百分比)：C：3.4～3.6；Si：2.6～2.9；Mn：0.6～0.8；S：<0.05；P：<0.03；Cu：0.3～0.5；Sn：0.02～0.03；Bi：<0.04；Mg：0.03～0.05；RE：0.01～0.04；余量为Fe；所述球铁合金制备方法包括：熔炼、球化、孕育及浇注、后处理等，该发明所述制备方法，采用二次球化和二次孕育，采用该方法生产的转向桥可在铸态下使用，无需热处理，节约了生产成本和时间，实施效果好。中国发明专利CN106811676A还公开了一种高强度高韧性铸态QT700-10及其生产方法，该发明所述球墨铸铁的化学成分的重量百分比为：C 3.6％～3.8％，Si 2.1％～2.7％，P≤0.04％，且碳当量CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，Mn0.2％～0.4％，Cu 0.3％～0.5％，Cr≤0.05％，Sn0.013％～0.02％，且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.56％～2.0％，S 0.006％～0.015％，Mg 0.025％～0.05％，RE≤0.02％，余量为Fe，所述球铁生产方法包括，用高纯生铁、废钢和回炉铁电炉熔炼，优化化学成分，盖包法球化处理，三次孕育，获得的球铁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≥700MPa、延伸率A≥10％。以上两个发明专利采用的是高碳低硅技术路线，球化方式采用盖包法球化，存在操作较复杂、质量不稳定等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种高强度高伸长率球墨铸铁，各成分的重量百分比如下：
C：3.3～3.7％，Si：2.9～3.5％，Mn：0.1～0.3％，S：0.001～0.02％，P：0.001～0.03％，Cu：0.6～1.0％，Cr：0.02～0.10％，Sb：0.001～0.005％，Mg：0.03～0.06％，Re：0.001～0.015％，其余为Fe。
优选的，所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下：C：3.59％，Si：3.12％，Mn：0.24％，S：0.015％，P：0.025％，Cu：0.89％，Cr：0.08％，Sb：0.0030％,Mg：0.050％，Re：0.010％，其余为Fe。
优选的，所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下：C：3.45％，Si：3.38％，Mn：0.24％，S：0.013％，P：0.028％，Cu：0.94％，Cr：0.07％，Sb：0.0026％,Mg：0.043％，Re：0.008％，其余为Fe。
优选的，所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下：C：3.53％，Si：3.21％，Mn：0.24％，S：0.014％，P：0.026％，Cu：0.87％，Cr：0.08％，Sb：0.0032％，Mg：0.040％，Re：0.009％，其余为Fe。
本发明还提供了一种高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等加入电炉内熔炼，将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为：C 3.4％～3.8％，Si 2.4％～2.9％，Mn：0.1～0.3％，S：0.001～0.018％，P：0.001～0.03％，Cu：0.65～1.0％，Cr：0.05～0.10％，Sb：0.001～0.005％，其余为Fe，得到原铁液；
2)原铁液出炉温度1490℃～1510℃，严格控制铁液重量，出铁完成后加清渣剂，扒清渣得到纯净原铁液；
3)在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.4～0.45％的球化剂和0.6～0.65％的孕育剂进行球化和孕育处理；
4)处理完成后加清渣剂，扒清浮渣，倒入浇注包，得铁液，加覆盖剂，进行浇注。
所述步骤1)中的增碳剂各组分的重量百分比为：C≥98％，S＜0.05％挥发物＜0.8％，灰分＜4％，粒度0.5～6mm。
所述步骤3)中的球化剂为球化包芯线，各组分的重量百分比为：Mg：28～32％，Re：1.5～2％，Si：41～50％，Ca：1.5～2.5％，MgO：≤2.0％，Fe余量。
所述步骤3)中的孕育剂为孕育包芯线，各组分的重量百分比为：Ba：5.0～6.0％，Ca：2.0～2.5％，Si：54～65％，Al：≤1.0％，Fe余量。
铁液浇注温度控制在1410℃～1350℃范围内，浇注过程中用铁液重量0.05％的硅钡孕育剂进行瞬时孕育，浇注时间不超过15分钟。
所述硅钡孕育剂各组分的重量百分比为：Si：70～78％，Ba：3.0～5.0％，Ca：1.0～2.0％，Al：≤1.5％，Fe余量，粒度0.2～0.7mm。
有益效果：本发明与现有技术的球墨铸铁相比具有以下特征：提高组成中硅(Si)含量、加入锑(Sb)和严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量；1)较大幅度的提高硅量，充分利用硅固溶强化的作用，增加基体抗拉强度，从而放宽铁素体允许含量变动对强度和伸长率的影响，通过变化铜、锰含量调整铁素体、珠光体比例，获得高强度高伸长率球墨铸铁；2)加入适量的锑提高基体的珠光体量、增加强度，提高石墨的圆整度；3)对出炉温度、浇注温度、浇注时间等工艺参数进行合理控制，对球化剂、孕育剂的加入方法进行改进，提高了镁的吸收率，强化了球化和孕育效果，提高了抗孕育衰退能力，提高了铸件的球化率和石墨球数量。4)该种球墨铸铁材料通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制，获得圆度更高、数量更多的石墨球，获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织，从而能够稳定生产铸态情况下本体抗拉强度达到700MPa、屈服强度Rp0.2≥440MPa、伸长率≥10％的球墨铸铁铸件，具有较高强度的同时，具有较高的伸长率。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度高伸长率球墨铸铁，各成分的重量百分比如下：C：3.3～3.7％，Si：2.9～3.5％，Mn：0.1～0.3％，S：0.001～0.02％，P：0.001～0.03％，Cu：0.6～1.0％，Cr：0.02～0.10％，Sb：0.001～0.005％，Mg：0.03～0.06％，Re：0.001～0.015％，其余为Fe。
本发明技术方案采取中碳高硅的技术路线，较大幅度的提高硅含量，变化铜、锰含量以调整铁素体、珠光体比例，加入微量合金化元素锑(Sb)，严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量，可获得圆度更高、数量更多的石墨球，获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织，能够稳定生产铸态情况下具有较高强度和较高的伸长率的铸件；提高了铸件性能，满足了重型载重汽车支架类铸件的使用要求。
本发明的制备方法，包括如下步骤：
1)将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等加入电炉内熔炼，将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为：C 3.4％～3.8％，Si 2.4％～2.9％，Mn：0.1～0.3％，S：0.001～0.018％，P：0.001～0.03％，Cu：0.65～1.0％，Cr：0.05～0.10％，Sb：0.001～0.005％，其余为Fe，得到原铁液；
2)原铁液出炉温度1490℃～1510℃，严格控制铁液重量，出铁完成后加清渣剂，扒清渣得到纯净原铁液；
3)在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.4～0.45％的球化剂和0.6～0.65％的孕育剂进行球化和孕育处理；
4)处理完成后加清渣剂，扒清浮渣，倒入浇注包，得铁液，加覆盖剂，进行浇注。
所述步骤1)中的增碳剂各组分的重量百分比为：C≥98％，S＜0.05％挥发物＜0.8％，灰分＜4％,粒度0.5～6mm。
所述步骤3)中的球化剂为球化包芯线，各组分的重量百分比为：Mg：28～32％，Re：1.5～2％，Si：41～50％，Ca：1.5～2.5％，MgO：≤2.0％，Fe余量。
所述步骤3)中的孕育剂为孕育包芯线，各组分的重量百分比为：Ba：5.0～6.0％，Ca：2.0～2.5％，Si：54～65％，Al：≤1.0％，Fe余量。
铁液浇注温度控制在1410℃-1350℃范围内，浇注过程中用铁液重量0.05％的硅钡孕育剂进行瞬时孕育，浇注时间不超过15分钟。
所述硅钡孕育剂各组分的重量百分比为：Si：70～78％，Ba：3.0～5.0％，Ca：1.0～2.0％，Al：≤1.5％，Fe余量，粒度0.2～0.7mm。
实施例1
所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下：C：3.59％，Si：3.12％，Mn：0.24％，S：0.015％，P：0.025％，Cu：0.89％，Cr：0.08％，Sb：0.0030％，Mg：0.050％，Re：0.010％，其余为Fe。
在2吨中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金，熔炼后原铁液主要元素的重量百分比为C：3.67％，Si：2.44％，Mn：0.26％，S：0.023％，P：0.026％，Cu：0.86％，Cr：0.08％，Sb：0.0031％，其余为Fe等。当铁水温度达到1508℃时出炉到球化包，出铁液2000公斤，在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.45％的球化剂，随后在球化包内用喂丝法加入0.62％的孕育剂，扒渣后倒入浇注包，得铁液，加覆盖剂，用此铁液在1405℃开始浇注重卡支架，浇注完成时间8分钟，浇注过程中用铁液重量0.05％的硅钡孕育剂进行瞬时孕育。
得到本实施例1铸件最终化学成分重量百分比，所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm＝726MPa、屈服强度Rp0.2＝450MPa、伸长率12.1％、硬度214HBW；铸件规定部位试样抗拉强度Rm＝725MPa、屈服强度Rp0.2＝440MPa、伸长率10.6％、表面硬度216HBW。
实施例2
所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下：C：3.45％，Si：3.38％，Mn：0.24％，S：0.013％，P：0.028％，Cu：0.94％，Cr：0.07％，Sb：0.0026％，Mg：0.043％，Re：0.008％，其余为Fe。
在2吨中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金，熔炼后原铁液主要元素的重量百分比为C：3.56％，Si：2.78％，Mn：0.23％，S：0.019％，P：0.028％，Cu：0.93％，Cr：0.07％，Sb：0.0027％，其余为Fe等。当铁水温度达到1497℃时出炉到球化包，出铁液2000公斤，在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.41％的球化剂，随后在球化包内用喂丝法加入0.60％的孕育剂，扒渣后倒入浇注包，得铁液，加覆盖剂，用此铁液在1400℃开始浇注重卡支架，浇注完成时间8.5分钟，浇注过程中用铁液重量0.05％的硅钡孕育剂进行瞬时孕育。
得到本实施例2铸件最终化学成分重量百分比，所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm＝743MPa、屈服强度Rp0.2＝462MPa、伸长率11.5％、硬度217HBW；铸件规定部位试样抗拉强度Rm＝732MPa、屈服强度Rp0.2＝455MPa、伸长率9.7％、表面硬度221HBW。
实施例3
所述高强度高伸长率球墨铸铁各成分的重量百分比如下：C：3.53％，Si：3.21％，Mn：0.24％，S：0.014％，P：0.026％，Cu：0.87％，Cr：0.08％，Sb：0.0032％，Mg：0.040％，Re：0.009％，其余为Fe。
在2吨中频电炉内按配料成份加入废钢、生铁、回炉料及合金，熔炼后原铁液主要元素的重量百分比为C：3.62％，Si：2.54％，Mn：0.25％，S：0.021％，P：0.025％，Cu：0.88％，Cr：0.09％，Sb：0.0032％，其余为Fe等。当铁水温度达到1505℃时出炉到球化包，出铁液2000公斤，在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.42％的球化剂，随后在球化包内用喂丝法加入0.65％的孕育剂，扒渣后将铁水倒入到浇注包，得铁液，加覆盖剂，用此铁液在1396℃开始浇注重卡支架，浇注完成时间8.5分钟，浇注过程中用铁液重量0.05％的硅钡孕育剂进行瞬时孕育。
得到本实施例3铸件最终化学成分重量百分比，所得球墨铸铁单铸试棒抗拉强度Rm＝731MPa、屈服强度Rp0.2＝452MPa、伸长率10.9％、硬度208HBW；铸件规定部位试样抗拉强度Rm＝717MPa、屈服强度Rp0.2＝438MPa、伸长率9.0％、表面硬度215HBW。
本发明与现有技术的球墨铸铁相比具有以下特征：提高组分中硅(Si)含量、加入锑(Sb)和严格控制硫(S)、磷(P)、铬(Cr)等含量；
1)较大幅度的提高硅量，充分利用硅固溶强化的作用，硅不仅强化基体中的铁素体，还能强化珠光体中的片间铁素体，所以增加硅含量，可增加基体抗拉强度，从而放宽铁素体允许含量变动对强度和伸长率的影响，可通过变化铜、锰含量调整铁素体、珠光体比例，获得高强度高伸长率球墨铸铁；
2)加入适量的锑不仅能提高基体的珠光体量、增加强度，还可以提高石墨的圆整度，微量锑的加入对延伸率降低的影响不大；
3)对出炉温度、浇注温度、浇注时间等工艺参数进行合理控制，对球化剂、孕育剂的加入方法进行改进，提高了镁的吸收率，强化了球化和孕育效果，提高了抗孕育衰退能力，提高了铸件的球化率和石墨球数量。
4)该种球墨铸铁材料通过采用一定的化学成分组成和工艺参数控制，获得圆度更高、数量更多的石墨球，获得一定铁素体和珠光体比例含量的基体组织，从而能够稳定生产铸态情况下本体抗拉强度达到700MPa、屈服强度Rp0.2≥440MPa、伸长率≥10％的球墨铸铁铸件，具有较高强度的同时，具有较高的伸长率。
以上实例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思的全部技术方案，对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到一些变形，本领域普通技术人员将意识到可采用其他方法，或现有常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如球化剂、孕育剂牌号的改变等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述力学性能，不再一一举例展开细说，均属本专利保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度高伸长率球墨铸铁，其特征在于：各成分的重量百分比如下：C：3.3～3.7％，Si：2.9～3.5％，Mn：0.1～0.3％，S：0.001～0.02％，P：0.001～0.03％，Cu：0.6～1.0％，Cr：0.02～0.10％，Sb：0.001～0.005％，Mg：0.03～0.06％，Re：0.001～0.015％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的高强度高伸长率球墨铸铁，其特征在于：各成分的重量百分比如下：C：3.59％，Si：3.12％，Mn：0.24％，S：0.015％，P：0.025％，Cu：0.89％，Cr：0.08％，Sb：0.0030％，Mg：0.050％，Re：0.010％，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的高强度高伸长率球墨铸铁，其特征在于：各成分的重量百分比如下：C：3.45％，Si：3.38％，Mn：0.24％，S：0.013％，P：0.028％，Cu：0.94％，Cr：0.07％，Sb：0.0026％，Mg：0.043％，Re：0.008％，其余为Fe。
4.根据权利要求1所述的高强度高伸长率球墨铸铁，其特征在于：各成分的重量百分比如下：C：3.53％，Si：3.21％，Mn：0.24％，S：0.014％，P：0.026％，Cu：0.87％，Cr：0.08％，Sb：0.0032％，Mg：0.040％，Re：0.009％，其余为Fe。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将废钢、生铁、回炉料、金属合金、增碳剂等加入电炉内熔炼，将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为：C 3.4％～3.8％，Si 2.4％～2.9％，Mn：0.1～0.3％，S：0.001～0.018％，P：0.001～0.03％，Cu：0.65～1.0％，Cr：0.05～0.10％，Sb：0.001～0.005％，其余为Fe，得到原铁液；
2)原铁液出炉温度1490℃～1510℃，严格控制铁液重量，出铁完成后加清渣剂，扒清渣得到纯净原铁液；
3)在球化包内用喂丝法加入原铁液重量0.4～0.45％的球化剂和0.6～0.65％的孕育剂进行球化和孕育处理；
4)处理完成后加清渣剂，扒清浮渣，倒入浇注包，得铁液，加覆盖剂，进行浇注。
6.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的增碳剂各组分的重量百分比为：C≥98％，S＜0.05％挥发物＜0.8％，灰分＜4％，粒度0.5～6mm。
7.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的球化剂为球化包芯线，各组分的重量百分比为：Mg：28～32％，Re：1.5～2％，Si：41～50％，Ca：1.5～2.5％，MgO：≤2.0％，Fe余量。
8.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的孕育剂为孕育包芯线，各组分的重量百分比为：Ba：5.0～6.0％，Ca：2.0～2.5％，Si：54～65％，Al：≤1.0％，Fe余量。
9.根据权利要求5所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：铁液浇注温度控制在1410℃-1350℃范围内，浇注过程中用铁液重量0.05％的硅钡孕育剂进行瞬时孕育，浇注时间不超过15分钟。
10.根据权利要求9所述的高强度高伸长率球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述硅钡孕育剂各组分的重量百分比为：Si：70～78％，Ba：3.0～5.0％，Ca：1.0～2.0％，Al：≤1.5％，Fe余量，粒度0.2-0.7mm。
CN201810042666.1A 2018-01-17 2018-01-17 一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法 Pending CN108251739A (zh)

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