CN108611551A - 高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件，其各组分含量的重量百分比是：C:3.25％～3.35％；Si：3.70％～3.80％；Mn：≤0.15％；P：≤0.03％；S：≤0.012％；Mg：0.035％～0.05％；Re：0.004％～0.015％；Sb：0.004％～0.006％；其余为铁。本发明还涉及上述高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，包括配置原料、冲天炉熔炼、铁水脱硫、电炉熔炼、取样分析和调配、出铁、球化及一次孕育处理、除渣以及浇注。本发明的优点是：能有效解决高硅固溶强化铁素体球墨铸铁在制造壁厚＞60mm的QT500‑14球墨铸铁件时的缩松、缩孔缺陷。

Description

高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁，特别涉及一种高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件及其制造方法。

背景技术

球墨铸铁在风力发电机组的轮毂、底座、轴承座、主轴等铸件上运用非常广泛，随着行 业的不断发展，在风力发电机组上使用QT500-14球墨铸铁的需求日益增多，QT500-14球墨 铸铁的材质特点是抗拉强度、屈服强度高，但是延伸和缺口冲击韧性低、脆性大。目前， GB/T1348-2009球墨铸铁国家标准只对QT500-7A牌号有技术要求，对QT500-14牌号并没有 技术规定；DIN EN1563:2005-10球墨铸铁欧洲标准虽然对壁厚≤60mm的QT500-14球墨铸铁 做了技术规定，但对壁厚＞60mm的球墨铸铁件并没有技术规定。为了得到更高的综合性能指 标，目前常用的方法是采用高硅固溶强化工艺来制造球墨铸铁件，但是，尽管高硅固溶强化 熔炼工艺在解决力学性能指标方面成效显著，可是材质受高硅低碳的影响缩松倾向增大，特 别是壁厚＞60mm的铸件。杨森在《高强度铸态球墨铸铁曲轴缩松防止措施》(现代铸铁，2015 年06期)一文中提到可以通过优化冷铁工艺布置，降低浇注温度，调整化学成分和加大孕育 的方式解决曲轴内部缩松缺陷，但该工艺适用于薄壁铸件并且需要对熔炼、球化、浇注等整 套铸件工艺参数进行严格控制；而风力发电机组铸件属于厚壁铸件，因此，在满足强度指标 的同时，如何解决缩松问题将是QT500-14球墨铸铁面临的最大难题。

发明内容

本发明要解决的其中一个技术问题是，提供一种能有效解决壁厚＞60mm的QT500-14球 墨铸铁缩松、缩孔缺陷的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件，其 各组分含量的重量百分比是：

C:3.25％～3.35％；Si：3.70％～3.80％；Mn：≤0.15％；P：≤0.03％；S：≤0.012％；Mg： 0.035％～0.05％；Re：0.004％～0.015％；Sb：0.004％～0.006％；其余为铁。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种上述高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制 造方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案依序包括以下步骤：

一、配置原料，原料包括下述重量百分比的物质：

生铁：44％～64％；废钢：8％～18％；回炉料：18％～26％；焦炭：7％～9％；石灰石：2.2％～ 3％；硅铁：0.7％～1.1％；

二、冲天炉熔炼，将生铁、回炉料、废钢、焦炭、石灰石、硅铁加到冲天炉中熔炼；

三、铁水脱硫，将冲天炉内的铁水倒入到铁水包中，冲天炉的出铁温度控制在1480～ 1550℃，并在此过程中向铁水包内分两次加入脱硫剂，脱硫剂的总加入量为1.2％～1.5％，当 冲天炉出铁1/3时，先将一半脱硫剂加入到铁水包内，当冲天炉出铁2/3时，再将剩下一半 脱硫剂加入到铁水包内，且从第一次加入脱硫剂开始，向铁水包包底持续充入氮气，充氮压 力控制在0.2～0.3MPa，充氮持续时间为3～4分钟，最终将铁水中硫含量的重量百分比控制 在0.01～0.02％；

四、电炉熔炼，将铁水包内的铁水倒入到电炉内熔炼，并向电炉内加入矽钢片和硅铁， 矽钢片的加入量为1％～3％，硅铁加入量为1％～3％；

五、取样分析和调配，待电炉内的铁水升温到1380℃～1400℃后，取铁水做样品化学光 谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；

六、出铁、球化及一次孕育处理，先将稀土镁球化剂和Sb分别放置在球化包底部横档的 两侧，并用矽钢片包覆稀土镁球化剂表面，再将一次孕育剂覆盖在矽钢片上，然后用电炉将 铁水升温到1430℃～1440℃后，将铁水往放置有Sb一侧的球化包中倒入，待球化反应开始 后，对铁水进行搅拌，促进一次孕育剂的熔化；

七、除渣，倾斜铁水包，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌后进行扒渣；

八、浇注，将铁水倒入铸型，并在浇注时随铁水流加入随流孕育剂进行二次孕育，浇注 温度控制在1350～1360℃。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤六中的稀土镁球 化剂的粒度为8～40mm，稀土镁球化剂的加入量为0.95％～1.05％，稀土镁球化剂包括下述重 量百分比的物质：

Mg：5.5％～6.2％；Re：0.2％～0.4％；Si：45％～50％；Ca：0.8％～1.5％；其余为铁。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤六中的用于包覆 稀土镁球化剂的矽钢片的加入量为1.8％～2.3％。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤六中的Sb的加入 量为0.004％～0.006％。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤六中的一次孕育 剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，一次孕育剂的加入量为0.3％～0.6％，一次孕育 剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：≤1.5％；Ca：0.5％～1.5％；Ba：1.5％～2.5％；其余为铁。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤八中的随流孕育 剂采用的是粒度为0.2mm～0.7mm的硅铝孕育剂，随流孕育剂的加入量为0.18％～0.22％，随 流孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：3.5％～4.5％；其余为铁。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤五中，对铁水成 分进行调配时，如需降碳或降硅，则添加矽钢片，每次所述矽钢片的加入量为0.3％～0.5％； 如需增碳，则添加增碳剂，每次所述增碳剂的加入量为0.1％～0.3％；如需增硅，则添加硅铁， 每次所述硅铁的加入量为0.4％～0.7％。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，步骤一中，生铁包括 下述重量百分比的物质：

C:≥3.50％；Si：0.7％～1％，Mn：≤0.1％；P：≤0.040％；S：≤0.030％；As：≤0.0008％； Pb：≤0.0005％；Sn：≤0.0005％；Sb：≤0.0006％；Zn：≤0.0003％；Cr：≤0.0070％；Ni：≤ 0.0060％；Cu：≤0.0060％；V：≤0.010％；Ti：≤0.040％；Mo：≤0.0010％；B：≤0.0010％； 其余为铁；

同时，As、Pb、Sn、Sb、Zn、Cr、Ni、Cu、V、Ti、Mo和B相加后的重量百分比需≤0.07％；

废钢包括下述重量百分比的物质：

C:≤0.50％；Si：≤0.50％；Mn：≤0.8％；P：≤0.030％；S：≤0.030％；Ti：≤0.010％； Cr：≤0.040％；Cu：≤0.010％；Mo：≤0.010％；其余为铁；

回炉料采用的是牌号为QT400-18AL的球墨铸铁件；

焦炭的粒度控制在80～200mm，焦炭包括下述重量百分比的物质：

C:≥90％；S：≤0.7％；灰分：≤10％；水分：≤5％；其余为杂质；

石灰石的粒度控制在30～80mm，且氧化钙的含量需＞60％；

硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B。

本发明所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其中，矽钢片包括下述重量 百分比的物质：

碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％；其余为铁。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：

1、原料配比中能够将微量元素的总含量控制在1％以下，同时冲天炉高温烧损会进一步 降低铁水中微量元素含量，使电炉原铁水中微量元素的总含量可以控制在0.5％以下，从而有 效的防止锰、铬、钛、钒、铅、锡、钼等微量元素在共晶反应阶段形成碳化物、渗碳体、珠 光体等基体组织，进而能够有效保证固态组织成为全铁素体组织。

2、在球化时添加稀土镁球化剂和锑能够很好的抑止碎块状石墨发生，碎块状石墨在金相 中呈点状石墨聚集，这是石墨球包状分叉生长解体后的相组成；碎块状石墨的产生将恶化材 料的强度性能，并导致球墨铸铁缩松倾向增大。本发明采用稀土含量低的球化剂，并在保证 球化的基础上降低球化剂加入比例，能够使铁水中有效镁含量控制在0.035％～0.05％之间， 残留稀土含量小于0.015％；镁、稀土含量的降低可防止共晶前期形成的石墨球包状分叉生长， 避免碎块状石墨形成，从而间接的防止了壁厚＞60mm的QT500-14球墨铸铁件缩松、缩孔缺 陷。

3、不加锑的铁水中稀土含量较高，容易形成碎块状石墨，从而产生缩松缺陷；加入微量 的锑可以中和球化后铁水中相应的稀土含量，避免碎块状石墨形成，促使石墨球圆整，在共 晶凝固阶段石墨膨胀体积得到了充分的利用，从而解决了壁厚＞60mm的QT500-14球墨铸铁 件缩松、缩孔缺陷。

4、在解决缩松、缩孔缺陷的同时，本发明高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的本体性能比 GB/T1348-2009球墨铸铁国家标准的QT500-7A附铸试块的性能还要高，铸件的综合性能得到 了提升。

5、将碳、硅控制在最佳的含量范围下，在满足性能指标的同时尽可能提高碳含量，从而 增加铸件的石墨球数，使本发明高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的疲劳韧性指标得到提高。

6、步骤三铁水脱硫处理，采用两次加入脱硫剂，使脱硫剂颗粒能够与铁水接触的更充分、 均匀，脱硫剂利用率提高，达到脱硫效果的同时，可节约脱硫剂加入量0.2％～0.3％。

7、步骤四中，在电炉内加入1％～3％的矽钢片的目的是：由于在步骤二冲天炉熔炼时废 钢只有8％～18％，其目的是严格控制废钢带入的微量元素的总含量，这样就使得生铁比例较 高，导致熔炼出来的铁水碳含量较高，而矽钢片的碳含量及微量元素含量都极低，因此在电 炉内加入1％～3％的矽钢片不但能够降低铁水碳含量，而且对提高铁水纯净度非常有利，为确 保全铁素体基体创造了条件；而电炉内加入1％～3％的硅铁的目的是：由于冲天炉熔炼时，硅 烧损可达25％～30％，大大高于电炉熔炼时的硅烧损，因此将大部分硅铁在电炉熔炼过程中加 入，可大大降低硅烧损，降低硅铁的总加入量，从而有效节省铸件成本。

8、根据DIN EN 1563:2005-10标准，本发明的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的抗拉强 度为＞500MPa，屈服强度为＞350MPa，延伸率为＞10％，硬度为＞180HBW；根据GB/T9441-2009标准，本发明的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的球化等级为2级，石墨大小级别为5-6级，铁素体所占比例＞95％，环境温度-20℃时的无缺口冲击功为＞20J；根据EN12680-3:2011标准，本发明的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的探伤合格；对本发明的高 硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的圆弧曲面心部进行解剖，解剖处壁厚100-120mm，切剖后没 有发现碎块状石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别5-6级，符合工艺要求。

具体实施方式

下面对本发明一种高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件及其制造方法作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件为一个轴承座，最厚处为450mm，最薄处 100mm，单件铸件1578kg，树脂砂生产，基体组织为铁素体。

该高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法如下：

一、配置原料，即冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：

生铁：54％；废钢：13％；回炉料：21.5％；焦炭：8％；石灰石：2.6％；硅铁：0.9％；

二、冲天炉熔炼，将生铁、回炉料、废钢、焦炭、石灰石、硅铁加到冲天炉中熔炼，冲天炉熔炼采用富氧送风结合空气除湿方式冶炼，使焦炭可以充分燃烧，过热区温度超过1700℃，达到铁水精炼的同时，又可以减少焦耗；

其中，生铁包括下述重量百分比的物质：

C:≥3.50％；Si：0.7％～1％，Mn：≤0.1％；P：≤0.040％；S：≤0.030％；As：≤0.0008％； Pb：≤0.0005％；Sn：≤0.0005％；Sb：≤0.0006％；Zn：≤0.0003％；Cr：≤0.0070％；Ni：≤ 0.0060％；Cu：≤0.0060％；V：≤0.010％；Ti：≤0.040％；Mo：≤0.0010％；B：≤0.0010％； 其余为铁；

同时，As、Pb、Sn、Sb、Zn、Cr、Ni、Cu、V、Ti、Mo和B相加后的重量百分比需≤0.07％；

废钢为碳素钢，且所使用废钢包括下述重量百分比的物质：

C:≤0.50％；Si：≤0.50％；Mn：≤0.8％；P：≤0.030％；S：≤0.030％；Ti：≤0.010％； Cr：≤0.040％；Cu：≤0.010％；Mo：≤0.010％；其余为铁；

回炉料采用的是牌号为QT400-18AL的球墨铸铁件，如开箱后的QT400-18AL铸件的浇注 系统、冒口等；

焦炭的粒度控制在80～200mm，焦炭包括下述重量百分比的物质：

C:≥90％；S：≤0.7％；灰分：≤10％；水分：≤5％；其余为杂质；

石灰石的粒度控制在30～80mm，且氧化钙的含量需＞60％；

硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B；

三、铁水脱硫，将冲天炉内的铁水倒入到铁水包中，冲天炉的出铁温度1500℃，并在此 过程中向铁水包内分两次加入脱硫剂，脱硫剂的总加入量为1.3％，当冲天炉出铁1/3时，先 将一半脱硫剂加入到铁水包内，当冲天炉出铁2/3时，再将剩下一半脱硫剂加入到铁水包内， 且从第一次加入脱硫剂开始，向铁水包包底持续充入氮气，充氮压力控制在0.2MPa，充氮持 续时间为4分钟，最终将铁水中硫含量的重量百分比控制在0.015％；

四、电炉熔炼，将铁水包内的铁水倒入到电炉内熔炼，并向电炉内加入矽钢片和硅铁， 矽钢片的加入量为2％，硅铁加入量为2％；

五、取样分析和调配，待电炉内的铁水升温到1380℃后，取铁水做样品化学光谱分析， 并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；

其中，对铁水成分进行调配时，如需降碳或降硅，则添加矽钢片，每次矽钢片的加入量 为0.3％～0.5％，优选0.3％；矽钢片的厚度控制在0.8～4mm；

如需增碳，则添加增碳剂，每次增碳剂的加入量为0.1％～0.3％，优选0.2％，增碳剂的粒 度为1mm～5mm，增碳剂包括下述重量百分比的物质：

碳≥99.0％；硫≤0.04％；氮≤0.01％；其余为杂质；

如需增硅，则添加硅铁，每次硅铁的加入量为0.4％～0.7％，优选0.4％，硅铁的厚度需≤ 100mm，硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B；

六、出铁、球化及一次孕育处理，先将稀土镁球化剂和Sb分别放置在球化包底部横档的 两侧，并用矽钢片包覆稀土镁球化剂表面，再将一次孕育剂覆盖在矽钢片上，然后用电炉将 铁水升温到1430℃后，将铁水往放置有Sb一侧的球化包中倒入，待球化反应开始后，对铁 水进行搅拌，促进一次孕育剂的熔化；

其中，稀土镁球化剂的粒度为8～40mm，稀土镁球化剂的加入量为1％，稀土镁球化剂包 括下述重量百分比的物质：

Mg：5.5％～6.2％；Re：0.2％～0.4％；Si：45％～50％；Ca：0.8％～1.5％；其余为铁；

用于包覆稀土镁球化剂的矽钢片的加入量为1.8％；

一次孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，一次孕育剂的加入量为0.4％，一 次孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：≤1.5％；Ca：0.5％～1.5％；Ba：1.5％～2.5％；其余为铁；

Sb的加入量为0.005％；

七、除渣，倾斜铁水包，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌后进行扒渣，扒渣次数 为4-6次；

八、浇注，将铁水转运到浇注场地，再将铁水倒入铸型，并在浇注时随铁水流加入随流 孕育剂进行二次孕育，浇注温度1352℃。

其中，随流孕育剂采用的是粒度为0.2mm～0.7mm的硅铝孕育剂，随流孕育剂的加入量为 0.2％，随流孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：3.5％～4.5％；其余为铁；

整个浇注过程需要在步骤六完成后的8分钟内完成。

在本实施例中，采用的矽钢片包括下述重量百分比的物质：

碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％；其余为铁。

本实施例中向电炉内添加的矽钢片、硅铁、增碳剂的加入量所表达的意思均是指它们各 自占有电炉内铁水的重量百分比；向铁水包内添加的脱硫剂的加入量所表达的意思是指其占 有铁水包内铁水的重量百分比；向球化包内添加的稀土镁球化剂、矽钢片、一次孕育剂和Sb 的加入量所表达的意思均是指它们各自占有球化包内铁水的重量百分比；随流孕育剂的加入 量所表达的意思是指其占有球化包内铁水的重量百分比。

本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件中各组分含量的重量百分比是：

C:3.3％；Si：3.70％；Mn：0.11％；P：0.022％；S：0.008％；Mg：0.045％；Re：0.008％； Sb：0.005％；其余为铁。

根据DIN EN 1563:2005-10标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的抗拉 强度为510MPa，屈服强度为401MPa，延伸率为18％，硬度为181HBW；根据GB/T 9441-2009 标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的球化等级为2级，石墨大小级别为6 级，铁素体所占比例为96％，环境温度-20℃时的无缺口冲击功为23J；根据EN12680-3:2011 标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的探伤合格；对本实施例的高硅固溶强 化铁素体球墨铸铁件的圆弧曲面心部进行解剖，此处壁厚100-120mm，切剖后没有发现碎块 状石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别6级，符合工艺要求。

实施例2：

本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件为一个轴承座，最厚处为450mm，最薄处 100mm，单件铸件1578kg，树脂砂生产，基体组织为铁素体。

该高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法如下：

一、配置原料，即冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：

生铁：44％；废钢：18％；回炉料：25％；焦炭：9％；石灰石：2.9％；硅铁：1.1％；

二、冲天炉熔炼，将生铁、回炉料、废钢、焦炭、石灰石、硅铁加到冲天炉中熔炼，冲天炉熔炼采用富氧送风结合空气除湿方式冶炼，使焦炭可以充分燃烧，过热区温度超过1700℃，达到铁水精炼的同时，又可以减少焦耗；

其中，生铁包括下述重量百分比的物质：

C:≥3.50％；Si：0.7％～1％，Mn：≤0.1％；P：≤0.040％；S：≤0.030％；As：≤0.0008％；Pb：≤0.0005％；Sn：≤0.0005％；Sb：≤0.0006％；Zn：≤0.0003％；Cr：≤0.0070％；Ni：≤ 0.0060％；Cu：≤0.0060％；V：≤0.010％；Ti：≤0.040％；Mo：≤0.0010％；B：≤0.0010％； 其余为铁；

同时，As、Pb、Sn、Sb、Zn、Cr、Ni、Cu、V、Ti、Mo和B相加后的重量百分比需≤0.07％；

废钢为碳素钢，且所使用废钢包括下述重量百分比的物质：

C:≤0.50％；Si：≤0.50％；Mn：≤0.8％；P：≤0.030％；S：≤0.030％；Ti：≤0.010％； Cr：≤0.040％；Cu：≤0.010％；Mo：≤0.010％；其余为铁；

回炉料采用的是牌号为QT400-18AL的球墨铸铁件，如开箱后的QT400-18AL铸件的浇注 系统、冒口等；

焦炭的粒度控制在80～200mm，焦炭包括下述重量百分比的物质：

C:≥90％；S：≤0.7％；灰分：≤10％；水分：≤5％；其余为杂质；

石灰石的粒度控制在30～80mm，且氧化钙的含量需＞60％；

硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B；

三、铁水脱硫，将冲天炉内的铁水倒入到铁水包中，冲天炉的出铁温度1520℃，并在此 过程中向铁水包内分两次加入脱硫剂，脱硫剂的总加入量为1.2％，当冲天炉出铁1/3时，先 将一半脱硫剂加入到铁水包内，当冲天炉出铁2/3时，再将剩下一半脱硫剂加入到铁水包内， 且从第一次加入脱硫剂开始，向铁水包包底持续充入氮气，充氮压力控制在0.2MPa，充氮持 续时间为4分钟，最终将铁水中硫含量的重量百分比控制在0.017％；

四、电炉熔炼，将铁水包内的铁水倒入到电炉内熔炼，并向电炉内加入矽钢片和硅铁， 矽钢片的加入量为1％，硅铁加入量为3％；

五、取样分析和调配，待电炉内的铁水升温到1390℃后，取铁水做样品化学光谱分析， 并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；

其中，对铁水成分进行调配时，如需降碳或降硅，则添加矽钢片，每次矽钢片的加入量 为0.3％～0.5％，优选0.3％；矽钢片的厚度控制在0.8～4mm；

如需增碳，则添加增碳剂，每次增碳剂的加入量为0.1％～0.3％，优选0.2％，增碳剂的粒 度为1mm～5mm，增碳剂包括下述重量百分比的物质：

碳≥99.0％；硫≤0.04％；氮≤0.01％；其余为杂质；

如需增硅，则添加硅铁，每次硅铁的加入量为0.4％～0.7％，优选0.4％，硅铁的厚度需≤100mm，硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B；

六、出铁、球化及一次孕育处理，先将稀土镁球化剂和Sb分别放置在球化包底部横档的 两侧，并用矽钢片包覆稀土镁球化剂表面，再将一次孕育剂覆盖在矽钢片上，然后用电炉将 铁水升温到1430℃后，将铁水往放置有Sb一侧的球化包中倒入，待球化反应开始后，对铁 水进行搅拌，促进一次孕育剂的熔化；

其中，稀土镁球化剂的粒度为8～40mm，稀土镁球化剂的加入量为0.95％，稀土镁球化剂 包括下述重量百分比的物质：

Mg：5.5％～6.2％；Re：0.2％～0.4％；Si：45％～50％；Ca：0.8％～1.5％；其余为铁；

用于包覆稀土镁球化剂的矽钢片的加入量为1.8％；

一次孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，一次孕育剂的加入量为0.5％，一 次孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：≤1.5％；Ca：0.5％～1.5％；Ba：1.5％～2.5％；其余为铁；

Sb的加入量为0.004％；

七、除渣，倾斜铁水包，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌后进行扒渣，扒渣次数 为4-6次；

八、浇注，将铁水转运到浇注场地，再将铁水倒入铸型，并在浇注时随铁水流加入随流 孕育剂进行二次孕育，浇注温度1355℃。

其中，随流孕育剂采用的是粒度为0.2mm～0.7mm的硅铝孕育剂，随流孕育剂的加入量为 0.18％，随流孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：3.5％～4.5％；其余为铁；

整个浇注过程需要在步骤六完成后的8分钟内完成。

在本实施例中，采用的矽钢片包括下述重量百分比的物质：

碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％；其余为铁。

本实施例中向电炉内添加的矽钢片、硅铁、增碳剂的加入量所表达的意思均是指它们各 自占有电炉内铁水的重量百分比；向铁水包内添加的脱硫剂的加入量所表达的意思是指其占 有铁水包内铁水的重量百分比；向球化包内添加的稀土镁球化剂、矽钢片、一次孕育剂和Sb 的加入量所表达的意思均是指它们各自占有球化包内铁水的重量百分比；随流孕育剂的加入 量所表达的意思是指其占有球化包内铁水的重量百分比。

本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件中各组分含量的重量百分比是：

C:3.27％；Si：3.8％；Mn：0.10％；P：0.023％；S：0.009％；Mg：0.04％；Re：0.006％；Sb：0.0042％；其余为铁。

根据DIN EN 1563:2005-10标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的抗拉 强度为515MPa，屈服强度为406MPa，延伸率为17％，硬度为189HBW；根据GB/T 9441-2009 标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的球化等级为2级，石墨大小级别为5 级，铁素体所占比例为96％，环境温度-20℃时的无缺口冲击功为21J；根据EN12680-3:2011 标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的探伤合格；对本实施例的高硅固溶强 化铁素体球墨铸铁件的圆弧曲面心部进行解剖，此处壁厚100-120mm，切剖后没有发现碎块 状石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别5级，符合工艺要求。

实施例3：

本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件为一个轴承座，最厚处为450mm，最薄处 100mm，单件铸件1578kg，树脂砂生产，基体组织为铁素体。

该高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法如下：

一、配置原料，即冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：

生铁：64％；废钢：8％；回炉料：18％；焦炭：7％；石灰石：2.2％；硅铁：0.8％；

二、冲天炉熔炼，将生铁、回炉料、废钢、焦炭、石灰石、硅铁加到冲天炉中熔炼，冲天炉熔炼采用富氧送风结合空气除湿方式冶炼，使焦炭可以充分燃烧，过热区温度超过1700℃，达到铁水精炼的同时，又可以减少焦耗；

其中，生铁包括下述重量百分比的物质：

C:≥3.50％；Si：0.7％～1％，Mn：≤0.1％；P：≤0.040％；S：≤0.030％；As：≤0.0008％； Pb：≤0.0005％；Sn：≤0.0005％；Sb：≤0.0006％；Zn：≤0.0003％；Cr：≤0.0070％；Ni：≤ 0.0060％；Cu：≤0.0060％；V：≤0.010％；Ti：≤0.040％；Mo：≤0.0010％；B：≤0.0010％； 其余为铁；

同时，As、Pb、Sn、Sb、Zn、Cr、Ni、Cu、V、Ti、Mo和B相加后的重量百分比需≤0.07％；

废钢为碳素钢，且所使用废钢包括下述重量百分比的物质：

C:≤0.50％；Si：≤0.50％；Mn：≤0.8％；P：≤0.030％；S：≤0.030％；Ti：≤0.010％； Cr：≤0.040％；Cu：≤0.010％；Mo：≤0.010％；其余为铁；

回炉料采用的是牌号为QT400-18AL的球墨铸铁件，如开箱后的QT400-18AL铸件的浇注 系统、冒口等；

焦炭的粒度控制在80～200mm，焦炭包括下述重量百分比的物质：

C:≥90％；S：≤0.7％；灰分：≤10％；水分：≤5％；其余为杂质；

石灰石的粒度控制在30～80mm，且氧化钙的含量需＞60％；

硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B；

三、铁水脱硫，将冲天炉内的铁水倒入到铁水包中，冲天炉的出铁温度1480℃，并在此 过程中向铁水包内分两次加入脱硫剂，脱硫剂的总加入量为1.4％，当冲天炉出铁1/3时，先 将一半脱硫剂加入到铁水包内，当冲天炉出铁2/3时，再将剩下一半脱硫剂加入到铁水包内， 且从第一次加入脱硫剂开始，向铁水包包底持续充入氮气，充氮压力控制在0.3MPa，充氮持 续时间为3分钟，最终将铁水中硫含量的重量百分比控制在0.013％；

四、电炉熔炼，将铁水包内的铁水倒入到电炉内熔炼，并向电炉内加入矽钢片和硅铁， 矽钢片的加入量为3％，硅铁加入量为1％；

五、取样分析和调配，待电炉内的铁水升温到1400℃后，取铁水做样品化学光谱分析， 并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；

其中，对铁水成分进行调配时，如需降碳或降硅，则添加矽钢片，每次矽钢片的加入量 为0.3％～0.5％，优选0.3％；矽钢片的厚度控制在0.8～4mm；

如需增碳，则添加增碳剂，每次增碳剂的加入量为0.1％～0.3％，优选0.2％，增碳剂的粒 度为1mm～5mm，增碳剂包括下述重量百分比的物质：

碳≥99.0％；硫≤0.04％；氮≤0.01％；其余为杂质；

如需增硅，则添加硅铁，每次硅铁的加入量为0.4％～0.7％，优选0.4％，硅铁的厚度需≤ 100mm，硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B；

六、出铁、球化及一次孕育处理，先将稀土镁球化剂和Sb分别放置在球化包底部横档的 两侧，并用矽钢片包覆稀土镁球化剂表面，再将一次孕育剂覆盖在矽钢片上，然后用电炉将 铁水升温到1435℃后，将铁水往放置有Sb一侧的球化包中倒入，待球化反应开始后，对铁 水进行搅拌，促进一次孕育剂的熔化；

其中，稀土镁球化剂的粒度为8～40mm，稀土镁球化剂的加入量为1.05％，稀土镁球化剂 包括下述重量百分比的物质：

Mg：5.5％～6.2％；Re：0.2％～0.4％；Si：45％～50％；Ca：0.8％～1.5％；其余为铁；

用于包覆稀土镁球化剂的矽钢片的加入量为2.2％；

一次孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，一次孕育剂的加入量为0.6％，一 次孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：≤1.5％；Ca：0.5％～1.5％；Ba：1.5％～2.5％；其余为铁；

Sb的加入量为0.004％；

七、除渣，倾斜铁水包，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌后进行扒渣，扒渣次数 为4-6次；

八、浇注，将铁水转运到浇注场地，再将铁水倒入铸型，并在浇注时随铁水流加入随流 孕育剂进行二次孕育，浇注温度1360℃。

其中，随流孕育剂采用的是粒度为0.2mm～0.7mm的硅铝孕育剂，随流孕育剂的加入量为 0.22％，随流孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：3.5％～4.5％；其余为铁；

整个浇注过程需要在步骤六完成后的8分钟内完成。

在本实施例中，采用的矽钢片包括下述重量百分比的物质：

碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％；其余为铁。

本实施例中向电炉内添加的矽钢片、硅铁、增碳剂的加入量所表达的意思均是指它们各 自占有电炉内铁水的重量百分比；向铁水包内添加的脱硫剂的加入量所表达的意思是指其占 有铁水包内铁水的重量百分比；向球化包内添加的稀土镁球化剂、矽钢片、一次孕育剂和Sb 的加入量所表达的意思均是指它们各自占有球化包内铁水的重量百分比；随流孕育剂的加入 量所表达的意思是指其占有球化包内铁水的重量百分比。

本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件中各组分含量的重量百分比是：

C:3.33％；Si：3.75％；Mn：0.12％；P：0.026％；S：0.01％；Mg：0.043％；Re：0.01％；Sb：0.0048％；其余为铁。

根据DIN EN 1563:2005-10标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的抗拉 强度为519MPa，屈服强度为400MPa，延伸率为19％，硬度为187HBW；根据GB/T 9441-2009 标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的球化等级为2级，石墨大小级别为6 级，铁素体所占比例为96％，环境温度-20℃时的无缺口冲击功为25J；根据EN12680-3:2011 标准，本实施例中的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的探伤合格；对本实施例的高硅固溶强 化铁素体球墨铸铁件的圆弧曲面心部进行解剖，此处壁厚100-120mm，切剖后没有发现碎块 状石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别6级，符合工艺要求。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变 形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件，其特征在于，其各组分含量的重量百分比是：

C:3.25％～3.35％；Si：3.70％～3.80％；Mn：≤0.15％；P：≤0.03％；S：≤0.012％；Mg：0.035％～0.05％；Re：0.004％～0.015％；Sb：0.004％～0.006％；其余为铁。

2.一种高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法：其特征在于依序包括以下步骤：

一、配置原料，所述原料包括下述重量百分比的物质：

生铁：44％～64％；废钢：8％～18％；回炉料：18％～26％；焦炭：7％～9％；石灰石：2.2％～3％；硅铁：0.7％～1.1％；

二、冲天炉熔炼，将生铁、回炉料、废钢、焦炭、石灰石、硅铁加到冲天炉中熔炼；

三、铁水脱硫，将冲天炉内的铁水倒入到铁水包中，冲天炉的出铁温度控制在1480～1550℃，并在此过程中向铁水包内分两次加入脱硫剂，脱硫剂的总加入量为1.2％～1.5％，当冲天炉出铁1/3时，先将一半脱硫剂加入到铁水包内，当冲天炉出铁2/3时，再将剩下一半脱硫剂加入到铁水包内，且从第一次加入脱硫剂开始，向铁水包包底持续充入氮气，充氮压力控制在0.2～0.3MPa，充氮持续时间为3～4分钟，最终将铁水中硫含量的重量百分比控制在0.01～0.02％；

四、电炉熔炼，将铁水包内的铁水倒入到电炉内熔炼，并向电炉内加入矽钢片和硅铁，矽钢片的加入量为1％～3％，硅铁加入量为1％～3％；

五、取样分析和调配，待电炉内的铁水升温到1380℃～1400℃后，取铁水做样品化学光谱分析，并根据分析结果对铁水成分进行调配，直至铁水成分符合要求；

六、出铁、球化及一次孕育处理，先将稀土镁球化剂和Sb分别放置在球化包底部横档的两侧，并用矽钢片包覆稀土镁球化剂表面，再将一次孕育剂覆盖在矽钢片上，然后用电炉将铁水升温到1430℃～1440℃后，将铁水往放置有Sb一侧的球化包中倒入，待球化反应开始后，对铁水进行搅拌，促进一次孕育剂的熔化；

七、除渣，倾斜铁水包，向球化包内添加除渣剂，用扒渣耙搅拌后进行扒渣；

八、浇注，将铁水倒入铸型，并在浇注时随铁水流加入随流孕育剂进行二次孕育，浇注温度控制在1350～1360℃。

3.根据如权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述步骤六中的稀土镁球化剂的粒度为8～40mm，所述稀土镁球化剂的加入量为0.95％～1.05％，所述稀土镁球化剂包括下述重量百分比的物质：

Mg：5.5％～6.2％；Re：0.2％～0.4％；Si：45％～50％；Ca：0.8％～1.5％；其余为铁。

4.根据如权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述步骤六中的用于包覆稀土镁球化剂的矽钢片的加入量为1.8％～2.3％。

5.根据如权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：步骤六中的Sb的加入量为0.004％～0.006％。

6.根据权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述步骤六中的一次孕育剂采用的是粒度为3mm～8mm的硅钡孕育剂，所述一次孕育剂的加入量为0.3％～0.6％，所述一次孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：≤1.5％；Ca：0.5％～1.5％；Ba：1.5％～2.5％；其余为铁。

7.根据权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述步骤八中的随流孕育剂采用的是粒度为0.2mm～0.7mm的硅铝孕育剂，所述随流孕育剂的加入量为0.18％～0.22％，所述随流孕育剂包括下述重量百分比的物质：

Si：70％～75％；Al：3.5％～4.5％；其余为铁。

8.根据权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述步骤五中，对铁水成分进行调配时，如需降碳或降硅，则添加矽钢片，每次所述矽钢片的加入量为0.3％～0.5％；

如需增碳，则添加增碳剂，每次所述增碳剂的加入量为0.1％～0.3％，所述增碳剂的粒度为1mm～5mm，所述增碳剂包括下述重量百分比的物质：

碳≥99.0％；硫≤0.04％；氮≤0.01％；其余为杂质；

如需增硅，则添加硅铁，每次所述硅铁的加入量为0.4％～0.7％，所述硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B。

9.根据权利要求2所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，生铁包括下述重量百分比的物质：

C:≥3.50％；Si：0.7％～1％，Mn：≤0.1％；P：≤0.040％；S：≤0.030％；As：≤0.0008％；Pb：≤0.0005％；Sn：≤0.0005％；Sb：≤0.0006％；Zn：≤0.0003％；Cr：≤0.0070％；Ni：≤0.0060％；Cu：≤0.0060％；V：≤0.010％；Ti：≤0.040％；Mo：≤0.0010％；B：≤0.0010％；其余为铁；

同时，As、Pb、Sn、Sb、Zn、Cr、Ni、Cu、V、Ti、Mo和B相加后的重量百分比需≤0.07％；

废钢包括下述重量百分比的物质：

C:≤0.50％；Si：≤0.50％；Mn：≤0.8％；P：≤0.030％；S：≤0.030％；Ti：≤0.010％；Cr：≤0.040％；Cu：≤0.010％；Mo：≤0.010％；其余为铁；

回炉料采用的是牌号为QT400-18AL的球墨铸铁件；

焦炭的粒度控制在80～200mm，焦炭包括下述重量百分比的物质：

C:≥90％；S：≤0.7％；灰分：≤10％；水分：≤5％；其余为杂质；

石灰石的粒度控制在30～80mm，且氧化钙的含量需＞60％；

硅铁使用GB/T2272-2009标准中的型号FeSi75Al1.0-B。

10.根据权利要求2或4所述的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁件的制造方法，其特征在于：所述矽钢片包括下述重量百分比的物质：

碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％；其余为铁。