CN108950371A - 高性能球墨铸铁及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高性能球墨铸铁及其生产方法，由如下质量比的化学成分组成：C 3.6‑3.7％，Si 2.1‑2.2％，Mn 0.3‑0.4％，Cu 0.4‑0.5％，Mg 0.02‑0.05％，Ni 0.2‑0.25％，Sb 0.004‑0.005％，Hf 0.02‑0.06％，Bi 0.001‑0.002％，Cr 0.06‑0.1％，Al≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe，经配料、球化孕育、倒包孕育、浇注成型。该高性能球墨铸铁及其生产方法简化了现有技术中的生产工艺，制得的球墨铸铁具有较高的强度，并且具有较好的延伸率力学性能较为优异。
Description
技术领域：
本发明涉及球墨铸铁技术领域，尤其涉及一种高性能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。
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。
现有技术中QT600牌号的球墨铸铁及其生产工艺已经非常成熟，然而为了达到较好的力学性能，该类生产工艺流程都较为复杂，生产周期很长，且其力学性能还有一定的提升空间。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种抗拉强度超过600Mpa，延伸率为7％左右，综合力学性能优异的高性能球墨铸铁及其生产方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高性能球墨铸铁，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.6-3.7％，Si 2.1-2.2％，Mn 0.3-0.4％，Cu 0.4-0.5％，Mg 0.02-0.05％，Ni0.2-0.25％，Sb 0.004-0.005％，Hf 0.02-0.06％，Bi 0.001-0.002％，Cr 0.06-0.1％，Al≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
在本发明一较佳实施例中，所述高性能球墨铸铁由如下质量比的化学成分组成：C3.61％，Si 2.16％，Mn 0.32％，Cu 0.47％，Mg 0.03％，Ni 0.21％，Sb 0.004％，Hf0.04％，Bi 0.002％，Cr 0.07％，Al≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
为了进一步提高力学性能，本发明的高性能球墨铸铁还包括如下质量比的化学成分：Ta 0.1-0.2％，Nb 0.06-0.12％。
作为优选，所述Ta、Nb的质量比为：Ta 0.13％，Nb 0.10％。
本发明还提供一种高性能球墨铸铁的生产方法，包括如下步骤：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1470～1490℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅合金球化剂占铁水总重量的1.3～1.5％，再将占铁水总重量0.1～0.2％的硅锰铬锶孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.5～0.6％的硅铁铈孕育剂，进行2次孕育；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1360～1380℃，并随流添加占铁水总重0.13～0.17％的硅锶钡随流孕育剂，进行浇注。
为了提高力学性能，本发明采用特殊的孕育剂，而球化剂采用常用的球化剂即可。
其中，步骤(2)中，采用硅锰铬锶特种孕育剂，作为优选，硅锰铬锶孕育剂中各化学成分质量比为：Si 62-65％，Mn 1.2-2.0％，Cr 2.0-2.8％，Sr 0.08-0.12％。
步骤(3)中，采用硅铁铈孕育剂，作为优选，硅铁铈孕育剂中各化学成分质量比为：Si 30-35％，Fe 30-35％，Ce 0.1-0.2％。
步骤(4)中，采用硅锶钡随流孕育剂，作为优选，硅锶钡随流孕育剂中各化学成分质量比为：Si 72-73％，Sr 0.1-0.2％，Ba 0.8-1.2％。
本发明的有益效果是：该高性能球墨铸铁及其生产方法简化了现有技术中的生产工艺，制得的球墨铸铁具有较高的强度，并且具有较好的延伸率力学性能较为优异。
附图说明：
图1为本发明实施例1的金相图；
图2为本发明实施例2的金相图；
图3为本发明实施例3的金相图。
具体实施方式：
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
一种高性能球墨铸铁，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.62％，Si 2.15％，Mn 0.33％，Cu 0.41％，Mg 0.04％，Ni 0.24％，Sb0.004％，Hf 0.02％，Bi 0.002％，Cr 0.07％，Al 0.008％，S 0.01％，P 0.019％，余量为Fe。
所述高性能球墨铸铁的生产工艺如下：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1478℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅合金球化剂占铁水总重量的1.33％，再将占铁水总重量0.15％的硅锰铬锶孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育，其中，硅锰铬锶孕育剂中各化学成分质量比为：Si 63.4％，Mn 1.3％，Cr 2.2％，Sr 0.12％；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.55％的硅铁铈孕育剂，进行2次孕育，其中，硅铁铈孕育剂中各化学成分质量比为：Si 31.3％，Fe 31.3％，Ce0.14％；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1365℃，并随流添加占铁水总重0.15％的硅锶钡随流孕育剂，进行浇注，其中，硅锶钡随流孕育剂中各化学成分质量比为：Si 72.9％，Sr0.18％，Ba 1.1％。
其金相图如图1所示。
实施例2：
一种高性能球墨铸铁，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.65％，Si 2.12％，Mn 0.36％，Cu 0.45％，Mg 0.03％，Ni 0.21％，Sb0.005％，Hf 0.03％，Bi 0.002％，Cr 0.09％，Ta 0.18％，Nb 0.07％，Al 0.01％，S0.008％，P 0.019％，余量为Fe。
所述高性能球墨铸铁的生产工艺如下：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1485℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅合金球化剂占铁水总重量的1.40％，再将占铁水总重量0.16％的硅锰铬锶孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育，其中，硅锰铬锶孕育剂中各化学成分质量比为：Si 64.1％，Mn 1.6％，Cr 2.1％，Sr 0.11％；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.52％的硅铁铈孕育剂，进行2次孕育，其中，硅铁铈孕育剂中各化学成分质量比为：Si 34.2％，Fe 33.3％，Ce0.16％；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1378℃，并随流添加占铁水总重0.14％的硅锶钡随流孕育剂，进行浇注，其中，硅锶钡随流孕育剂中各化学成分质量比为：Si 72.0％，Sr0.15％，Ba 0.9％。
其金相图如图2所示。
实施例3：
一种高性能球墨铸铁，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.61％，Si 2.16％，Mn 0.32％，Cu 0.47％，Mg 0.03％，Ni 0.21％，Sb0.004％，Hf 0.04％，Bi 0.002％，Cr 0.07％，Ta 0.13％，Nb 0.10％，Al 0.008％，S0.008％，P 0.016％，余量为Fe。
所述高性能球墨铸铁的生产工艺如下：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1490℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅合金球化剂占铁水总重量的1.37％，再将占铁水总重量0.11％的硅锰铬锶孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育，其中，硅锰铬锶孕育剂中各化学成分质量比为：Si 64.6％，Mn 1.9％，Cr 2.2％，Sr 0.09％；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.59％的硅铁铈孕育剂，进行2次孕育，其中，硅铁铈孕育剂中各化学成分质量比为：Si 31.4％，Fe 34.8％，Ce0.14％；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1380℃，并随流添加占铁水总重0.17％的硅锶钡随流孕育剂，进行浇注，其中，硅锶钡随流孕育剂中各化学成分质量比为：Si 72.4％，Sr0.17％，Ba 1.0％。
其金相图如图3所示。
对比实施例1：
一种高性能铸态珠光体球墨铸铁，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.6％，Si 2.1％，Mn 0.4％，Cu 0.5％，Mg 0.05％，Ni 0.25％，Sb 0.004％，Hf0.02％，Bi 0.002％，Cr 0.06，Al 0.01％，S 0.01％，P 0.02％，余量为Fe。
所述高性能球墨铸铁的生产工艺如下：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1490℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅合金球化剂占铁水总重量的1.3％，再将占铁水总重量0.20％的硅锰铬锶孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育，其中，硅锰铬锶孕育剂中各化学成分质量比为：Si 65％，Mn 2.0％，Cr 2.0％，Sr0.08％；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.5％的硅铁铈孕育剂，进行2次孕育，其中，硅铁铈孕育剂中各化学成分质量比为：Si 30％，Fe 35％，Ce 0.1％；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1360℃，并随流添加占铁水总重0.13％的硅锶钡随流孕育剂，进行浇注，其中，硅锶钡随流孕育剂中各化学成分质量比为：Si 72％，Sr 0.2％，Ba 1.2％。
对比实施例2：
一种高性能球墨铸铁，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.62％，Si 2.14％，Mn 0.3％，Cu 0.44％，Mg 0.03％，Ni 0.22％，Sb 0.004％，Al 0.015％，S≤0.015％，P≤0.025％，余量为Fe。
所述高性能球墨铸铁的生产工艺如下：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1485℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅铁合金球化剂为占铁水总重量的1.5％，再将占铁水总重量0.15％的高钙钡孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.6％的高钙钡孕育剂，进行2次孕育；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1370℃，并随流添加占铁水总重0.15％的硫氧随流孕育剂，进行浇注。
以下是各实施例的性能测试数据：
上述各实施例分析：实施例3为本发明的最优选实施例，其各项数据经过多项实验分析计算得出，具有非常优异的力学性能；对比实施例1采用的是本发明的各项极值，其力学性能勉强合格；对比实施例2取消了某些稀有元素的使用，并采用常用的孕育剂制得，其力学性能不合格。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高性能球墨铸铁，其特征在于，由如下质量比的化学成分组成：
C 3.6-3.7％，Si 2.1-2.2％，Mn 0.3-0.4％，Cu 0.4-0.5％，Mg 0.02-0.05％，Ni 0.2-0.25％，Sb 0.004-0.005％，Hf 0.02-0.06％，Bi 0.001-0.002％，Cr 0.06-0.1％，Al≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
2.根据权利要1所述的高性能球墨铸铁，其特征在于，由如下质量比的化学成分组成：C3.61％，Si 2.16％，Mn 0.32％，Cu 0.47％，Mg 0.03％，Ni 0.21％，Sb 0.004％，Hf0.04％，Bi 0.002％，Cr 0.07％，Al≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的高性能球墨铸铁，其特征在于，还包括如下质量比的化学成分：Ta 0.1-0.2％，Nb 0.06-0.12％。
4.根据权利要求3所述的高性能球墨铸铁，其特征在于，所述Ta、Nb的质量比为：Ta0.13％，Nb 0.10％。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高性能球墨铸铁的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料：精选废钢70％、回料30％加入炉内，加热熔化为铁水，取样检测，对铁水进行各组分含量调整；
(2)球化孕育：将铁水升温至1470～1490℃出炉，进行球化，加入稀土镁硅合金球化剂占铁水总重量的1.3～1.5％，再将占铁水总重量0.1～0.2％的硅锰铬锶孕育剂覆盖在球化剂上，进行初步孕育；
(3)倒包孕育：当铁水出到所需数量，在另外一个包内加入0.5～0.6％的硅铁铈孕育剂，进行2次孕育；
(4)浇注成型：铁水浇注温度为1360～1380℃，并随流添加占铁水总重0.13～0.17％的硅锶钡随流孕育剂，进行浇注。
6.根据权利要求5所述的高性能球墨铸铁的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，硅锰铬锶孕育剂中各化学成分质量比为：Si 62-65％，Mn 1.2-2.0％，Cr 2.0-2.8％，Sr 0.08-0.12％。
7.根据权利要求5所述的高性能球墨铸铁的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，硅铁铈孕育剂中各化学成分质量比为：Si 30-35％，Fe 30-35％，Ce 0.1-0.2％。
8.根据权利要求5所述的高性能球墨铸铁的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，硅锶钡随流孕育剂中各化学成分质量比为：Si 72-73％，Sr 0.1-0.2％，Ba 0.8-1.2％。
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