CN109930060A - 一种铁素体球墨铸铁型材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸铁材料及铸造冶金技术领域，特别涉及一种铁素体球墨铸铁型材及其制备方法。该型材是由下列元素按照质量百分比制备而成：碳：3.35％‑3.45％，硅：3.2％‑3.4％，锰：0.20％‑0.30％，铋：0.002％‑0.01％，磷：0.02％‑0.05％，硫0.006％‑0.015％，其余为铁。本发明提高了铁素体球墨铸铁型材的强度和韧性，具有实用性强的优点。

Description

一种铁素体球墨铸铁型材及其制备方法

技术领域

本发明属于铸铁材料及铸造冶金技术领域，特别涉及一种铁素体球墨铸铁型材及其制备方法。

背景技术

球墨铸铁是20世纪五十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，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。

铁素体球墨铸铁指基体中铁素体含量大于80％、余为珠光体的球墨铸铁，具有良好的冲击塑性和韧性，但强度较低。其用于制造受力较大而又承受震动和冲击的零件，大量用于汽车、农机、船舶、冶金、化工等部门、成为重要的铸铁材料。

影响铁素体球墨铸铁性能的主要因素为化学成分、石墨球的大小及形状、残留的自由渗碳体及夹杂物相、铁素体的晶粒度等。中国专利CN201610496177.4 公开了一种“铁素体球墨铸铁及其制备方法”，此发明通过选用优质的原材料，调整铁水中碳、硅、锰的含量，铁水经脱氧净化，预处理，球化孕育处理，获得高强度高韧性铁素体球墨铸铁，但是对于铁素体球墨铸件的强度及韧性还可以做进一步的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁素体球墨铸铁型材及其制备方法，提高了铁素体球墨铸铁的强度和韧性。

一种铁素体球墨铸铁型材，该型材是由下列元素按照质量百分比制备而成：碳：3.35％-3.45％，硅：3.2％-3.4％，锰：0.20％-0.30％，铋：0.002％-0.01％，磷： 0.02％-0.05％，硫0.006％-0.015％，其余为铁。

采用上述技术方案，能获得圆整、细小、数量多的石墨球数，制造的铁素体球墨铸铁的强度高、伸长率高，硬度变化范围小。

进一步优选为：该型材是由下列元素按照质量百分比制备而成：碳：3.4％，硅：3.3％，锰：0.27％，铋：0.01％，磷：0.05％，硫：0.012％，其余为铁。

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与可以连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为3-5小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为500-600℃；

(2)配料，将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.4％-3.5％，硅：2.1％-2.2％，锰：0.22％-0.32％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1500-1550℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1430-1450℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.7％-1.9％，硅块加入量为铁水质量的0.4％-0.6％，孕育剂加入量为铁水质量的0.4％-0.6％，铋加入量为铁水质量的0.002％-0.01％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.35％-3.45％，硅：3.2％-3.4％，锰：0.20％-0.30％，铋：0.002％-0.01％，磷：0.02％-0.05％，硫0.006％-0.015％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在1375-1390℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1335-1350℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长35-50mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

进一步优选为：步骤(2)中称取的炉后配料中生铁、废钢、回炉料称取量按以下质量份数比称取：生铁：废钢：回炉料是65:15:20。

进一步优选为：步骤(2)中所述生铁为生铁Q10。

进一步优选为：步骤(4)中所述球化剂为稀土镁硅铁合金，所述球化剂的粒度大小为10-30mm，所述球化剂加入量为铁水质量的1.7％。

进一步优选为：步骤(4)中所述硅块为75^#硅块，所述硅块粒度大小为 15-35mm，所述硅块的加入量为铁水质量的0.5％。

进一步优选为：步骤(4)中所述孕育剂为钡硅铁，所述孕育剂的粒度大小为3-8mm，所述孕育剂加入量为铁水质量的0.5％。

进一步优选为：步骤(6)中所述拉拔设备包括牵引机组和主控操作盘，拉拔时待所述牵引机组启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，然后确定所述主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。

进一步优选为：步骤(6)中给连铸拉拔的保温炉补给铁水时，每次补给铁水的时间间隔控制在9-11分钟。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过在铁水球化处理时，在球化处理包内加入适量的纯金属铋，利用微量元素铋增加石墨球数，同时熔炼时加入硅块以及球化处理时加大孕育，通过高硅固溶强化和孕育作用，获得的石墨球圆整、细小且数量多，并且铁素体晶粒得到细化，消除了碳化物，从而可在水平连铸状态下获得比普通球墨铸铁强度高、延伸率大的性能优异的铁素体球墨铸铁型材。

具体实施方式

实施例1：

一种铁素体球墨铸铁型材，本型材为QT500-7材质的的型材，该型材是由下列元素按照质量百分比制备而成：碳：3.4％，硅：3.3％，锰：0.27％，铋：0.01％，磷：0.05％，硫：0.012％，其余为铁。

按照以上质量百分比制备而成的QT500-7材质的型材性能优异，具有强度高延伸率大的优点。

实施例2

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为3-5小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为500-600℃；

(2)配料将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.4％-3.5％，硅：2.1％-2.2％，锰：0.22％-0.32％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1500-1550℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1430-1450℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.7％-1.9％，硅块加入量为铁水质量的0.4％-0.6％，孕育剂加入量为铁水质量的0.4％-0.6％，铋加入量为铁水质量的0.002％-0.01％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.35％-3.45％，硅：3.2％-3.4％，锰： 0.20％-0.30％，铋：0.002％-0.01％，磷：0.02％-0.05％，硫0.006％-0.015％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在 1375-1390℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1335-1350℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长35-50mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

本实施例中，通过在铁水球化处理时，在球化处理包内加入适量的纯金属铋，利用微量元素铋增加石墨球数，同时熔炼时加入硅块以及球化处理时加大孕育，通过高硅固溶强化和孕育作用，获得的石墨球圆整、细小且数量多，并且铁素体晶粒得到细化，消除了碳化物，从而可在水平连铸状态下获得比普通球墨铸铁强度高、延伸率大的性能优异的铁素体球墨铸铁型材。

实施例3

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为4小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为500℃；

(2)配料将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.5％，硅：2.15％，锰：0.30％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1500℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1450℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.7％，硅块加入量为铁水质量的0.6％，孕育剂加入量为铁水质量的0.4％，铋加入量为铁水质量的 0.01％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.45％，硅：3.35％，锰：0.27％，铋：0.01％，磷：0.05％，硫：0.009％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在 1390℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1335℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长40mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

所述拉拔设备包括牵引机组和主控操作盘，拉拔时待所述牵引机组启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，然后确定所述主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。所述牵引机组包括牵引头，生产前严格按照生产型材的尺寸制作牵引头。同时选择大小合适的水冷石墨结晶器。在给连铸拉拔的保温炉补给铁水时，每次补给铁水的时间间隔控制在11分钟。

此类型材截面断面较大，液心在拉拔出口之外很远的距离仍会存在。生产时切忌拉拔速度偏快，液面过低等，会影响断面组织的质量，同时注意水冷石墨结晶器内的循环水的水量、水压、水温的控制，以出口端型材的颜色反差小，相对均匀为标准，禁止拉拔速度过快，这样容易使型材形成的结晶壳层薄且大面积的液芯形成，型材在水冷石墨结晶器外凝固时容易膨胀失圆。

所述生铁采用生铁Q10，所述生铁Q10按质量比由以下组分组成：碳：4.4％，硅：0.095％，磷：0.036％，锰：0.086％，硫：0.018％，钛：0.052％，其余为铁。所述废钢按质量比由以下组分组成：碳：0.41％，硅：0.16％，磷：0.036％，锰： 0.49％，硫：0.022％，钛：0.042％，其余为铁。所述回炉料按质量比由以下组分组成：碳：3.5％，硅：2.65％，磷：0.046％，锰：0.32％，硫：0.011％，其余为铁。所述增碳剂为高温石墨化后的低硫增碳剂，含碳量为95％以上。所述球化剂为稀土镁硅铁合金，所述球化剂的粒度大小为10-30mm，所述球化剂按质量比由以下组分组成：镁：6％-6.5％；硅：41-44％；其余为铁。所述硅块为75^#硅块，所述硅块粒度大小为15-35mm，所述硅块按质量比由以下组分组成：硅：65％-75％，其余为铁。所述孕育剂为钡硅铁，所述孕育剂的粒度大小为3-8mm，所述孕育剂按质量比由以下组分组成：硅：70％-75％，钙：0.8％-2.2％，铝：1％-2％，钡：4％-6％，其余为铁。

实施例4

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为3小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为550℃；

(2)配料将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.45％，硅：2.2％，锰：0.32％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1550℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1440℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.8％，硅块加入量为铁水质量的0.4％，孕育剂加入量为铁水质量的0.6％，铋加入量为铁水质量的 0.008％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.4％，硅：3.35％，锰：0.3％，铋：0.008％，磷：0.03％，硫：0.006％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在 1380℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1340℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长35mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

所述拉拔设备包括牵引机组和主控操作盘，拉拔时待所述牵引机组启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，然后确定所述主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。所述牵引机组包括牵引头，生产前严格按照生产型材的尺寸制作牵引头。同时选择大小合适的水冷石墨结晶器。在给连铸拉拔的保温炉补给铁水时，每次补给铁水的时间间隔控制在10分钟。

此类型材截面断面较大，液心在拉拔出口之外很远的距离仍会存在。生产时切忌拉拔速度偏快，液面过低等，会影响断面组织的质量，同时注意水冷石墨结晶器内的循环水的水量、水压、水温的控制，以出口端型材的颜色反差小，相对均匀为标准，禁止拉拔速度过快，这样容易使型材形成的结晶壳层薄且大面积的液芯形成，型材在水冷石墨结晶器外凝固时容易膨胀失圆。

所述生铁采用生铁Q10，所述生铁Q10按质量比由以下组分组成：碳：4.4％，硅：0.095％，磷：0.036％，锰：0.086％，硫：0.018％，钛：0.052％，其余为铁。所述废钢按质量比由以下组分组成：碳：0.41％，硅：0.16％，磷：0.036％，锰： 0.49％，硫：0.022％，钛：0.042％，其余为铁。所述回炉料按质量比由以下组分组成：碳：3.5％，硅：2.65％，磷：0.046％，锰：0.32％，硫：0.011％，其余为铁。所述增碳剂为高温石墨化后的低硫增碳剂，含碳量为95％以上。所述球化剂为稀土镁硅铁合金，所述球化剂的粒度大小为10-30mm，所述球化剂按质量比由以下组分组成：镁：6％-6.5％；硅：41-44％；其余为铁。所述硅块为75^#硅块，所述硅块粒度大小为15-35mm，所述硅块按质量比由以下组分组成：硅：65％-75％，其余为铁。所述孕育剂为钡硅铁，所述孕育剂的粒度大小为3-8mm，所述孕育剂按质量比由以下组分组成：硅：70％-75％，钙：0.8％-2.2％，铝：1％-2％，钡：4％-6％，其余为铁。

实施例5

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为5小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为600℃；

(2)配料将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.5％，硅：2.1％，锰：0.22％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1520℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1430℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.9％，硅块加入量为铁水质量的0.5％，孕育剂加入量为铁水质量的0.5％，铋加入量为铁水质量的0.002％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.45％，硅：3.4％，锰：0.2％，铋：0.002％，磷：0.02％，硫：0.015％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在 1375℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1350℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长50mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

所述拉拔设备包括牵引机组和主控操作盘，拉拔时待所述牵引机组启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，然后确定所述主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。所述牵引机组包括牵引头，生产前严格按照生产型材的尺寸制作牵引头。同时选择大小合适的水冷石墨结晶器。在给连铸拉拔的保温炉补给铁水时，每次补给铁水的时间间隔控制在9分钟。

此类型材截面断面较大，液心在拉拔出口之外很远的距离仍会存在。生产时切忌拉拔速度偏快，液面过低等，会影响断面组织的质量，同时注意水冷石墨结晶器内的循环水的水量、水压、水温的控制，以出口端型材的颜色反差小，相对均匀为标准，禁止拉拔速度过快，这样容易使型材形成的结晶壳层薄且大面积的液芯形成，型材在水冷石墨结晶器外凝固时容易膨胀失圆。

所述生铁采用生铁Q10，所述生铁Q10按质量比由以下组分组成：碳：4.4％，硅：0.095％，磷：0.036％，锰：0.086％，硫：0.018％，钛：0.052％，其余为铁。所述废钢按质量比由以下组分组成：碳：0.41％，硅：0.16％，磷：0.036％，锰： 0.49％，硫：0.022％，钛：0.042％，其余为铁。所述回炉料按质量比由以下组分组成：碳：3.5％，硅：2.65％，磷：0.046％，锰：0.32％，硫：0.011％，其余为铁。所述增碳剂为高温石墨化后的低硫增碳剂，含碳量为95％以上。所述球化剂为稀土镁硅铁合金，所述球化剂的粒度大小为10-30mm，所述球化剂按质量比由以下组分组成：镁：6％-6.5％；硅：41-44％；其余为铁。所述硅块为75^#硅块，所述硅块粒度大小为15-35mm，所述硅块按质量比由以下组分组成：硅：65％-75％，其余为铁。所述孕育剂为钡硅铁，所述孕育剂的粒度大小为3-8mm，所述孕育剂按质量比由以下组分组成：硅：70％-75％，钙：0.8％-2.2％，铝：1％-2％，钡：4％-6％，其余为铁。

实施例6

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为4小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为600℃；

(2)配料将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.4％，硅：2.18％，锰：0.30％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1540℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1450℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.8％，硅块加入量为铁水质量的0.4％，孕育剂加入量为铁水质量的0.6％，铋加入量为铁水质量的 0.008％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.35％，硅：3.2％，锰：0.27％，铋：0.01％，磷：0.05％，硫：0.012％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在 1380℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1341℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长45mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

所述拉拔设备包括牵引机组和主控操作盘，拉拔时待所述牵引机组启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，然后确定所述主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。所述牵引机组包括牵引头，生产前严格按照生产型材的尺寸制作牵引头。同时选择大小合适的水冷石墨结晶器。在给连铸拉拔的保温炉补给铁水时，每次补给铁水的时间间隔控制在10分钟。

此类型材截面断面较大，液心在拉拔出口之外很远的距离仍会存在。生产时切忌拉拔速度偏快，液面过低等，会影响断面组织的质量，同时注意水冷石墨结晶器内的循环水的水量、水压、水温的控制，以出口端型材的颜色反差小，相对均匀为标准，禁止拉拔速度过快，这样容易使型材形成的结晶壳层薄且大面积的液芯形成，型材在水冷石墨结晶器外凝固时容易膨胀失圆。

所述生铁采用生铁Q10，所述生铁Q10按质量比由以下组分组成：碳：4.4％，硅：0.095％，磷：0.036％，锰：0.086％，硫：0.018％，钛：0.052％，其余为铁。所述废钢按质量比由以下组分组成：碳：0.41％，硅：0.16％，磷：0.036％，锰： 0.49％，硫：0.022％，钛：0.042％，其余为铁。所述回炉料按质量比由以下组分组成：碳：3.5％，硅：2.65％，磷：0.046％，锰：0.32％，硫：0.011％，其余为铁。所述增碳剂为高温石墨化后的低硫增碳剂，含碳量为95％以上。所述球化剂为稀土镁硅铁合金，所述球化剂的粒度大小为10-30mm，所述球化剂按质量比由以下组分组成：镁：6％-6.5％；硅：41-44％；其余为铁。所述硅块为75^#硅块，所述硅块粒度大小为15-35mm，所述硅块按质量比由以下组分组成：硅：65％-75％，其余为铁。所述孕育剂为钡硅铁，所述孕育剂的粒度大小为3-8mm，所述孕育剂按质量比由以下组分组成：硅：70％-75％，钙：0.8％-2.2％，铝：1％-2％，钡：4％-6％，其余为铁。

实施例7

本实施例为了能够与实施例3-6形成对比，从而将各原料的选用量的变化带来的效果凸显出来设置了以下对比例。

对比例1：

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，与实施例3-6的不同之处在，步骤 (4)中不加微量元素铋，以后步骤也做相应的变化，从而得到对比方案1-4的铁素体球墨制铁型材。

对比例2：

一种铁素体球墨铸铁型材的制备方法，与实施例3-6的不同之处在，步骤(4)中不加硅块，以后步骤也做相应的变化，从而得到对比方案5-8的铁素体球墨制铁型材。

将实施例3-6制备的铁素体球墨铸铁型材和对比例1和2(即对比方案1-8) 的铁素体球墨铸铁型材进行性能测试和金相检测，具体检测方法如下：

1、抗拉强度、屈服强度以及延伸率试验

(1)取样，在型材的半径中心处沿型材纵向切取的试样；

(2)试验，试验采用万能材料试验机进行测试，试验方法为一般试验方法。

2、硬度试验

硬度试验实验原理：

布氏硬度测量方法原理是将一定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径。

由压头球直径D和测量所得的试样压痕直径d可算出压痕面积，即：S＝

于是布氏硬度值可由以下式算出：布氏硬度＝常数×试验力/压痕表面积，即：

上式中：d＝(d1+d2)/2；D，d单位为mm；F单位为N。

HBE-3000M布氏硬度计采用布氏硬度测量原理，可进行布氏硬度测量，适用于未经淬火钢、铸铁、有色金属及质地较软的轴承合金等材料。具有测试精度高，测量范围宽，试验力自动加载、自动保持计时、自动卸载等特点。

本硬度计所带读数显微镜为20倍，鼓轮最小刻度值为0.005mm，使用时应合理利用光源。测量较小压痕直径时，也可以应用其它更大放大倍数的读数装置以提高读数准确度。

使用本机时试验力的选择应保证压痕直径在0.24D-0.6D之间；试验力-压头直径平方的比率(0.102F/D2)应根据材料和硬度选择，当试样尺寸允许时，优先选用10mm的球压头。

实验步骤：

(1)测试设备，检查接好的电源线，打开电源开关，电源指示灯亮。试验机进行自检、复位，显示当前的试验力保持时间，该参数自动记忆关机前的状态。

(2)安装压头，选取要用的压头，用酒精清洗其粘附的防锈油，然后用棉花或其它软布擦拭干净，装入主轴孔内，旋转紧定螺钉使其轻压于压头尾柄之扁平处；同时将试样平稳、密合的安放在样品台。顺时针转动手轮，使样品台上升，试样与压头接触，直至手轮与螺母产生相对滑动(打滑)，最后将压头紧定螺钉旋紧。

(3)选择试验力，硬度计能提供5种试验力供选用，共有砝码7个，其中 1个1.25kg砝码，1个5kg砝码，5个10kg砝码，通过砝码的组合来实现5种试验力。

(4)试验力保持时间设置，将标准硬度块放置在样品台中央，顺时针平稳转动手轮，使样品台上升，试样与压头接触；直至手轮与螺母产生相对滑动(打滑)，即停止转动手轮。此时按“开始”键，试验开始自动运行，依次自动完成以下过程：试验力加载(加载指示灯亮)；试验力完全加上后开始按设定的保持时间倒计时，保持该试验力(保持指示灯亮)；时间到后立即开始卸载(卸载指示灯亮)，完成卸载后恢复初始状态(电源指示灯亮)。

(5)试验，将被测试样放置在样品台中央，按照上述方法测试出试样的硬度值，所述硬度值包括试样的上边缘的硬度值、试样中心的上1/4处的硬度值、试样的中心硬度值、试样中心的下1/4处的硬度值、试样的下边缘处的硬度值、试样的左边缘处的硬度值、试样中心的左1/4处的硬度值、试样中心的右1/4 处的硬度值、型材的右边缘处的硬度值，从而得出试样的硬度波动范围。

3、金相试验

(1)取样，自型材断面截取试验圆片；

(2)样片处理，将试验圆片经过粗研磨、细研磨、抛光，然后用4％的硝酸酒精腐蚀，再用清水冲洗干净，最后风干待观察；

(3)观察并得出结果，将处理后的样片放金相显微镜下观察，观察分析金相显微镜中样片的基体组织比例及分布，得出结果。

通过上述试验，各试验型材的测试结果下表所示：

QT500-7材质性能应达到的要求为，抗拉强度(MPa):≥500，屈服强度(MPa): ≥320，伸长率(％):≥7，硬度:170-230HB

通过上述测试结果可知，本发明的铁素体球墨铸铁具有高强度，高韧性，伸长率高，硬度波动范围小，铁素体含量高，型材的综合性能较好。

本发明利用微量铋增加石墨球数，利用水冷快速与高硅固溶强化与孕育作用，获得圆整、细小、数量多的石墨球数，并细化铁素体晶粒，消除碳化物，从而在铸态下获得比普通球墨铸铁强度与延伸率都优异的球墨铸铁，且硬度变化范围小。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种铁素体球墨铸铁型材，其特征在于：该型材是由下列元素按照质量百分比制备而成：碳：3.35％-3.45％，硅：3.2％-3.4％，锰：0.20％-0.30％，铋：0.002％-0.01％，磷：0.02％-0.05％，硫0.006％-0.015％，其余为铁。

2.根据权利要求1所述的高铁素体球墨铸铁型材，其特征在于：该型材是由下列元素按照质量百分比制备而成：碳：3.4％，硅：3.3％，锰：0.27％，铋：0.01％，磷：0.05％，硫：0.012％，其余为铁。

3.基于权利要求1所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)炉前准备，将水冷石墨结晶器与连铸拉拔的保温炉组合安装完毕后，使用天然气烘烤连铸拉拔的保温炉，烘烤时间为3-5小时，生产前连铸拉拔的保温炉内的温度为500-600℃；

(2)配料，将生铁、废钢、回炉料以及增碳剂按下列目标值计算称取以上金属材料：碳：3.4％-3.5％，硅：2.1％-2.2％，锰：0.22％-0.32％；

(3)熔炼，采用中频感应电炉熔炼，将称量好的生铁、废钢、回炉料以及增碳剂投入中频感应电炉熔炼，铁水升高到1500-1550℃之间，过热完成后，转入连续往铁水包内出铁水的保温炉，与连续往铁水包内出铁水的保温炉内储存的铁液混合，同时温度降至合适出炉的温度范围1430-1450℃；

(4)铁水球化和孕育，称取计算量的球化剂、硅块、孕育剂以及铋用铁水包内冲入法进行球化和孕育，球化剂加入量为铁水质量的1.7％-1.9％，硅块加入量为铁水质量的0.4％-0.6％，孕育剂加入量为铁水质量的0.4％-0.6％，铋加入量为铁水质量的0.002％-0.01％；

(5)检测，孕育处理后的铁水取样化验，并根据化验结果补充相关配料使铁水中各元素的质量百分比为：碳：3.35％-3.45％，硅：3.2％-3.4％，锰：0.20％-0.30％，铋：0.002％-0.01％，磷：0.02％-0.05％，硫0.006％-0.015％，其余为铁；

(6)水平连铸拉拔：扒完渣后对铁水进行温度测试，铁水温度控制在1375-1390℃之间，然后将铁水倾倒入连铸拉拔的保温炉，倾倒完成后控制连铸拉拔的保温炉内铁液温度在1335-1350℃；根据需要补给铁水；铁水注入连铸拉拔的保温炉内之后停留3分钟，然后启动水平连铸拉拔的拉拔设备，所述拉拔设备以步长35-50mm/步并以拉-停-拉的方式进行拉拔，在拉拔过程中控制所述水冷石墨结晶器中的循环水的出水温度不高于50℃。

4.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(2)中称取的炉后配料中生铁、废钢、回炉料称取量按以下质量份数比称取：生铁：废钢：回炉料是65:15:20。

5.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述生铁为生铁Q10。

6.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述球化剂为稀土镁硅铁合金，所述球化剂的粒度大小为10-30mm，所述球化剂加入量为铁水质量的1.7％。

7.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述硅块为75^#硅块，所述硅块粒度大小为15-35mm，所述硅块的加入量为铁水质量的0.5％。

8.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述孕育剂为钡硅铁，所述孕育剂的粒度大小为3-8mm，所述孕育剂加入量为铁水质量的0.5％。

9.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述拉拔设备包括牵引机组和主控操作盘，拉拔时待所述牵引机组启动稳定，红热的型材上辊之后，根据拉出的步长显示的颜色，判定是否需要提速，然后确定所述主控操作盘上拉拔与停留的正常生产的参数。

10.根据权利要求3所述的铁素体球墨铸铁型材的制备方法，其特征在于：步骤(6)中给连铸拉拔的保温炉补给铁水时，每次补给铁水的时间间隔控制在9-11分钟。