CN111850383A - 一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料及其制备方法，其中，高强度、高延伸率的球墨铸铁材料包括如下重量份配比的原料：24‑26份的生铁、24‑26份的废钢、48‑52份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.4‑0.9份的速溶增碳剂、3.1‑3.4份的碳、3.0‑3.4份的硅、0.05‑0.2份的锰、0.01‑0.05份的磷、0.005‑0.02份的硫、0.4‑0.7份的铜、0.001‑0.02份的锡。本发明制备的球墨铸铁材料产品的性能更加安全，相比现有球墨铸铁材料，具有高强度和高延伸性。

Description

一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁制备技术领域，具体为一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料及其制备方法。
背景技术
在铸态条件下，现有球墨铸铁：QT 600，其延伸率要求一般为3％以上，以下为现有QT 600-3的主要性能参数：抗拉强度：600MPa↑,屈服强度：370MPa↑,延伸率：3％↑。
从现行的球墨铸铁的国标：GB/T 1348-2009，会明显的发现：材料的强度越高、其延伸率会越低，它们呈现一种反比关系，无法达到既能满足高强度的要求，又能达到高延伸率的性能。例如：QT 450-10，抗拉强度为450MPa以上，延伸率为10％以上，但是QT 600-3，抗拉强度为600MPa以上，但是其延伸率仅为3％以上。
现有方法一般都是通过改变合金元素的含量来提升或者降低材料的性能参数。比如：Mn、Sn等合金来提升基体组织中珠光体含量，从而得到较高的抗拉强度及屈服强度，但是其延伸率随之降低。反之如果用减少Mn、Sn等合金来降低基体组织中珠光体含量，从而得到较高的延伸率，那么抗拉强度及屈服强度变低，不能得到高强度高延伸性的球墨铸铁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。使其产品的性能更加安全，并同时通过高性能材料降低产品重量，从而达到降低成本的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，包括如下重量份配比的原料：24-26份的生铁、24-26份的废钢、48-52份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.4-0.9份的速溶增碳剂、3.1-3.4份的碳、3.0-3.4份的硅、0.05-0.2份的锰、0.01-0.05份的磷、0.005-0.02份的硫、0.4-0.7份的铜、0.001-0.02份的锡。
作为本发明进一步的方案：包括如下具体重量份配比的原料：25份的生铁、25份的废钢、50份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.7份的速溶增碳剂、3.25份的碳、3.2份的硅、0.2份的锰、0.05份的磷、0.02份的硫、0.7份的铜、0.02份的锡。
作为本发明进一步的方案：包括如下具体重量份配比的原料：24份的生铁、24份的废钢、48份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.4份的速溶增碳剂、3.1份的碳、3.0份的硅、0.1份的锰、0.03份的磷、0.01份的硫、0.4份的铜、0.01份的锡。
作为本发明进一步的方案：包括如下具体重量份配比的原料：26份的生铁、26份的废钢、52份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.9份的速溶增碳剂、3.4份的碳、3.4份的硅、0.15份的锰、0.04份的磷、0.015份的硫、0.5份的铜、0.015份的锡。
一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照配比，将生铁、废钢、回炉料、预处理剂、碳、硅、锰、磷、硫、铜以及锡，依次加入到熔解炉中进行熔解；
S2、待铁水完全熔解后，对铁水进行除渣，并对铁水取样，检测化学成分，化学成分合格后，出铁水前，需检测铁水温度，保证铁水温度达到1530-1550℃；
S3、在将铁水倒入球化包前，先将速熔增碳剂放入球化包底部，再将铁水倒入球化包中，球化前，需再次对铁水温度进行检测，其温度控制在1490-1510℃；
S4、球化完成后，将球化好的铁水倒入浇注桶中，并进行再次除渣；
S5、在浇注前和浇注最后一模时，需对铁水再次测温，需保证铁水温度控制在1370-1430℃，每个浇包的浇注时间需控制在15分钟以内，超过该时间，铁水需进行报废处理，浇注成型后，产品在砂模中冷却71分钟后，即为高强度、高延伸率的球墨铸铁材料产品。
作为本发明进一步的方案：所述预处理剂包括如下重量份配比的原料：64-72份的硅、25-33份的非平衡石墨、0.5-1.5份的钙、1.5-2.5份的铝。
作为本发明进一步的方案：所述速熔增碳剂的粒度为0.2-0.5mm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S5中，还需要同时对末模铁水取球化率试块和化学成分试块，确保球化效果和化学成分满足设计要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明配方中，碳为3.1-3.4份、硅为3.0-3.4份，相比传统工艺，降低了碳含量，提升了硅含量，硅元素有强化铁素体基体的作用，因此提高硅的含量，即保证了延伸率，又提高了强度；锰、锡元素容易促进碳化物的产生，然而碳化物对延伸率是有害的，会导致延伸率的下降，因此，本发明配方中，锰为0.05-0.2份、锡为0.001-0.02份，相比传统工艺，降低了锰、锡的含量，配比控制更合理；将铜的含量更改为0.4-0.7份，有利于促进石墨化，促进珠光体的形成，稳定珠光体，提升强度和延伸率；在熔解炉中追加有预处理剂，有利于增多球墨数量，细化球墨大小，从而提高和稳定强度及延伸率；在浇注桶中追加一定比例的速熔增碳剂，以保证浇注桶的铁水中的碳元素含量一致性，从而来提高整炉产品性能的一致性。
附图说明
图1为本发明工艺制备球墨铸铁材料中球状石墨数量和球化率列表图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，包括如下具体重量份配比的原料：25份的生铁、25份的废钢、50份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.7份的速溶增碳剂、3.25份的碳、3.2份的硅、0.2份的锰、0.05份的磷、0.02份的硫、0.7份的铜、0.02份的锡。
一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照配比，将生铁、废钢、回炉料、预处理剂、碳、硅、锰、磷、硫、铜以及锡，依次加入到熔解炉中进行熔解；
S2、待铁水完全熔解后，对铁水进行除渣，并对铁水取样，检测化学成分，化学成分合格后，出铁水前，需检测铁水温度，保证铁水温度达到1530-1550℃；
S3、在将铁水倒入球化包前，先将速熔增碳剂放入球化包底部，再将铁水倒入球化包中，球化前，需再次对铁水温度进行检测，其温度控制在1490-1510℃；
S4、球化完成后，将球化好的铁水倒入浇注桶中，并进行再次除渣；
S5、在浇注前和浇注最后一模时，需对铁水再次测温，需保证铁水温度控制在1370-1430℃，每个浇包的浇注时间需控制在15分钟以内，超过该时间，铁水需进行报废处理，浇注成型后，产品在砂模中冷却71分钟后，即为高强度、高延伸率的球墨铸铁材料产品。
其中，所述预处理剂包括如下重量份配比的原料：64份的硅、33份的非平衡石墨、0.5份的钙、2.5份的铝。所述速熔增碳剂的粒度为0.2-0.5mm。所述步骤S5中，还需要同时对末模铁水取球化率试块和化学成分试块，确保球化效果和化学成分满足设计要求。
实施例2：一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，包括如下具体重量份配比的原料：24份的生铁、24份的废钢、48份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.4份的速溶增碳剂、3.1份的碳、3.0份的硅、0.1份的锰、0.03份的磷、0.01份的硫、0.4份的铜、0.01份的锡。
一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照配比，将生铁、废钢、回炉料、预处理剂、碳、硅、锰、磷、硫、铜以及锡，依次加入到熔解炉中进行熔解；
S2、待铁水完全熔解后，对铁水进行除渣，并对铁水取样，检测化学成分，化学成分合格后，出铁水前，需检测铁水温度，保证铁水温度达到1530-1550℃；
S3、在将铁水倒入球化包前，先将速熔增碳剂放入球化包底部，再将铁水倒入球化包中，球化前，需再次对铁水温度进行检测，其温度控制在1490-1510℃；
S4、球化完成后，将球化好的铁水倒入浇注桶中，并进行再次除渣；
S5、在浇注前和浇注最后一模时，需对铁水再次测温，需保证铁水温度控制在1370-1430℃，每个浇包的浇注时间需控制在15分钟以内，超过该时间，铁水需进行报废处理，浇注成型后，产品在砂模中冷却71分钟后，即为高强度、高延伸率的球墨铸铁材料产品。
其中，所述预处理剂包括如下重量份配比的原料：72份的硅、25份的非平衡石墨、1.5份的钙、1.5份的铝。所述速熔增碳剂的粒度为0.2-0.5mm。所述步骤S5中，还需要同时对末模铁水取球化率试块和化学成分试块，确保球化效果和化学成分满足设计要求。
实施例3：一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，包括如下具体重量份配比的原料：26份的生铁、26份的废钢、52份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.9份的速溶增碳剂、3.4份的碳、3.4份的硅、0.15份的锰、0.04份的磷、0.015份的硫、0.5份的铜、0.015份的锡。
一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照配比，将生铁、废钢、回炉料、预处理剂、碳、硅、锰、磷、硫、铜以及锡，依次加入到熔解炉中进行熔解；
S2、待铁水完全熔解后，对铁水进行除渣，并对铁水取样，检测化学成分，化学成分合格后，出铁水前，需检测铁水温度，保证铁水温度达到1530-1550℃；
S3、在将铁水倒入球化包前，先将速熔增碳剂放入球化包底部，再将铁水倒入球化包中，球化前，需再次对铁水温度进行检测，其温度控制在1490-1510℃；
S4、球化完成后，将球化好的铁水倒入浇注桶中，并进行再次除渣；；
S5、在浇注前和浇注最后一模时，需对铁水再次测温，需保证铁水温度控制在1370-1430℃，每个浇包的浇注时间需控制在15分钟以内，超过该时间，铁水需进行报废处理，浇注成型后，产品在砂模中冷却71分钟后，即为高强度、高延伸率的球墨铸铁材料产品。
其中，所述预处理剂包括如下重量份配比的原料：68份的硅、29份的非平衡石墨、1.2份的钙、1.8份的铝。所述速熔增碳剂的粒度为0.2-0.5mm。所述步骤S5中，还需要同时对末模铁水取球化率试块和化学成分试块，确保球化效果和化学成分满足设计要求。
本发明配方中，碳为3.1-3.4份、硅为3.0-3.4份，相比传统工艺，降低了碳含量，提升了硅含量，硅元素有强化铁素体基体的作用，因此提高硅的含量，即保证了延伸率，又提高了强度；
锰、锡元素容易促进碳化物的产生，然而碳化物对延伸率是有害的，会导致延伸率的下降，因此，本发明配方中，锰为0.05-0.2份、锡为0.001-0.02份，相比传统工艺，降低了锰、锡的含量，配比控制更合理；
将铜的含量更改为0.4-0.7份，有利于促进石墨化，促进珠光体的形成，稳定珠光体，提升强度和延伸率；在熔解炉中追加有预处理剂，有利于增多球墨数量，细化球墨大小，从而提高和稳定强度及延伸率；
在球化桶中追加一定比例的速熔增碳剂，以保证浇注桶的铁水中的碳元素含量一致性，从而来提高整炉产品性能的一致性。
对本发明实施例1-3所制备的球墨铸铁材料产品进行性能参数检测，对传统工艺制备的球墨铸铁材料产品进行性能参数检测，对比结果见表1。
表1：本发明工艺与传统工艺制备的球墨铸铁材料相关性能参数对比
Figure BDA0002616701100000071
从表1的检测数据对比看，应用此工艺后，球墨铸铁材料抗拉强度与变更前基本一致，但是其屈服强度、延伸率都明显优于前者。
表2为不同轮次的同一炉首末模实体碳的变化量(不加速熔增碳剂，最终产品的质量比％)。
表2：传统工艺中不同轮次的同一炉首末模实体碳的变化量
第1炉 第2炉 第3炉
首模 3.31 3.32 3.35
末模 3.21 3.23 3.24
差值 0.10 0.09 0.11
表3为不同轮次的同一炉首末模实体碳的变化量(加速熔增碳剂，最终产品的质量比％)。
表3：本发明工艺中不同轮次的同一炉首末模实体碳的变化量
第1炉 第2炉 第3炉 第4炉 第5炉 第6炉 第7炉
首模 3.41 3.42 3.35 3.33 3.35 3.36 3.31
末模 3.43 3.43 3.34 3.30 3.36 3.38 3.29
差值 -0.02 -0.01 0.01 0.03 -0.01 -0.02 0.02
从上面表2和表3可以看出：加速熔增碳剂的同一炉首末模碳的变化量要远远小于不加速熔增碳剂的同一炉首末模碳的变化量。
利用本发明工艺制备球墨铸铁材料，球状石墨数量和球化率有明显提升，具体请见图1(本发明工艺制备球墨铸铁材料中球状石墨数量和球化率列表图)，实施例1-3分别对应第1-3炉。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，其特征在于，包括如下重量份配比的原料：24-26份的生铁、24-26份的废钢、48-52份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.4-0.9份的速溶增碳剂、3.1-3.4份的碳、3.0-3.4份的硅、0.05-0.2份的锰、0.01-0.05份的磷、0.005-0.02份的硫、0.4-0.7份的铜、0.001-0.02份的锡。
2.根据权利要求1所述的一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，其特征在于，包括如下具体重量份配比的原料：25份的生铁、25份的废钢、50份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.7份的速溶增碳剂、3.25份的碳、3.2份的硅、0.2份的锰、0.05份的磷、0.02份的硫、0.7份的铜、0.02份的锡。
3.根据权利要求1所述的一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，其特征在于，包括如下具体重量份配比的原料：24份的生铁、24份的废钢、48份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.4份的速溶增碳剂、3.1份的碳、3.0份的硅、0.1份的锰、0.03份的磷、0.01份的硫、0.4份的铜、0.01份的锡。
4.根据权利要求1所述的一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料，其特征在于，包括如下具体重量份配比的原料：26份的生铁、26份的废钢、52份的回炉料、0.625份的预处理剂、0.9份的速溶增碳剂、3.4份的碳、3.4份的硅、0.15份的锰、0.04份的磷、0.015份的硫、0.5份的铜、0.015份的锡。
5.一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照配比，将生铁、废钢、回炉料、预处理剂、碳、硅、锰、磷、硫、铜以及锡，依次加入到熔解炉中进行熔解；
S2、待铁水完全熔解后，对铁水进行除渣，并对铁水取样，检测化学成分，化学成分合格后，出铁水前，需检测铁水温度，保证铁水温度达到1530-1550℃；
S3、在将铁水倒入球化包前，先将速熔增碳剂放入球化包底部，再将铁水倒入球化包中，球化前，需再次对铁水温度进行检测，其温度控制在1490-1510℃；
S4、球化完成后，将球化好的铁水倒入浇注桶中，并进行再次除渣；
S5、在浇注前和浇注最后一模时，需对铁水再次测温，需保证铁水温度控制在1370-1430℃，每个浇包的浇注时间需控制在15分钟以内，超过该时间，铁水需进行报废处理，浇注成型后，产品在砂模中冷却71分钟后，即为高强度、高延伸率的球墨铸铁材料产品。
6.根据权利要求5所述的一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，所述预处理剂包括如下重量份配比的原料：64-72份的硅、25-33份的非平衡石墨、0.5-1.5份的钙、1.5-2.5份的铝。
7.根据权利要求5所述的一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，所述速熔增碳剂的粒度为0.2-0.5mm。
8.根据权利要求5所述的一种高强度、高延伸率的球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，还需要同时对末模铁水取球化率试块和化学成分试块，确保球化效果和化学成分满足设计要求。
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