CN114231831A - 一种高强度高韧性球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度高韧性球墨铸铁，该球墨铸铁包括以下各组分：C、Si、Mn、P、S、Mg、Re，其余为Fe及其它微量元素；包括以下制备步骤：原材料准备及配比：采用以下各组分：生铁、废钢、回炉料；熔炼：将原料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分；球化孕育处理：将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理；浇注成形后得到产品；本发明制备的球墨铸铁金相组织良好，力学性能满足高强度高韧性球墨铸铁的需求，并且省去了高强度球墨铸铁需要的各种合金以及热处理，大大降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于球墨铸铁生产技术领域，具体涉及一种高强度高韧性球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
球铁具有优异的综合力学性能，目前已成功应用于机械设备、石油化工、矿山机械、风电设备、管道工业、交通运输和国防工业等领域。球铁随着其牌号的提高，在熔炼过程中会加入一些提高其力学性能的元素（Mn、Cu、Sn、Mo等），提高了生产成本，且其韧性会有一定程度的下降，为了满足高牌号球铁强度和韧性需求，我们会对其进行热处理，需要额外增加热处理的费用。为了满足高强度韧性球铁的需求，并且可以降低生产成本，急需开发一种新的球墨铸铁及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高强度高韧性球墨铸铁及其制备方法，本发明制备的球墨铸铁金相组织良好，力学性能满足高强度高韧性球墨铸铁的需求，并且省去了高强度球墨铸铁需要的各种合金以及热处理，大大降低了生产成本。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种高强度高韧性球墨铸铁，该球墨铸铁包括以下质量百分数的各组分：C 2.9~3.4%、Si 3.6~4.3%、Mn ≤0.3%、P ≤0.035%、S ≤0.02%、Mg 0.03~0.06%、Re 0.02~0.04%，其余为Fe及其它微量元素。
一种高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、原材料准备及配比：各原材料重量百分比含量为：生铁20~60%、废钢10~40%、回炉料20~45%；步骤二、熔炼：将步骤一的生铁、废钢和回炉料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到≥1450℃后取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分，铁液炉内化学成分经调整后质量百分数为：C 2.9~3.4%，Si 1.7~3%、Mn ≤0.3%；
步骤三、球化孕育处理：当步骤二中铁水温度达到1480~1520℃时，将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理，球化包为球化专用的铁水包，在包底修筑一道堤坝，在堤坝一侧按照处理铁液总重量的1.1~1.3%称量球化剂，在球化剂表面覆盖0.9~1.2%的孕育剂，并在最上面覆盖2~3kg的压铁，出炉至铁液总量2/3时，停止出铁10~30s，然后继续出铁至原定重量，铁液经球化孕育处理后，化学成分符合：C 2.9~3.4%、Si 3.6~4.3%、Mn ≤0.3%、P ≤0.035%、S ≤0.02%、Mg 0.03~0.06%、Re 0.02~0.04%，余量为Fe及其它微量元素；
步骤四、铁液球化反应完成后到浇注时间间隔为5~12min，浇注温度为1340～1420℃，浇注成形后得到产品。
进一步的，步骤一中生铁包括以下质量百分数的各组分：C 4~4.5%、Si 1~1.6%、Mn0.05~0.15%、S 0.01~0.03%、P 0.03~0.05%，其余为铁。
进一步的，步骤一中废钢包括以下质量百分数的各组分：C 0.1~0.3％、Si 0.2~0.4％、Mn 0.4~0.6％、P 0.02~0.04％、S 0.01~0.03％，其余为铁。
进一步的，步骤一中回炉料包括以下质量百分数的各组分：C 2.9~3.8%，Si 2.5~4.3％，Mn≤0.4％，P≤0.035％；S≤0.02％，其余为铁。
进一步的，步骤三中的球化剂的粒径为5~25mm，球化剂包括以下质量百分数的各组分：Si 40~45％、Mg 5~10％，Re 2~4%，其余为铁。
进一步的，步骤三中的孕育剂为75SiFe，其粒径为5~25mm，孕育剂包括以下质量百分数的各组分：Si 70~76%，其余为铁。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供了一种低成本高强度的球墨铸铁，利用硅固溶技术代替了高强度球铁需要的Mn、Cu、Mo、Sn、Sb等合金；
2.本发明的基体：铁素体≥95%，珠光体≤5%，球化率2级以上,石墨球大小5~8级；本发明制备出的产品在力学性能方面:抗拉强度 Rm≥600MPa，屈服强度Rp0.2≥450MPa，伸长率≥13%。
附图说明
图1是本发明制备的球墨铸铁的石墨形态图；
图2是本发明制备的球墨铸铁的素体形态图。
具体实施方式
结合具体实施方式对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种高强度高韧性球墨铸铁，该球墨铸铁包括以下质量百分数的各组分：C 2.9~3.4%、Si 3.6~4.3%、Mn ≤0.3%、P ≤0.035%、S ≤0.02%、Mg 0.03~0.06%、Re 0.02~0.04%，其余为Fe及制备过程中带入的少量其它微量元素。
一种高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、原材料准备及配比：各原材料重量百分比含量为：生铁20~60%、废钢10~40%、回炉料20~45%；
步骤二、熔炼：将步骤一的生铁、废钢和球铁回炉料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到≥1450℃后取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分，铁液炉内化学成分经调整后质量百分数为：C 2.9~3.4%，Si 1.7~3%、Mn ≤0.3%；
步骤三、球化孕育处理：当步骤二中铁水温度达到1480~1520℃时，将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理，球化包为球化专用的铁水包，，为了保证球化效果，在包底修筑一道堤坝，在堤坝一侧按照处理铁液总重量的1.1~1.3%称量球化剂，在球化剂表面覆盖0.9~1.2%的孕育剂，并在最上面覆盖2~3kg的压铁，出炉至铁液总量2/3时，停止出铁10~30s，然后继续出铁至原定重量，铁液经球化孕育处理后，化学成分符合：C 2.9~3.4%、Si3.6~4.3%、Mn ≤0.3%、P ≤0.035%、S ≤0.02%、Mg 0.03~0.06%、Re 0.02~0.04%，余量为Fe及其它微量元素；
步骤四、铁液球化反应完成后到浇注时间间隔为5~12min，浇注温度为1340～1420℃，浇注成形后得到产品。
进一步的，步骤一中生铁包括以下质量百分数的各组分：C 4~4.5%、Si 1~1.6%、Mn0.05~0.15%、S 0.01~0.03%、P 0.03~0.05%，其余为铁。
进一步的，步骤一中废钢包括以下质量百分数的各组分：C 0.1~0.3％、Si 0.2~0.4％、Mn 0.4~0.6％、P 0.02~0.04％、S 0.01~0.03％，其余为铁。
进一步的，步骤一中回炉料包括以下质量百分数的各组分：C 2.9~3.8%，Si 2.5~4.3％，Mn≤0.4％，P≤0.035％；S≤0.02％，其余为铁。
进一步的，步骤三中的球化剂的粒径为5~25mm，球化剂包括以下质量百分数的各组分：Si 40~45％、Mg 5~10％，Re 2~4%，其余为铁。
进一步的，步骤三中的孕育剂为75SiFe，其粒径为5~25mm，孕育剂包括以下质量百分数的各组分：Si 70~76%，其余为铁。
实施例一
一种低成本高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
（1）原材料准备及配比：采用原料以及配比如下：生铁20%、废钢35%、球铁回炉料45%；
（2）熔炼：将步骤（1）所述的生铁、废钢和球铁回炉料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到1450℃后取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分，铁液炉内化学成分经调整后质量百分数为：C:3.03 ％；Si:3％；Mn:0.21％；
（3）球化孕育处理：当步骤(2)中铁水温度达到1500℃时，将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理，所述的球化包为球化专用的铁水包，为了保证球化效果，在包底修筑一道堤坝，在堤坝一侧按照处理铁液总重量的1.3%称量球化剂，在球化剂表面覆盖1.0%的孕育剂，并在最上面覆盖2~3kg的压铁，出炉至铁液总量2/3时，停止出铁10~30s，然后继续出铁至原定重量；铁液经球化孕育处理后，化学成分符合C：2.96％；Si：4.28％；Mn：0.21％；P：0.035％；S：0.014％； Mg:0.04％；Re:0.02％；余量为Fe及其它微量元素；
（4）所述铁液球化反应完成后到浇注时间控制在10分钟内，浇注温度控制在1420℃；
所述生铁成分含量:C：4.15%,Si：1.41%,Mn：0.088%,S：0.016%、P:0.033%、其余为铁；
所述废钢成分含量：C:0.20％，Si:0.30％，Mn：0.50％，P：0.03％，S:0.01％；
所述回炉料成分含量：C:3.2%，Si:4.0％，Mn:0.2％，P:0.035％；S:0.015％；
所述球化剂粒径为5-25mm，成分含量：Si:42 .00％，Mg:8％，Re:3%；
所述孕育剂为75SiFe，其粒径均为5-25mm，成分含量：Si：73%；
实施例二
（1）原材料准备及配比：采用原料以及配比如下：生铁56%、废钢14%、球铁回炉料30%；
（2）熔炼：将步骤（1）所述的生铁、废钢和球铁回炉料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到1465℃后取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分，铁液炉内化学成分经调整后质量百分数为：C:3.31 ％；Si:2.39％；Mn:0.18％；
（3）球化孕育处理：当步骤(2)中铁水温度达到1480℃时，将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理，所述的球化包为球化专用的铁水包，为了保证球化效果，在包底修筑一道堤坝，在堤坝一侧按照处理铁液总重量的1.25%称量球化剂，在球化剂表面覆盖1.1%的孕育剂，并在最上面覆盖2-3kg的压铁，出炉至铁液总量2/3时，停止出铁10-30s，然后继续出铁至原定重量。铁液经球化孕育处理后，化学成分符合C:3.25％；Si:3.63％；Mn:0.18％；P:0.035％；S：0.015％；Mg:0.03wt％；Re:0.025wt％；余量为Fe及其它微量元素；
（4）所述铁液球化反应完成后到浇注时间控制在10分钟内，浇注温度控制在1420℃；
所述生铁成分含量:C：4.15%、Si：1.41%、Mn：0.088%、S：0.016%、P:0.033%、其余为铁；
所述废钢成分含量：C:0.20％，Si:0.30％，Mn：0.50％，P：0.03％，S:0.01％；
所述回炉料成分含量：C:3.2%，Si:4.0％，Mn:0.2％，P:0.035％；S:0.015％；
所述球化剂粒径为5-25mm，成分含量：Si:42.00％，Mg:8％，Re:3%；
所述孕育剂为75SiFe，其粒径均为5-25mm，成分含量：Si:73%；
实施例三
（1）原材料准备及配比：采用原料以及配比如下：生铁50%、废钢15%、球铁回炉料35%；
（2）熔炼：将步骤（1）所述的生铁、废钢和球铁回炉料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到1455℃后取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分，铁液炉内化学成分经调整后质量百分数为：C:3.13 ％；Si:2.65％；Mn:0.2％；
（3）球化孕育处理：当步骤(2)中铁水温度达到1480℃时，将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理，所述的球化包为球化专用的铁水包，为了保证球化效果，在包底修筑一道堤坝，在堤坝一侧按照处理铁液总重量的1.3%称量球化剂，在球化剂表面覆盖1.2%的孕育剂，并在最上面覆盖2-3kg的压铁，出炉至铁液总量2/3时，停止出铁10-30s，然后继续出铁至原定重量。铁液经球化孕育处理后，化学成分符合C:3.05％；Si:3.94％；Mn:0.19％；P：0.035％；S：0.015％； Mg:0.034％；Re:0.025％；余量为Fe及其它微量元素；
（4）所述铁液球化反应完成后到浇注时间控制在10分钟内，浇注温度控制在1420℃；
所述生铁成分含量:C：4.15%、Si：1.41%、Mn：0.088%、S：0.016%、P：0.033%、其余为铁；
所述废钢成分含量：C:0.20％，Si:0.30％，Mn：0.50％，P：0.03％，S：0.01％；
所述回炉料成分含量：C:3.2%，Si:4.0％，Mn:0.2％，P:0.035％；S:0.015％；
所述球化剂粒径为5-25mm，成分含量：Si:42.00％，Mg:8％，Re:3%；
所述孕育剂为75SiFe，其粒径均为5-25mm，成分含量：Si:73%；
性能检测
按照球墨铸铁的金相及力学性能检验标准，对实施例1-3的制备的产品的各项指标进行检验，检验结果如下表所示。
表1 球墨铸铁的性能测试表
由表1和图1、2可以看出，本发明制备的球墨铸铁的铁素体≥95%，珠光体≤5%，球化率2级以上，石墨球大小5~8级；在力学性能方面：抗拉强度 Rm≥600MPa，屈服强度Rp0.2≥450MPa，伸长率≥13%。
本发明制备的球墨铸铁金相组织良好，力学性能满足高强度高韧性球墨铸铁的需求，并且省去了高强度球墨铸铁需要的各种合金以及热处理，大大降低了生产成本。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其他的多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。
Claims (7)
1.一种高强度高韧性球墨铸铁，其特征在于：该球墨铸铁包括以下质量百分数的各组分：C 2.9~3.4%、Si 3.6~4.3%、Mn ≤0.3%、P ≤0.035%、S ≤0.02%、Mg 0.03~0.06%、Re0.02~0.04%，其余为Fe及其它微量元素。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤一、原材料准备及配比：各原材料重量百分比含量为：生铁20~60%、废钢10~40%、回炉料20~45%；
步骤二、熔炼：将步骤一的生铁、废钢和回炉料依次加入中频感应炉，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到≥1450℃后取样检测炉内化学成分，按照分析结果调整成分，铁液炉内化学成分经调整后质量百分数为：C 2.9~3.4%，Si 1.7~3%、Mn ≤0.3%；
步骤三、球化孕育处理：当步骤二中铁水温度达到1480~1520℃时，将铁水倒入球化包进行铁液的球化和孕育处理，球化包为球化专用的铁水包，在包底修筑一道堤坝，在堤坝一侧按照处理铁液总重量的1.1~1.3%称量球化剂，在球化剂表面覆盖0.9~1.2%的孕育剂，并在最上面覆盖2~3kg的压铁，出炉至铁液总量2/3时，停止出铁10~30s，然后继续出铁至原定重量，铁液经球化孕育处理后，化学成分符合：C 2.9~3.4%、Si 3.6~4.3%、Mn ≤0.3%、P ≤0.035%、S ≤0.02%、Mg 0.03~0.06%、Re 0.02~0.04%，余量为Fe及其它微量元素；
步骤四、铁液球化反应完成后到浇注时间间隔为5~12min，浇注温度为1340～1420℃，浇注成形后得到产品。
3.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤一中生铁包括以下质量百分数的各组分：C 4~4.5%、Si 1~1.6%、Mn 0.05~0.15%、S 0.01~0.03%、P 0.03~0.05%，其余为铁。
4.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤一中废钢包括以下质量百分数的各组分：C 0.1~0.3％、Si 0.2~0.4％、Mn 0.4~0.6％、P 0.02~0.04％、S 0.01~0.03％，其余为铁。
5.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤一中回炉料包括以下质量百分数的各组分：C 2.9~3.8%，Si 2.5~4.3％，Mn≤0.4％，P≤0.035％；S≤0.02％，其余为铁。
6.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性球墨铸铁及其制备方法的制备方法，其特征在于：步骤三中的球化剂的粒径为5~25mm，球化剂包括以下质量百分数的各组分：Si 40~45％、Mg 5~10％，Re 2~4%，其余为铁。
7.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性球墨铸铁及其制备方法的制备方法，其特征在于：步骤三中的孕育剂为75SiFe，其粒径为5~25mm，孕育剂包括以下质量百分数的各组分：Si 70~76%，其余为铁。
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