CN115354106A - 一种生产高强韧性qt600-10球墨铸铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产高强韧性QT600‑10球墨铸铁的方法，涉及高性能金属材料铸造技术领域，步骤为：(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。本发明采用特定的增碳剂配合特定的铁水熔炼步骤参数，以及特定组分用量的球化剂、孕育剂，最终克服了现有技术中当低碳钢的C≤0.15％时所得球铁产品的强度大幅降低的问题，精准适用于C≤0.12％的真正的低碳废钢制备球墨铸铁技术，并且，实现了所得球铁韧性和强度同时提升的优异效果。
Description
技术领域
本发明涉及高性能金属材料铸造技术领域，具体涉及一种生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法。
背景技术
球墨铸铁是机械行业使用比较广泛的一种材质，它的综合机械性能接近于钢，用于铸造结构复杂、强度、韧性、耐磨性较高的一些机械零件，与铸钢材料相比，球墨铸铁在液态时有更好的流动性，有着更好的铸造工艺性，同时因其从液态到固态凝固过程线收缩率小于铸造，有着更高的材料利用率，所以制造成本比铸钢更低，生产效率更高，实际应用过程中出现“以铁代钢”情况，球墨铸铁在机械行业中的应用越来越多，产量逐年增加。随着机械行业技术的不断发展，对产品要求也越来越高，不但要求产品使用性能更好，而且产品重量也要轻，所以对材料性能要求也越来越高，要求强度更高，韧性更好，满足产品轻量化的要求，对球墨铸铁这种材料，不再满足于对材料性能的国标要求，而是要超过国标要求的几个等级，出现了多种高强度、高韧性的球墨铸铁材料。根据GB/T 1348-2009标准中技术要求，球墨铸铁材料牌号根据性能区分，有QT350-22、QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT550-6、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2等10种，从材料性能趋势看，随着材料强度增加，延伸率呈下降趋势，这也是常规金属材料的性能特点。随着球墨铸铁材料技术和工艺技术的发展，实际生产中球墨铸铁材料牌号，不经过热处理可以做到QT600-10、QT800-5等新的性能材料，极大地扩展了球墨铸铁的使用范围。
通过材料技术和工艺技术提高球墨铸铁性能牌号，多数通过原材料配方、添加合金方式来实现，比如专利，通过使用优质生铁、废钢，再加铜的配方实现。虽然性能实现了，但这种方式造成原材料成本增加，生产过程控制难度加大，产品综合竞争力下降。
废钢，指的是钢铁厂生产过程中不成为产品的钢铁废料(如切边、切头等)以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，成分为钢的叫废钢；成分为生铁的叫废铁，统称废钢。目前世界每年产生的废钢总量为3-4亿吨，约占钢总产量的45-50％，其中85-90％用作炼钢原料，仅有10-15％用于铸造、炼铁和再生钢材。
目前公开的大多数生产生高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，原材料中均须大量生铁等，而废钢在原材料中的占比通常不超过70％wt，在有些方法中，甚至废钢使用仅占主要原材料的10％wt，这不仅导致球墨铸铁整体的生产成本增加，还会由于主要原材料种类过多(通常三种以上)导致对生产工艺的要求更加严格，同时产量巨大的废钢不能得到充分利用，导致社会可再生资源的不均衡利用，不利于环保和可持续发展，并且传统工艺中球墨铸铁高韧性与高强度通常不可兼得的问题仍旧未得到解决。
中国专利CN201910720084.9公开了一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，炉料选用生铁、回炉料和废钢，然后还加入增碳剂；质量百分比，生铁0-20％、回炉料20-40％、废钢50-70％，其中增碳剂的质量是生铁、回炉料和废钢总质量的2-3％，通过熔炼、球化、孕育、浇注得到无石墨开花，无碳化物的球铁，但经过我们实际生产发现，采用该专利的方法，所得到的球铁强度和韧性性能都欠佳，且无论如何调整参数，都无法实现两种参数共同提高，并且，当低碳钢的C≤0.15％时，所得球铁产品的强度大幅降低(韧性没有升高)，且无论如何使用增碳剂进行调节，或加入生铁进行调节，都无法改变这一现象，另外将该专利技术中的回炉料去除后，也会产生球铁产品强度和韧性都降低的问题。
中国专利CN202011245171.2公开了一种全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法(我们早期的工作)，但在当时，我们仅对该工艺进行了初期的探索，并没有在实质上达到强度与韧性的全面提高的目的，当时的技术方案所得到的球铁的韧性远远未达到我们的预期，并且与CN201910720084.9存在同样的问题，就是当低碳钢的C≤0.15％时，所得球铁产品的强度大幅降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种新的，原材料无需加入生铁的，主要利用废钢生产QT600-10球墨铸铁的方法，方案如下：
一种生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
优选地，所述原材料中废钢化学成分：C≤0.12％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
优选地，步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢91-99份、增碳剂1-9份。
优选地，所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的92-97％wt。
优选地，所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
优选地，所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
优选地，步骤(1)所述原材料还可以包括回炉料，质量份数为0-25份。
优选地，步骤(1)所述原材料还可以包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数为0-2份。
优选地，原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
优选地，步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
优选地，步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
优选地，步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
优选地，步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.2-0.6％wt。
优选地，步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
优选地，步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.6-0.9％wt。
优选地，步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
优选地，步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
优选地，步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
优选地，步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
优选地，步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉含硅72-77％wt。进一步地，所述硅铁粉原材料为72#硅铁或75#硅铁。
优选地，步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.0-1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
有益效果
本发明的有益效果在于：
本发明采用特定的增碳剂配合特定的铁水熔炼步骤参数，以及特定组分用量的球化剂、孕育剂，最终克服了现有技术中当低碳钢的C≤0.15％时所得球铁产品的强度大幅降低的问题，精准适用于C≤0.12％的真正的低碳废钢制备球墨铸铁技术，并且，实现了所得球铁韧性和强度同时提升的优异效果。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
实施例1生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：0.15％≤C≤0.18％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢91份、增碳剂9份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的92％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.2％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.6％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉原材料为72#硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.0h，保温后取出零件，自然冷却。
实施例2生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：0.15％≤C≤0.18％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢99份、增碳剂1份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的97％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.6％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.9％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉原材料为75A硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
实施例3生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：0.15％≤C≤0.18％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢91-99份、增碳剂1-9份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的92-97％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为13份。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.2-0.6％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.6-0.9％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉原材料为75A硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.0-1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
实施例4：(在实施例2基础上)生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：0.12％＜C＜0.15％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢99份、增碳剂1份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的97％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.6％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.9％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉75A硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
实施例5：(在实施例3基础上)生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：0.12％＜C＜0.15％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢91-99份、增碳剂1-9份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的92-97％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为13份。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.2-0.6％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.6-0.9％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉75A硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.0-1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
实施例6：(在实施例2基础上)生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：C≤0.12％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢99份、增碳剂1份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的97％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.6％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.9％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉75A硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
实施例7：(在实施例3基础上)生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
所述原材料中废钢化学成分：C≤0.12％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢91-99份、增碳剂1-9份。
所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的92-97％wt。
所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为13份。
步骤(1)所述原材料还包括其他合金，其他合金化学成分质量百分数：Mn≤20％，P≤30％，S≤1％，Mg≤50％，Si:≤40％，Ca≤40％；其他合金质量份数在调整原铁水组分时计算得到。
原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt。
步骤(2)所述球化，球化后铁水成分控制：C：3.4-3.8％wt，Si:2.5-2.9％wt，Mn≤0.3％wt，P≤0.025％wt，S≤0.025％wt，Mg:0.03-0.05％wt，稀土(Re)：0.006-0.012％wt。
步骤(2)所述球化，球化线加入量占物料总量的0.2-0.6％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt。
步骤(3)所述孕育，孕育丝线加入量占物料总量的0.6-0.9％wt。
步骤(3)所述造型包括浇注及随流孕育，保温后自然冷却。
步骤(3)中造型采用铁模覆砂方式，附着在铁制砂箱上砂壳厚度5-10mm，对浇注后的铁水具有一定的快速冷却作用，无需加入强化合金。
步骤(3)中铁水出炉温度为1470-1520℃，根据球化室离熔化炉距离和产品结构大小选取合适温度，喂丝长度根据铁水量确定。
步骤(3)中浇注温度为1340-1420℃。
步骤(3)中随流孕育的孕育剂采用粒度0.5-1mm的硅铁粉，用量占物料总质量的0.1％wt；所述硅铁粉75A硅铁。
步骤(3)中浇注后砂箱保温时间为1.0-1.5h，保温后取出零件，自然冷却。
对比例1-1生产QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；其中：Tg为1320℃，Ts为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对比例1-2生产QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；则：Tg＝TsMg/Mz；其中，Mz为人造石墨、废钢的质量之和，Mg为废钢的质量，Ts为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
本实施例与实施例1相比，采用特殊算法规定了熔炼过程中的各阶段温度参数，采用这样的温度参数关系，使得所得铁水中流失和保留的元素比例关系更加合理化，也更加稳定，最终产品的性能也相对更加稳定，经多次重复试验，采用不同批次的原材料对成品的性能影响几乎可以忽略。
对比例1-3生产QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；其中Th为1220℃，Tg1为1320℃，Ts1为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对比例2生产QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述原材料还包括生铁，质量份数为30份。
步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢和生铁，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；其中Th为1220℃，Tg1为1320℃，Ts1为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对比例1-4生产QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；则：Th＝1.21Ts1Mg1/Mz Ts1，Tg1＝Ts1(Mg1+Mh1)/Mz，其中，Ts1为1490℃，Mg1为废钢质量，Mh1为回炉料质量，Mz为人造石墨、废钢、回炉料的质量之和。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对比例3生产QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述熔炼，一步加入所有原材料，熔炼出铁水温度为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
以上对比例1-1至对比例1-4，对比例2、对比例3，其中废钢化学成分：0.15％≤C≤0.18％。
对比例1-5至对比例1-8：
对比例1-5与对比例1-1的区别在于：其中废钢化学成分：0.12％＜C＜0.15％。
对比例1-6与对比例1-2的区别在于：其中废钢化学成分：0.12％＜C＜0.15％。
对比例1-7与对比例1-3的区别在于：其中废钢化学成分：C≤0.12％。
对比例1-8与对比例1-4的区别在于：其中废钢化学成分：C≤0.12％。
对比例2-1与对比例2的区别在于：其中废钢化学成分：0.12％＜C＜0.15％。
对比例2-2与对比例2的区别在于：其中废钢化学成分：C≤0.12％。
对比例3-1与对比例3的区别在于：其中废钢化学成分：0.12％＜C＜0.15％。
对比例3-2与对比例3的区别在于：其中废钢化学成分：C≤0.12％。
对比例4-1
与实施例2的区别在于：增碳剂仅包括人造石墨。
对比例4-2
与实施例4的区别在于：增碳剂仅包括人造石墨。
对比例4-3
与实施例6的区别在于：增碳剂仅包括人造石墨。
对比例5-1
与实施例3的区别在于：增碳剂仅包括煅烧石油焦。
对比例5-2
与实施例5的区别在于：增碳剂仅包括煅烧石油焦。
对比例5-3
与实施例7的区别在于：增碳剂仅包括煅烧石油焦。
对以上全部实施例及对比例所得产品球墨铸铁进行性能检测：
每个实施例及对比例均采用不同批次的原材料进行三次平行试验，就组内平行试验所得产品的性能性对比来说，全部实施例兼具高韧性和高强度的优异性能，在采用C≤0.12％的低碳废钢时，强度未受到显著影响，我们以全部对比例为基准进行了一系列试验，当采用对比例的技术方案，将废钢替换为C≤0.12％的低碳废钢时，所得产品的强度较采用C＞0.15％的废钢时降低19-37％不等。对比例1-2、对比例1-4、对比例2所得产品稳定性好，组内平行试验组之间产品性能无明显差异；对比例1-1、对比例1-3次之，对比例3平行试验产品性能差异明显，甚至出现一组产品强度小于600MPa的情况，可见，采用本发明提供的分阶段熔炼的方法，能够稳定铁水成分和产品性能，尤其是采用本发明提供的特殊算法规定的分阶段熔炼各个阶段温度关系，能够得到最为稳定、适用于大规模长期生产的企业使用。
以下所述对比用的数据均为每个实施例或对比例的三组平行试验所得结果的平均值：就拉伸强度而言，实施例1-7分别为622MPa、637MPa、633MPa、631MPa、629MPa、632MPa、627MPa。对比例1-1至对比例1-4分别为607MPa、619MPa、610MPa、619MPa，对比例1-5至对比例1-8分别为573MPa、581MPa、526MPa、533MPa；对比例2为608MPa，对比例2为561MPa，对比例2为530MPa；对比例3为602MPa，对比例3采用一步熔炼，产品性能最低，最不稳定，其中一组平行试验产品拉伸强度为561MPa，其他组平均值为611MPa，对比例3-1为537MPa，对比例3-2为549MPa，对比例3产品性能不稳定，不做参考；对比例4-1至对比例4-3分别为632MPa、577MPa、545MPa；对比例5-1至对比例5-3分别为635MPa、583MPa、548MPa。可见，本发明提供的特定的制备方法以及添加剂组分/添加量，能够有效克服了现有技术中当低碳钢的C≤0.15％时所得球铁产品的强度大幅降低的问题，实现所得球铁韧性和强度同时提升的优异效果。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)熔炼：取原材料分步混合熔炼成原铁水；
(2)球化：用球化线对原铁水喂丝球化处理；
(3)孕育和造型：用孕育丝线对球化后铁水孕育处理后造型；
步骤(1)所述原材料包括废钢、增碳剂；增碳剂包括人造石墨与煅烧石油焦的混合物。
2.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：所述原材料中废钢化学成分：C≤0.12％，Si≤0.3％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ti≤0.001％。
3.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢91-99份、增碳剂1-9份。
4.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：所述增碳剂中，人造石墨占增碳剂总质量的92-97％wt。
5.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：所述人造石墨化学成分：w(C)>99％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.04％，w(水分)≤0.25％，粒度为1-2mm。
6.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：所述煅烧石油焦化学成分：w(C)>97％，挥发分≤0.1％，w(S)≤0.4％，w(水分)≤0.2％，粒度为0.3-0.8mm。
7.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：所述原铁水化学成分质量百分数控制：C：3.7-3.9％，Si:1.2-1.4％，Mn≤0.3％，P≤0.030％，S≤0.030％。
8.根据权利要求1或7所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述分步混合熔炼，包括：首先加入10％回炉料铺底，其次加入60％的增碳剂，再加入废钢，升温至Tg熔化，待铁水熔化50％-70％时继续升温至Ts，升温过程中把剩余40％增碳剂分批加入；待铁液全部熔化后，取样分析，根据分析结果加入增碳剂或其他合金，同时加入剩余回炉料，调整原铁水成分含量。
9.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(2)所述球化，球化线选用QX24-1，成分范围：Si:48-51％wt，Ca:2.0-3.0％wt，Mg:23-25％wt，稀土(Re)：1.0-1.5％wt；球化线加入量占物料总量的0.2-0.6％wt。
10.根据权利要求1所述的生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(3)所述孕育，孕育丝线选用YX68-4，成分范围：Si:68-75％wt，Ca：1.2-2.0％wt，Ba:2.0-4.0％wt；孕育丝线加入量占物料总量的0.6-0.9％wt。
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| US20160024623A1 (en) * | 2014-07-28 | 2016-01-28 | Pei Yu | High strength nodular cast iron pole and preparation technology thereof |
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|---|
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