CN117385268B - 一种铸态球墨铸铁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及球墨铸铁技术领域，具体公开一种铸态球墨铸铁及其制备方法。本发明提供的铸态球墨铸铁的成分为：C 3.75％～3.9％，Si 2.65％～2.8％，Mn 0.45％～0.6％，Cu 0.65％～0.8％，Ni 0.1％～0.2％，Cr 0.2％～0.3％，Sn0.03％～0.04％，Mg 0.035％～0.055％，Re 0.025％～0.04％，Bi 0.02％～0.03％，Ba0.01％～0.02％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe；抗拉强度≥900MPa、延伸率≥6％。本发明通过铸铁成分中低合金化和微量合金元素的调整达到复合强化的作用，提升了球墨铸铁的强度和韧性。

Description

一种铸态球墨铸铁及其制备方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁技术领域，具体公开一种铸态球墨铸铁及其制备方法。
背景技术
随着汽车行业的高速发展，用户对重卡的安全性、舒适性、智能化、轻量化、节能环保、物美价廉等方面要求日益严格，特别是在提高整车装载能力，多拉快跑的需求上更加迫切。为赢得市场，各个整车厂对配套零部件的材质性能提出了更高的要求，既要求重量更轻，又要求材质的机械性能更好。
现有技术中，重汽的重卡系列商用车结构件材质多数采用铸态QT800-5，它兼顾了高强度、高韧性的需求。然而如今人们对汽车装载能力、经济性、轻量化等要求不断提高，对高强度、高韧性铸件的需求日益旺盛，QT800-5球墨铸铁的材质性能无法达到如重卡底盘结构件的实用性能要求。因此，开发一种新型球墨铸铁，以进一步提高球墨铸铁的强度和韧性具有十分重要的意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种铸态球墨铸铁及其制备方法，球墨铸铁具有高强度、高韧性、高延伸率和重量轻的优势。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种铸态球墨铸铁，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.75％～3.9％，Si 2.65％～2.8％，Mn 0.45％～0.6％，Cu 0.65％～0.8％，Ni0.1％～0.2％，Cr 0.2％～0.3％，Sn 0.03％～0.04％，Mg 0.035％～0.055％，Re0.025％～0.04％，Bi 0.02％～0.03％，Ba 0.01％～0.02％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述铸态球墨铸铁的抗拉强度≥900MPa、延伸率≥6％。
相对于现有技术，本发明提供的铸态球墨铸铁中，适当增加含碳量可以减少游离渗碳体，提高延伸率；适当增加硅含量能细化石墨，提高石墨球的圆整度，进而提高铸件的强度和铸态延伸率；锰可以提高铸件的抗拉强度和屈服极限；铜溶解于基体铁中，减弱了铁与碳的联系，增加了碳的活力，促进石墨化的同时，减少了碳在铁液中的溶解度使共晶点左移，并且有利于铸铁的固溶强化，使球墨铸铁的强度提高；适当的镍含量能促进稳定共晶的转变，使奥氏体组织趋于稳定，提高共析过冷度，进而促进了珠光体加索氏体生成，细化珠光体，并抑制铁素体的生成，消除了白口倾向，提高了铸件的力学性能(提高铸件强度和室温冲击韧度，降低球墨铸铁韧-脆性转变，利于提高低温冲击韧度)；铬与多种合金复合使用可以增强球化效果，从而得到更细小、均匀的球墨铸铁球体组织，提高其强度、延伸率和冲击值；钡在铸造熔炼中起到脱氧、促进晶核生发的作用，与钙协同，还可以起到去渣的作用；铋和稀土复合添加，可以净化铁水，提高铁水冶金质量，增加共晶团数，减少磷共晶，细化石墨。
本发明通过铸铁成分中低合金化和微量合金元素的调整达到了复合强化的作用，可以进一步提升球墨铸铁的强度和韧性。实施例结果表明，本发明提供的铸态球墨铸铁的抗拉强度≥900MPa、延伸率≥6％。
本发明提供一种铸态球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
S1，将原料和碳化硅放入电炉进行熔炼，铁液化学成分合格后，静置进行初步孕育，得熔炼铁液；
S2，向所述熔炼铁液中加入精炼剂，升温，静置，得精炼铁液；
S3，将第一部分硅铁孕育剂放入铁水包中，升温至所述精炼铁液的出炉温度，冲入所述精炼铁液，随流加入第二部分硅铁孕育剂，进行包内二次孕育，得二次孕育铁液；
S4，向所述二次孕育铁液中加入复合孕育剂和锡合金，进行球化处理，得球化铁液；
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液浇注到成型模具中，随流加入复合孕育剂，进行第四次孕育，得铸态球墨铸铁；
所述复合孕育剂为硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂。
本发明运用炉内初步孕育、精炼处理、包内二次孕育、球化三次孕育、随流四次孕育的多层次强化孕育方法，达到了强化孕育、增加石墨球数、提高石墨球的圆整度、细化晶粒和提高延伸率的综合效果；采用铁模覆砂工艺能够提高球墨铸铁的细化晶粒、材料强度、韧性和延伸率，结合同时凝固原理去除了热节部位的缩松，起到了加强作用。本发明中，硅钡钙和硅铋复合孕育剂的加入，增加了球铁单位面积上的石墨球数，改善了石墨球的圆整度、尺寸和分布的均匀性；同时，提高了球铁基体中的铁素体含量，在保持球铁强度不变的条件下，显著提高了球铁的延伸率。
示例的，步骤S1中，所述原料包括以下重量百分比的组分：普通Q235废钢45％～50％，含铬废钢10％～13％，回炉料35％～40％，电解铜0.6％～0.7％，镍合金0.12％～0.18％，铬合金0～0.1％，稀土镁合金0.8％～1.2％，硅铁合金0.6％～1.0％和增碳剂3.2％～3.8％；所述含铬废钢为含铬量1.8％～2.2％的优质轴承钢冲压件下脚料。
示例的，步骤S1中，所述硅铁合金为75硅铁。
本发明中，原料是保证球墨铸铁高强度和韧性的物质基础。本发明的铬元素由废钢配料带入，其含量稳定，且无须单独储存和防护，不会对环境和操作者造成直接伤害；在熔炼过程中加入适量的电解铜、锡合金等，充分保证了合金元素铬、锡的复合强化作用，促进了珠光体的生成，同时铜、铬对细化晶粒组织具有积极作用。
优选的，步骤S1中，所述碳化硅的加入量为所述熔炼铁液质量的0.15％～0.25％。
本发明在熔炼中加入碳化硅，与原料中的硅铁合金共同构成了预处理孕育剂，碳化硅的熔点为2700℃左右，在熔炼过程中不熔化，而是溶解在铁液中，其反应方程式为SiC+Fe→FeSi+C，SiC中的Si与Fe结合，C就是非平衡石墨，作为石墨析出的核心；非平衡石墨使铁液的C不均匀分布，局部C元素过高，微区出现“碳峰”，使石墨具有很高的活性，很容易吸收铁液中的碳，促使结晶核心增多。
优选的，步骤S1中，所述增碳剂的吸收率≥90％，含硫量≤0.06％。
示例的，步骤S1中，所述电炉为1T中频电炉；采用炉前快速分析仪、插入式电子测温枪、SparkCCD直读光谱仪等仪器实时监测铁液的化学成分。
本发明中，先进精确的检测设施为质量需求提供了可靠保证。
优选的，步骤S1中，所述熔炼的温度为1370～1430℃，时间为50～55min。
优选的，步骤S1中，所述初步孕育的温度为1370～1430℃，时间为3.5～5min。
本发明中，初步孕育的温度和时间可以保证碳化硅孕育剂的充分反应和扩散。
优选的，步骤S2中，所述精炼剂的成分的重量百分比为：CaO15％～45％，SiO215％～45％，Al2O3 12％～18％，CaF2 5％～10％，MgO5％～10％，RE 5％～8％，冰晶粉1％～2％，Na2CO3 1％～2％，Na2SiF6 1％～2％。
优选的，步骤S2中，所述精炼剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.25％～0.35％。
本发明中，优选的精炼剂起到了净化铁液、细化晶粒、促进球化的作用。精炼剂在高温铁液中可以迅速聚合浮在铁液液面上的熔融态金属氧化物，既能净化铁液又可减少过多金属氧化物对Mg元素的烧损，直接促进了球化反应中Mg的吸收效果；同时，精炼剂具有极强的除气、除渣和脱硫精炼的作用，显著提高了铁水纯净度和铁水的冶金质量水平，是实现高强度和高韧性的冶金基础。
优选的，步骤S2中，所述静置的温度为1530～1550℃，时间为5～6min。
优选的，步骤S2中所述静置的温度比步骤S3中所述出炉温度高9～11℃。
本发明步骤S2中，静置的温度和时间可以保证铁液充分地进行精炼融合。
示例的，步骤S3中，所述第一部分硅铁孕育剂和所述第二部分硅铁孕育剂均为75硅铁。
优选的，步骤S3中，所述第一部分硅铁孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.1％～0.25％，所述第二部分硅铁孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.1％～0.25％。
优选的，步骤S3中，所述出炉温度为1520～1540℃。
优选的，步骤S3中，所述包内二次孕育的温度为1470～1510℃，时间为50～70s。
优选的，步骤S4中，所述球化采用喂丝法，球化丝的长度为20～24m。
优选的，步骤S4中，所述球化丝的成分的重量百分比为：Mg15％～18％，RE 1.5％～2.5％，Si 40％～48％，Ca 2％～3％，Al≤1.0％，Ti≤0.3％，Fe余量。
示例的，步骤S4中，所述球化丝的型号为QX15-2HM。
优选的，步骤S4中，所述球化丝的加入量为所述熔炼铁液质量的0.8％～1.0％。
优选的，步骤S4中，所述锡合金的加入量为所述熔炼铁液质量的0.035％～0.05％。
优选的，步骤S4和S5中，所述复合孕育剂中硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为(1.8～2.2):1；其中，所述硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为(45～50):(1.8～2.2):1，所述硅铋孕育剂中硅铋的质量比为(60～70):1。
本发明优选的复合孕育剂可以进一步增加球铁单位面积上的石墨球数，改善石墨球的圆整度、尺寸和分布的均匀性，并提高球铁基体中的铁素体含量，在保持球铁强度不变的条件下，显著提高了球铁的延伸率。
优选的，步骤S4中，所述复合孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.4％～0.5％。
优选的，步骤S4中，所述球化处理的温度为1420～1480℃，时间为70～80s。
示例的，步骤S4中，所述球化处理之后还包括除渣操作：用聚渣剂覆盖铁水表面；所述除渣操作重复2遍以上。
本发明对聚渣剂的成分不做要求，采用市售聚渣剂即可。除渣操作可以防止铁水氧化、回硫问题的出现。
示例的，步骤S5中，所述铁模覆砂工艺在铁模覆砂箱中进行，所述铁模覆砂箱中设置有陶瓷过滤片和试棒；所述陶瓷过滤片的型芯内置冷铁；所述试棒采用铁模覆砂工艺制造。
本发明中，陶瓷过滤片能够滤除铸件中的夹杂物，降低金属液流充型时的紊流程度，改进熔融金属的流动性，增加铸件的充型能力和补缩能力，减少铸件的表面缺陷；陶瓷过滤片的型芯内置的冷铁，可以加强对金属液的激冷效果和陶瓷过滤片的型芯的溃烂，防止铸件缩松、砂孔缺陷的产生。
本发明中，铁模覆砂铸造具有金属型铸造的特点，铸型对金属液结晶过程中有明显的冷激作用，可使铸件晶粒度细化，从而提高了铸件的综合性能，由于铁型和薄的砂型组成的铸型锁紧后型腔硬度高，刚性好，所以完全能抵制球铁铁水的石墨化膨胀力、铁液冷却快，得到的铸件晶粒细小、组织致密，特别适合球墨铸铁的生产，利用球墨铸铁的石墨化膨胀对铸件进行自补缩，不用冒口补缩和冷铁加速凝固即可获得组织致密的铸件。
示例的，所述浇注的操作可以为：将可调节式随流孕育装置架设于铁水包嘴处，使孕育斗漏口正对铁水包嘴液流，随所述球化铁液的铁水流将所述复合孕育剂带入铸件中。
优选的，步骤S5中，所述复合孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.15％～0.2％。
本发明再次加入复合孕育剂可以进一步提高铸件的石墨球数量，并进一步提高球铁基体中的铁素体含量，满足高强高韧性的要求。
优选的，步骤S5中，所述浇注的温度为1350～1420℃，浇注时间在10min以内，优选为8～10min。
示例的，步骤S5中，所述浇注结束后，还包括后处理步骤：
S51，卸载所述铁模覆砂箱的紧固箱卡，开箱，得铸件；所述卸载的时间≥10min，优选为10～15min；所述卸载过程中，所述紧固箱卡处于轻微受力状态，受力为5kg以下；所述开箱的时间≥15min，优选为15～20min；
S52，将所述铸件进行快速冷却。
示例的，步骤S5中，所述快速冷却的方式包括风冷或喷雾冷却。
本发明采用铁模覆砂工艺铸造，使铸件的充型、凝固和冷却过程在比较理想的状态下完成，最大限度的消除了铸件的铸造缺陷。铁模覆砂铸造工艺的成形性能好，轮廓清晰，工艺出品率高，铸型强度高，冷却速度快，铸件的废品率低，易形成高质量的铸件。
本发明还提供一种铸态球墨铸铁在重卡底盘结构件中的应用。
相对于现有技术，本发明存在以下有益效果：
(1)本发明所用原材料稳定，加入铜铬镍锡钡铋等合金元素，通过一系列的工艺措施，严格控制配料、熔炼、温度、合金加入量及顺序、多次孕育处理、铁模覆砂等工艺，可以稳定地生产铸态QT900-6牌号的球铁，工艺稳定，生产成本低，适用于大规模生产。
(2)本发明采用初步孕育、包内二次孕育、球化三次孕育、随流四次孕育的多层次强化孕育方法，并分别采用了碳化硅孕育剂、硅铁孕育剂和复合孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂)，达到了强化孕育、增加石墨球数、提高石墨球的圆整度、细化晶粒和提高延伸率的综合效果。尤其是硅钡钙孕育剂和硅铋复合孕育剂的加入，增加了球铁单位面积上的石墨球数，改善了石墨球的圆整度、尺寸和分布的均匀性；同时，提高了球铁基体中的铁素体含量，在保持球铁强度不变的条件下，明显地提高了球铁的延伸率。
(3)本发明采用了独特的精炼剂，起到了净化铁液、细化晶粒、促进球化的作用。精炼剂在高温铁液中可以迅速聚合浮在铁液液面上的熔融态金属氧化物，既能净化铁液又可减少过多金属氧化物对Mg元素的烧损，直接促进了球化反应中Mg的吸收效果；同时，精炼剂具有极强的除气、除渣和脱硫精炼的作用，显著提高了铁水纯净度和铁水的冶金质量水平，是实现高强度和高韧性的冶金基础。
(4)本发明采用了铁模覆砂工艺，铁模覆砂铸造具有金属型铸造的特点，铸型对金属液结晶过程中有明显的冷激作用，可使铸件晶粒度细化，提高了铸件的综合性能，可以得到晶粒细小、组织致密的铸件，特别适合球墨铸铁的生产，利用球墨铸铁的石墨化膨胀对铸件进行自补缩，不用冒口补缩和冷铁加速凝固即可获得组织致密的铸件。
(5)本发明铸态球墨铸铁的材质性能稳定，具有高强度、高韧性、高延伸率的特点，并提高了其疲劳强度，在此基础上可以减轻零部件的重量，进而满足了用户对重卡的轻量化、节能环保、物美价廉等方面要求，具有优越的市场竞争力。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例及对比例中，所用精炼剂的成分及其重量百分比为：CaO+SiO260％，Al2O3 15％，CaF2 7％，MgO 8％，RE 6％，冰晶粉+Na2CO3+Na2SiF6合计4％；所用球化丝的型号为QX15-2HM，其成分重量百分比为：Mg 16％，RE 2％，Si 45％，Ca 2.5％，Al≤1.0％，Ti≤0.3％，Fe余量。
此外，本发明中，铁模覆砂工艺在铁模覆砂箱中进行，铁模覆砂箱中设置有陶瓷过滤片和试棒，陶瓷过滤片的型芯内置冷铁，试棒采用铁模覆砂工艺制造；铁模覆砂箱的上箱成型处设置气眼针，用于消除浇注过程时产生的气孔，下型箱内均匀设有2个暗冒口起集渣作用；铁模覆砂箱的内浇口采用扁平状，内浇口的横截面积小于浇注系统的横浇口横截面积，可以避免由于热缩作用所引起的内浇口端铸件缩孔现象。
实施例1
本实施例提供一种铸态球墨铸铁，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.82％，Si 2.74％，Mn 0.48％，Cu 0.72％，Ni 0.14％，Cr 0.23％，Sn0.036％，Mg0.048％，Re 0.03％，Bi 0.025％，Ba 0.015％，P 0.025％，S0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述铸态球墨铸铁由以下制备方法得到：
S1，将原料和碳化硅放入1T中频电炉，升温至1400℃进行熔炼53min，原料为：普通Q235废钢46.9％，含铬量2％的优质轴承钢冲压件下脚料11％，回炉料36％，电解铜0.65％，镍合金0.15％，稀土镁合金1％，75硅铁0.8％和增碳剂3.5％；碳化硅的质量为熔炼铁液的0.2％；
利用电炉的电磁搅拌得混合均匀的熔融态铁液，采用炉前快速分析仪、插入式电子测温枪、SparkCCD直读光谱仪实时监测铁液的化学成分，并对铁液成分进行微调，铁液化学成分合格后，于1400℃静置4min进行初步孕育，得熔炼铁液。
S2，将质量为熔炼铁液0.3％的精炼剂加入上述熔炼铁液中，单向搅拌，升温至1540℃，静置5.5min，得精炼铁液。
S3，将质量为熔炼铁液0.17％的75硅铁放入铁水包中，升温至1530℃，冲入上述精炼铁液，沿炉嘴铁液流二次加入质量为熔炼铁液0.18％的75硅铁，于1490℃进行包内二次孕育60s，得二次孕育铁液。
S4，在球化喂丝机中加入质量为熔炼铁液0.9％的球化丝QX15-2HM，球化丝的长度为22m，加入质量为熔炼铁液0.45％的复合孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为2:1，硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为57:2:1，硅铋孕育剂中硅铋的质量比为66:1)，将质量为熔炼铁液0.04％的锡合金与上述二次孕育铁液吊入球化喂丝机，于1450℃进行球化处理75s；
结束后，用聚渣剂覆盖铁水表面，进行2次除渣操作，得球化铁液。
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液浇注到成型模具中，所述浇注过程中，将可调节式随流孕育装置架设于铁水包嘴处，使孕育斗漏口正对铁水包嘴液流，随所述球化铁液的铁水流将质量为熔炼铁液0.18％的复合孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为2:1，硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为57:2:1，硅铋孕育剂中硅铋的质量比为66:1)带入铸件中，于1380℃进行第四次孕育10min；
卸载铁模覆砂箱的紧固箱卡，紧固箱卡处于轻微受力状态(受力5kg以下)，卸载时间10min；开箱，时间15min；将所得铸件风冷进行快速冷却，得铸态球墨铸铁。
实施例2
本实施例提供一种铸态球墨铸铁，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.9％，Si 2.65％，Mn 0.45％，Cu 0.8％，Ni 0.2％，Cr 0.2％，Sn 0.04％，Mg 0.035％，Re0.025％，Bi 0.02％，Ba 0.01％，P 0.024％，S 0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述铸态球墨铸铁由以下制备方法得到：
S1，将原料和碳化硅放入1T中频电炉，升温至1370℃进行熔炼55min，原料为：普通Q235废钢48.92％，含铬量2.2％的优质轴承钢冲压件下脚料10％，回炉料35％，电解铜0.7％，镍合金0.18％，稀土镁合金0.8％，75硅铁0.6％和增碳剂3.8％；碳化硅的质量为熔炼铁液的0.15％；
利用电炉的电磁搅拌得混合均匀的熔融态铁液，采用炉前快速分析仪、插入式电子测温枪、SparkCCD直读光谱仪实时监测铁液的化学成分，并对铁液成分进行微调，铁液化学成分合格后，于1370℃静置5min进行初步孕育，得熔炼铁液。
S2，将质量为熔炼铁液0.25％的精炼剂加入上述熔炼铁液中，单向搅拌，升温至1530℃静置6min，得精炼铁液。
S3，将质量为熔炼铁液0.1％的75硅铁放入铁水包中，升温至1520℃，冲入上述精炼铁液，沿炉嘴铁液流二次加入质量为熔炼铁液0.25％的75硅铁，于1470℃进行包内二次孕育70s，得二次孕育铁液。
S4，在球化喂丝机中加入质量为熔炼铁液0.8％的球化丝QX15-2HM，球化丝的长度为20m，加入质量为熔炼铁液0.4％的复合孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为1.8:1，硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为45:2.2:1，硅铋孕育剂中硅铋的质量比为60:1)，将质量为熔炼铁液0.043％的锡合金与上述二次孕育铁液吊入球化喂丝机，于1420℃进行球化处理80s；
结束后，用聚渣剂覆盖铁水表面，进行2次除渣操作，得球化铁液。
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液浇注到成型模具中，所述浇注过程中，将可调节式随流孕育装置架设于铁水包嘴处，使孕育斗漏口正对铁水包嘴液流，随所述球化铁液的铁水流将质量为熔炼铁液0.15％的随流孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为1.8:1，硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为45:2.2:1，硅铋孕育剂中硅铋的质量比为60:1)带入铸件中，于1350℃进行第四次孕育10min；
卸载铁模覆砂箱的紧固箱卡，紧固箱卡处于轻微受力状态(受力5kg以下)，卸载时间15min；开箱，时间18min；将所得铸件风冷进行快速冷却，得铸态球墨铸铁。
实施例3
本实施例提供一种铸态球墨铸铁，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.75％，Si 2.8％，Mn 0.6％，Cu 0.65％，Ni 0.1％，Cr 0.3％，Sn 0.03％，Mg 0.055％，Re0.04％，Bi 0.03％，Ba 0.02％，P 0.026％，S 0.007％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述铸态球墨铸铁由以下制备方法得到：
S1，将原料和碳化硅放入1T中频电炉，升温至1430℃进行熔炼50min，原料为：普通Q235废钢45％，含铬量1.8％的优质轴承钢冲压件下脚料13％，回炉料35.78％，电解铜0.6％，镍合金0.12％，铬合金0.1％，稀土镁合金1.2％，75硅铁1.0％和增碳剂3.2％；碳化硅的质量为熔炼铁液的0.25％；
利用电炉的电磁搅拌得混合均匀的熔融态铁液，采用炉前快速分析仪、插入式电子测温枪、SparkCCD直读光谱仪实时监测铁液的化学成分，并对铁液成分进行微调，铁液化学成分合格后，于1430℃静置3.5min进行初步孕育，得熔炼铁液。
S2，将质量为熔炼铁液0.35％的精炼剂加入上述熔炼铁液中，单向搅拌，升温至1550℃静置5min，得精炼铁液。
S3，将质量为熔炼铁液0.2％的75硅铁放入铁水包中，升温至1540℃，冲入上述精炼铁液，沿炉嘴铁液流二次加入质量为熔炼铁液0.1％的75硅铁，于1510℃进行包内二次孕育50s，得二次孕育铁液。
S4，在球化喂丝机中加入质量为熔炼铁液1.0％的球化丝QX15-2HM，球化丝的长度为24m，加入质量为熔炼铁液0.5％的复合孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为2.2:1，硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为50:1.8:1，硅铋孕育剂中硅铋的质量比为70:1)，将质量为熔炼铁液0.035％的锡合金与上述二次孕育铁液吊入球化喂丝机，于1480℃进行球化处理70s；
结束后，用聚渣剂覆盖铁水表面，进行2次除渣操作，得球化铁液。
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液浇注到成型模具中，所述浇注过程中，将可调节式随流孕育装置架设于铁水包嘴处，使孕育斗漏口正对铁水包嘴液流，随所述球化铁液的铁水流将质量为熔炼铁液0.19％的随流孕育剂(硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为2.2:1，硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为50:1.8:1，硅铋孕育剂中硅铋的质量比为70:1)带入铸件中，于1420℃进行第四次孕育8min；
卸载铁模覆砂箱的紧固箱卡，紧固箱卡处于轻微受力状态(受力5kg以下)，卸载时间13min；开箱，时间20min；将所得铸件风冷进行快速冷却，得铸态球墨铸铁。
对比例1
本对比例提供一种铸态球墨铸铁，其化学成分与实施例1相似，不同之处仅在于不含Ni，且Cr、Sn和Fe的含量不同。具体的，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.82％，Si 2.74％，Mn 0.48％，Cu 0.72％，Cr 0.1％，Sn 0.02％，Mg 0.048％，Re 0.03％，Bi 0.025％，Ba 0.015％，P 0.025％，S0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述铸态球墨铸铁的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于原料2中未加入Ni，Cr、Sn的加入量按需调整。
对比例2
本对比例提供一种铸态球墨铸铁，其化学成分与实施例1相似，不同之处仅在于不含Bi、Ba。具体的，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.82％，Si 2.74％，Mn0.48％，Cu 0.72％，Ni 0.14％，Cr 0.23％，Sn 0.036％，Mg 0.048％，Re 0.03％，P0.025％，S 0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述铸态球墨铸铁的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于球化处理和第四次孕育中所用的孕育剂均为75硅铁。
对比例3
本对比例提供一种铸态球墨铸铁，其化学成分与实施例1相似，不同之处仅在于Bi、Ba和Fe的含量不同。具体的，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C 3.82％，Si2.74％，Mn 0.48％，Cu 0.72％，Ni 0.14％，Cr 0.23％，Sn 0.036％，Mg 0.048％，Re0.03％，Bi 0.001％，Ba 0.03％，P 0.025％，S0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述铸态球墨铸铁的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于球化处理和第四次孕育中所用的孕育剂均为含铋硅钡孕育剂，该孕育剂的由以下质量的组分组成：Ba 3％，Ca 0.1％，Al 1.5％，Bi 0.006％，余量为Si。
性能测试
对实施例1～3及对比例1～3的铸态球墨铸铁进行力学性能测试和金相检验，具体力学性能测试数据见表1。
表1实施例1～3及对比例1～3铸态球墨铸铁的力学性能
由上表可知，相较于对比例1～3，本发明实施例1～3提供的铸态球墨铸铁具有优异的力学性能；且在球化温度、球化丝加入量、浇注温度等条件均相同的情况下，在多次孕育时加入含有硅铋和硅钡钙的复合孕育剂，可以显著提高铸件的石墨球数量，满足高强高韧性的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铸态球墨铸铁，其特征在于，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：C3.75％～3.9％，Si 2.65％～2.8％，Mn 0.45％～0.6％，Cu 0.65％～0.8％，Ni0.1％～0.2％，Cr 0.2％～0.3％，Sn 0.03％～0.04％，Mg 0.035％～0.055％，RE 0.025％～0.04％，Bi 0.02％～0.03％，Ba 0.01％～0.02％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述铸态球墨铸铁的制备方法包括以下步骤：
S1，将原料和碳化硅放入电炉进行熔炼，铁液化学成分合格后，静置进行初步孕育，得熔炼铁液；
S2，向所述熔炼铁液中加入精炼剂，升温，静置，得精炼铁液；
S3，将第一部分硅铁孕育剂放入铁水包中，升温至所述精炼铁液的出炉温度，冲入所述精炼铁液，随流加入第二部分硅铁孕育剂，进行包内二次孕育，得二次孕育铁液；
S4，向所述二次孕育铁液中加入复合孕育剂和锡合金，进行球化处理，得球化铁液；
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液浇注到成型模具中，随流加入复合孕育剂，进行第四次孕育，得铸态球墨铸铁；
所述复合孕育剂为硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂。
2.如权利要求1所述的铸态球墨铸铁，其特征在于，所述铸态球墨铸铁的抗拉强度≥900MPa、延伸率≥6％。
3.权利要求1所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将原料和碳化硅放入电炉进行熔炼，铁液化学成分合格后，静置进行初步孕育，得熔炼铁液；
S2，向所述熔炼铁液中加入精炼剂，升温，静置，得精炼铁液；
S3，将第一部分硅铁孕育剂放入铁水包中，升温至所述精炼铁液的出炉温度，冲入所述精炼铁液，随流加入第二部分硅铁孕育剂，进行包内二次孕育，得二次孕育铁液；
S4，向所述二次孕育铁液中加入复合孕育剂和锡合金，进行球化处理，得球化铁液；
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液浇注到成型模具中，随流加入复合孕育剂，进行第四次孕育，得铸态球墨铸铁；
所述复合孕育剂为硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂。
4.如权利要求3所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，将原料和碳化硅放入电炉，逐步升温至1370～1430℃进行熔炼50～55min，铁液化学成分合格后，于1370～1430℃静置3.5～5min进行初步孕育，得熔炼铁液；
S2，向所述熔炼铁液中加入精炼剂，升温至1530～1550℃，静置5～6min，得精炼铁液；
S3，将第一部分硅铁孕育剂放入铁水包中，升温至所述精炼铁液的出炉温度1520～1540℃，冲入所述精炼铁液，随流加入第二部分硅铁孕育剂，于1470～1510℃进行包内二次孕育50～70s，得二次孕育铁液；
步骤S2中所述静置的温度比步骤S3中所述出炉温度高9～11℃；
S4，向所述二次孕育铁液中加入复合孕育剂和锡合金，于1420～1480℃进行球化处理70～80s，得球化铁液；
S5，采用铁模覆砂工艺将所述球化铁液于浇注到成型模具中，随流加入复合孕育剂，进行第四次孕育，得铸态球墨铸铁；所述浇注的温度为1350～1420℃，时间为8～10min；
所述复合孕育剂为硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂。
5.如权利要求3或4所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述复合孕育剂中硅钡钙孕育剂和硅铋孕育剂的质量比为(1.8～2.2):1；其中，所述硅钡钙孕育剂中硅钡钙的质量比为(45～50):(1.8～2.2):1，所述硅铋孕育剂中硅铋的质量比为(60～70):1。
6.如权利要求3或4所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述精炼剂的成分的重量百分比为：CaO 15％～45％，SiO2 15％～45％，Al2O3 12％～18％，CaF25％～10％，MgO 5％～10％，RE 5％～8％，冰晶粉1％～2％，Na2CO3 1％～2％，Na2SiF6 1％～2％。
7.如权利要求3或4所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述球化处理采用喂丝法，球化丝的长度为20～24m，所述球化丝的加入量为所述熔炼铁液质量的0.8％～1.0％；
所述球化丝的成分的重量百分比为：Mg 15％～18％，RE 1.5％～2.5％，Si40％～48％，Ca 2％～3％，Al≤1.0％，Ti≤0.3％，Fe余量。
8.如权利要求3或4所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碳化硅的加入量为所述熔炼铁液质量的0.15％～0.25％；
步骤S2中，所述精炼剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.25％～0.35％。
9.如权利要求3或4所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述第一部分硅铁孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.1％～0.25％，所述第二部分硅铁孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.1％～0.25％。
10.如权利要求3或4所述的铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述复合孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.4％～0.5％；
步骤S5中，所述复合孕育剂的加入量为所述熔炼铁液质量的0.15％～0.2％。
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