CN111041336A - 一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁及其生产方法 - Google Patents

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CN111041336A CN201911409637.5A CN201911409637A CN111041336A CN 111041336 A CN111041336 A CN 111041336A CN 201911409637 A CN201911409637 A CN 201911409637A CN 111041336 A CN111041336 A CN 111041336A
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Abstract

本发明公开了一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁及其生产方法，涉及新材料领域，所述球墨铸铁的化学成分为：w(C)3.5％～3.9％，w(Si)1.8％～2.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝4.3％～4.6％；w(Mn)≤0.2％；w(P)≤0.03％；w(S)0.006％～0.015％；w(Cu)0.15‑0.25％；w(Mg)0.025％～0.045％,w(RE)0.01～0.02％；其余微量元素反球化系数K≤1±0.1％。本发明生产的铸件不加Ni等贵金属调质，不进行热处理，所以成本较低。由于其铸态下具有较高的强度和韧性、优良的低温冲击性能，因而适用于力学性能要求较高的低温工作环境，延长使用寿命。

Description

一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁及其生产方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁及其生产方法。
背景技术
球墨铸铁是一种重要的金属结构材料，在汽车、机械、船舶等领域的应用越来越广泛。一些机械构件如汽车曲轴不仅需要较高的强度同时还要具备较高的韧性。目前,要想获得高强度高韧性的球墨铸铁主要是通过热处理实现,而这种方式成本高、工艺复杂、成品率低,因此,在铸态下生产高强度高韧性的球墨铸铁具有重大的现实意义。还有一些机器、零部件长期在高寒环境下工作，如风电设备的变速箱、轮毂、底座，铁路及地铁配件，机车及车辆配件，石油及石化设备的配件等，这些球墨铸铁件同时要求具有较好的低温性能。目前，低温高韧性球墨铸铁件的市场需求越来越大。
我国标准GB1348-2009中，只对QT350-22L、QT400-18L两种低牌号球铁材料规定了低温冲击性能要求。随着牌号升高球墨铸铁韧性降低，低温韧性更低而不能满足应用要求。所以，国内外球墨铸铁标准对QT450-10以上的牌号均未规定低温冲击性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁及其生产方法，以解决上述背景技术中提出的随着牌号升高球墨铸铁韧性降低，低温韧性更低而不能满足应用要求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁，所述球墨铸铁的化学成分为：w(C)3.5％～3.9％，w(Si)1.8％～2.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝ 4.3％～4.6％；w(Mn)≤0.2％；w(P)≤0.03％；w(S)0.006％～0.015％； w(Cu)0.15-0.25％；w(Mg)0.025％～0.045％,w(RE)0.01～0.02％；其余微量元素反球化系数≤1±0.1％。
一种球墨铸铁的生产方法：包括以下步骤：
步骤一：准备纯净的原材料
高纯生铁，纯净无锈，化学成分为：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～ 0.7％，w(Mn)0.05％～0.10％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti) ≤0.025％；11种微量元素Σw(Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al) ≤0.07％，且反球化系数
K＝4.4Ti+1.6Al+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi≤0.36；
步骤二：同材质回炉铁，抛丸清理：
高温石墨化处理的优质晶体增碳剂，化学成分为：
w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～ 0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm；
步骤三：球化前将电炉内熔炼铁液成分调整为：w(C)3.75％～ 4.15％，w(Si)0.8％～1.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝4.32％～4.52％；w(Mn) ≤0.2％；w(P)≤0.03％；w(S)≤0.025％；w(Cu)0.15-0.25％；
步骤四：对铁液进行球化处理+一次孕育：
球化处理温度1510℃±10℃。球化剂采用Mg6RE1，化学成分为： w(Mg)5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca) 1.5％-3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO) ≤0.65％，w(Al)≤0.5％,余量为Fe；粒度5～30mm，加入量为处理铁液重量的1.1％～1.4％；
孕育剂采用Si-Ba合金孕育剂，化学成分为：w(Si)65％～70％， w(Ba)4％～6％，粒度2～5mm，加入量0.3％～0.5％。
步骤五：二次孕育
即倒包孕育：将二次孕育剂加入到浇注包底部，再将上述球化完成的铁液倒入浇注包进行二次孕育。孕育剂采用Si-Ba孕育剂，成分与一次相同；粒度1～2mm；加入量0.08％～0.3％；
步骤六：浇注+三次孕育：
将上述经过球化和二次孕育的铁液，以一定的浇注温度浇注到砂型中；
在浇注过程中进行第三次孕育即随流瞬时孕育，随流孕育剂为 Si-Bi合金，化学成分为：w(Si)68％～75％，w(Bi)0.8％～1.2％,w(Ca) ＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.08％～0.15％。
步骤七：落砂：
浇注后的铁液在砂型中凝固成形，随型冷却至500℃以下落砂，形成球墨铸铁。
进一步的，步骤一中的优质中、低碳素废钢，纯净无锈；化学成分为：w(C)≤0.5％，w(Si)≤0.4％，w(Mn)≤0.3％，w(P)≤0.03％， w(S)≤0.02％，w(Cr)≤0.1％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.3％。
进一步的，电炉的熔炼温度1530℃～1550℃。
进一步的，步骤三种的铁液铁前高温静置5～10分钟，扒清渣。
进一步的，步骤四中球化处理方法为盖包法，堤坝式球化包，堤坝高度高于加料高度30-50mm，包盖与包顶由密封耐火材料密实，深径比为1.5～2，使用前预热至800℃以上；球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干。
进一步的，步骤四中球化处理时需加强覆盖：采用小钢片覆盖严实。小钢片采用无锈低碳钢，加入量为处理铁液重量的1.2％～1.3％；按球化剂+孕育剂+小钢片顺序加料并层层捣实；加料高度低于堤坝顶面。
进一步的，从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10 分钟。
有益效果：本发明生产的铸件不加Ni等贵金属，不进行热处理，所以成本较低。由于其铸态下具有较高的强度和韧性、优良的低温冲击性能，因而适用于力学性能要求较高的低温工作环境，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明冲击试块尺寸图；
图2为本发明试样与摆锤冲击试验机支座及砧座相对位置示意图；
图3为本发明中的拉伸试样尺寸图；
图4为本发明中拉伸试样及冲击试样取样方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
参照图1-4，一种球墨铸铁的生产方法：包括以下步骤：
步骤一：准备纯净的原材料
高纯生铁，纯净无锈，化学成分为：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～ 0.7％，w(Mn)0.05％～0.10％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti) ≤0.025％；11种微量元素Σw(Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al) ≤0.07％，且反球化系数
K＝4.4Ti+1.6Al+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi≤0.36；
步骤二：同材质回炉铁，抛丸清理：
高温石墨化处理的优质晶体增碳剂，化学成分为：
w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～ 0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm；
步骤三：球化前将电炉内熔炼铁液成分调整为：w(C)3.75％～ 4.15％，w(Si)0.8％～1.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝4.32％～4.52％；w(Mn) ≤0.2％；w(P)≤0.03％；w(S)≤0.025％；w(Cu)0.15-0.25％；
步骤四：对铁液进行球化处理+一次孕育：
球化处理温度1510℃±10℃。球化剂采用Mg6RE1，化学成分为： w(Mg)5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca) 1.5％-3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO) ≤0.65％，w(Al)≤0.5％,余量为Fe；粒度5～30mm，加入量为处理铁液重量的1.1％～1.4％；
孕育剂采用Si-Ba合金孕育剂，化学成分为：w(Si)65％～70％， w(Ba)4％～6％，粒度2～5mm，加入量0.3％～0.5％。
步骤五：二次孕育
即倒包孕育：将二次孕育剂加入到浇注包底部，再将上述球化完成的铁液倒入浇注包进行二次孕育。孕育剂采用Si-Ba孕育剂，成分与一次相同；粒度1～2mm；加入量0.08％～0.3％；
步骤六：浇注+三次孕育：
将上述经过球化和二次孕育的铁液，以一定的浇注温度浇注到砂型中；
在浇注过程中进行第三次孕育即随流瞬时孕育，随流孕育剂为 Si-Bi合金，化学成分为：w(Si)68％～75％，w(Bi)0.8％～1.2％,w(Ca) ＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.08％～0.15％。
步骤七：落砂：
浇注后的铁液在砂型中凝固成形，随型冷却至500℃以下落砂，形成球墨铸铁。
步骤一中的优质中、低碳素废钢，纯净无锈；化学成分为：w(C) ≤0.5％，w(Si)≤0.4％，w(Mn)≤0.3％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％， w(Cr)≤0.1％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.3％。
电炉的熔炼温度1530℃～1550℃。
步骤三中铁液出铁前高温静置5～10分钟，扒清渣。
步骤四中球化处理方法为盖包法，堤坝式球化包，堤坝高度高于加料高度30-50mm，包盖与包顶由密封耐火材料密实，深径比为1.5～ 2，使用前预热至800℃以上；球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干。
步骤四中球化处理时需加强覆盖：采用小钢片覆盖严实。小钢片采用无锈低碳钢，加入量为处理铁液重量的1.2％～1.3％；按球化剂+ 孕育剂+小钢片顺序加料并层层捣实；加料高度低于堤坝顶面。
从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。
材料制造中不加Ni、不需要热处理，铸态抗拉强度Rm≥450MPa、延伸率A≥18％。-20℃低温下夏比(V型缺口)单铸试样冲击功三个试样平均值不小于12J、个别值不小于9J；-40℃低温下夏比(V型缺口)单铸试样冲击功三个试样平均值不小于9J、个别值不小于6J。常温性能和低温性能均优于标准牌号QT400-18L。
通过该方法生产的耐低温冲击高强韧性铸态球墨铸铁，以高纯生铁、纯净中低碳废钢为原料，采用优质高效球化剂和孕育剂变质处理，通过成分优化、工艺改进、节拍生产等手段，使铸件球化率高，组织细密，力学性能好，耐低温性能好。
根据GB/T1348-2009，该材料牌号定义为QT450-18L。适用于对力学性能要求较高低温环境下工作的风电设备、工程机械及铁路及铁路等球墨铸铁件。
QT450-18L及相关材质的力学特征见表1，V型缺口单铸试样的冲击功见表2，QT450-18L金相特征见表3。
表1 QT450-18L及相关材质的力学性能
Figure BDA0002349617290000071
表2 QT450-18L及相关材质V缺口单铸试样的冲击功
Figure BDA0002349617290000072
Figure BDA0002349617290000081
表3 QT450-18L金相要求
球化率 石墨球大小 团状石墨 磷共晶 渗碳体 珠光体
≥90％ 6～8级 ≤20％ 无 无 ≤25％
生产过程和方法优化了铸件成分，改良了铸态组织，提高了常温力学性能和低温冲击性能。
一、提升了球化率及球状石墨的数量
(1)使用高纯生铁，提高原材料纯净度，严格控制S及其它反球化元素含量，保证球化良好的同时降低了球化剂的加入量及铸件中 Mg残含量，减小了白口倾向。
(2)改进球化剂的覆盖。按球化剂+孕育剂+小钢片顺序加料，每层使用平头锤扒平、捣实，且上面覆盖层由铁屑改进为小钢片，提高了覆盖层熔点以延迟球化反应时间，使球化反应保证在有一定铁液压头的情况下进行，减少了Mg的氧化烧损，Mg的吸收率达70％以上。最终Mg残保持在0.025％～0.045％之间，充分发挥了Mg的球化作用。
(3)降低RE含量。稀土(RE)有抵消反球化元素对石墨球化不利影响的作用，同时稀土元素(主要是Ce)易促进石墨形成团状和团片状，RE含量过多影响石墨球的圆整度，所以要进一步提高球状石墨的数量，RE含量应适当低些。由于严格控制了高纯生铁中反球化微量元素的含量，因而选择低RE球化剂，为使团状石墨不超过20％，球化剂中的RE含量选择在0.5％～1.5％之间。
(4)为提高镁的吸收率，在电炉生产条件下、球化剂中的RE含量1％时，确定镁含量为6％左右。
(5)为提高球化剂中有效镁的含量改善球化效果，规定球化剂中MgO的含量不超过其镁含量的1/10。
综合以上因素，最终确定球化剂Mg6RE1，成分为w(Mg)5.5％～ 6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％,w(Ca)1.5％～3.0％，w(Si)35％～45％， w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％。
(6)球化处理后及时扒渣，减少了“回硫”现象。
(7)从球化处理完成到浇注完毕不超过8分钟。
通过精细配料与严格工艺操作，球化率提高到2级以上，且团状石墨低于20％。
二、提高了铁液的纯净度。
(1)使用干净的原料从源头上减少了夹杂，对炉料的化学成分、物理状态制定严格的控制标准。
(2)高温静置处理使铁液在此时进行“自脱氧”反应，使铁液氧化及氧化夹渣倾向大幅减少，成为高温低氧化的优质铁液。
(3)由于Mg的吸收率的提高、球化剂中有效Mg含量的提高、高纯生铁中反球化元素含量的减少，从而降低了球化剂的加入量，减少了造渣量。
(4)使用我厂专利盖包，使球化处理在相对封闭的包内进行，与外界空气减少了接触，减少了氧化夹渣。
(5)球化前原铁液扒清渣，球化完成后及时、充分扒渣。
三、孕育效果加强。通过球化包底Si-Ba孕育+倒包Si-Ba孕育+ 随流Si-Bi三次孕育，有效防止了孕育衰退。Si-Ba合金长效孕育剂延长了衰退时间，随流孕育采用Si-Bi合金孕育剂使石墨球数大大提高，提高了凝固品质，使球铁的综合性能相应提高并减少了缩孔、缩松及白口倾向。
四、成份优化，包括合理的化学成分及基体组织。根据各化学元素对铸件组织及性能的影响，经过多次研制，确定了铸件合理的化学成分及根据铸件壁厚和浇注温度确定的窄范围控制生产方案，保证了表3中QT450-18L的基体组织和表1中的力学性能、表2中的低温性能。化学成分方案见下面技术方案中的阐述。
五、原材料改进。优选原材料，充分考虑微量干扰球化元素的影响，严格控制反球化元素的K值＜1±0.1；改进球化和孕育剂，选择合金型Si-Bi复合孕育剂随流孕育、与材料厂合作研制球化剂 Mg6RE1，对成分优化调整；炉料纯净化处理，干净无锈；使用高温石墨化处理的晶体型增碳剂调C等措施。
六、节拍生产。以上所述的生产方法，还必须贯以标准化的管理，节拍生产，落砂温度一致，保证从球化完成到浇注结束时间不超过8 分钟，为便于生产实际控制，从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。
以上措施，使铸件综合指标得到了较大提高：球化率≥90％，团状石墨不超过20％。
本发明生产的铸件不加Ni等贵金属调质，不进行热处理，所以成本较低。由于其铸态下具有较高的强度和韧性、优良的低温冲击性能，因而适用于力学性能要求较高的低温工作环境，延长使用寿命。
本发明所采用的技术方案如下：
材质化学成分(质量分数)要求
碳当量CE＝C+1/3(Si)＝4.3％～4.6％，其中w(C)3.5％～3.9％，w (Si)1.8％～2.1％。
w(Mn)≤0.2％，w(Cu)0.15％～0.25％。
w(S)0.006％～0.015％，w(P)≤0.03％。
w(Mg)0.025％～0.045％,w(RE)0.01％～0.02％。
微量元素反球化系数＜1±0.1。
原材料要求
熔炼用生铁采用高纯生铁，化学成分：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～ 0.7％，w(Mn)0.05％～0.10％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti) ≤0.025％；11种微量元素Σw(Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al) ≤0.07％，且反球化系数
K＝4.4Ti+1.6Al+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi≤0.36.
熔炼用废钢使用中、低碳钢，化学成分为：w(C)≤0.5％，w(Si) ≤0.4％，w(Mn)≤0.3％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Cr) ≤0.05％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.1％。
熔炼用回炉料使用相同材质。
生铁、废钢、回炉料纯净化处理，如抛光清理和除锈。
熔炼增碳剂为经高温石墨化处理的优质晶体增碳剂，化学成分为：w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～ 0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm。
电炉熔炼
熔炼温度1530℃～1550℃。
原铁液成分调整：w(C)3.75％～4.15％，w(Si)0.8％～1.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝4.32％～4.52％(C损降计0.25％、球化孕育增Si 计1％，根据情况调整)；w(Mn)≤0.2％，P≤0.03％，w(S)≤0.025％； w(Cu)≤0.15-0.25％，微量元素总和≤0.1％。
高温静置5～10分钟，扒清渣。
球化孕育
对上述成分的铁液进行球化处理，球化包底一次孕育。
球化处理方法——盖包法
采用堤坝式球化包，堤坝高于加料面30mm～50mm；包盖与包体顶部盖严密实，包体深径比为1.5～2。
球化包使用前清理残渣余铁，烘干并预热至橙黄色(≥800℃)。
球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干，加料在以堤坝相隔的铁液注入侧的对侧：按球化剂+孕育剂+小钢片顺序逐层加料、扒平、捣实。
球化剂的选用及加入量：球化剂采用Mg6RE1，化学成分：w(Mg) 5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca)1.5％-3.0％， w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％， w(Al)≤0.5％,Fe余量；粒度5～30mm。
加入量为处理铁液重量的1.1％～1.4％。
一次孕育剂的选用及加入量：采用Si-Ba孕育剂，化学成分w(Si) 65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1.5～3mm；加入量0.3％～0.5％。
小钢片覆盖：小钢片采用无锈低碳钢；加入量为处理铁液重量的 1.2％～1.3％。
球化处理温度1510±10℃。
扒渣：球化完成后扒渣干净，，至少扒渣三次。
浇注
倒包后再扒一次渣.
二次孕育：即倒包孕育，于浇注包底进行，采用Si-Ba孕育剂，化学成分为：w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％；粒度1～2mm；加入量0.1％～0.3％。
经过球化和二次孕育的铁液，根据铸件关键壁厚确定一个合理的的浇注温度(1350℃～1450℃)浇注到砂型中。
三次孕育：在浇注过程中进行第三次孕育即随流瞬时孕育。孕育剂采用Si-Bi合金孕育剂；化学成分为：w(Si)68～75％，w(Bi) 0.8～1.2％,w(Ca)＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.1％～0.15％。
在每球化包浇注后期浇注光谱试块。
在每球化包浇注后期浇注Y型25mm厚度标准试块。
从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。
落砂
浇注后随型冷却至500℃以下落砂。
铸态QT450-18L的生产实践
某支架，材质QT450-18L，重量18kg，关键壁厚30mm。
确定最终化学成分w(％)如下表：
表3
Figure BDA0002349617290000131
Figure BDA0002349617290000141
选择优质原材料
高纯生铁：干净无锈，化学成分w(％)如下表：
C Si Mn P S Ti 其余微量元素总和
4.2 0.5 0.046 0.018 0.017 0.019 ＜0.07％
表4
废钢：干净无锈，化学成分w(％)如下表：
表5
C Si Mn P S Cr Cu Ni
0.16 0.18 0.21 0.02 0.01 0.03 0.027 0.057
选用回炉铁，化学成分w(％)如下表：
表6
C Si Mn P S Cr Cu Mg RE
3.8 2.0 0.15 0.02 0.011 0.03 0.15 0.030 0.018
回炉料抛丸清理15分钟。
晶体增碳剂，吸收率≥95％；粒度0.5～5mm，化学成分w(％)如下表：
表7
C S N
99.6 0.03 0.002
电炉熔炼
熔炼温度1530℃～1550℃。
将电炉内原铁液化学成分w(％)调整为：
表8
Figure BDA0002349617290000151
以上成分中P、S、Mn含量主要由原材料控制，S含量超标时要进行脱硫处理；C、Si含量根据原铁液调整前C、Si分析值在电炉中加入增碳剂、废钢或硅铁合金来调整；Cu根据原铁液调整前Cu分析值在电炉中加入阴极铜来调整；每个方案的CE值按表中目标值±0.05％控制。
调整中要把握：原铁液成分根据最终化学成分、球化孕育元素增量及元素的过程烧损情况确定；C损降按0.25％计，Si损降按硅量的 5％计，各元素烧损量根据实际情况调整；球化孕育增硅量＝Si球化+Si 孕育Ⅰ+Si孕育Ⅱ+Si孕育Ⅲ≈1％。
调整好的铁液高温静置8分钟，扒渣干净。
球化孕育
对上述成分的铁液球化处理、包底一次孕育，一次处理铁液重量 700Kg。
球化处理——盖包法：堤坝式球化包，使用前按技术要求修包合格。
球化包使用前预热≥800℃；
球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干，按球化剂+孕育剂+小钢片顺序逐层加料并用平头锤扒平、捣实；高度应低于堤坝30～50mm；
球化剂的选用及加入量：球化剂采用Mg6RE1，化学成分w(％) 如下表：
表9
Mg RE Si 其他
6 1.1 43 合格
粒度5～30mm。
加入量的计算如下：
根据我们的研究试验和生产实践，使用Mg6RE1球化剂和高纯生铁生产本球墨铸铁时可控制w(Mg残)在0.025～0.045之间。因球墨铸铁中的Mg残＞0.04％时，凝固范围急剧加宽，收缩倾向加大，所以在保证球化良好的前提下Mg残应尽量低些。
球化剂的加入量计算公式:
Figure BDA0002349617290000161
其中：λ为球化剂加入量，S原铁液为球化前原铁液中S含量，S球化后为球化后铁液中S含量，Mg残为铸件中Mg含量，Mg衰减为球化后至浇注结束Mg的衰减量，η为镁的吸收率，Mg含量为球化剂中的Mg含量。
试验得出：脱硫量(S原铁液-S球化后)＜0.01％，则脱硫镁量0.76(S 原铁液-S球化后)＜0.0076％；镁每分钟衰减率在0.001％～0.003％之间，取平均值0.002％，球化反应完成至浇注结束时间≤8分钟,根据铸件壁厚增加1分钟的型内衰减量，则Mg衰减＝0.002％×(8+1)＝0.018％；镁的吸收率η≥70％，按70％；Mg含量按6％；Mg残按0.025％；
则λ＜(0.0076％+0.025％+0.018％)/(70％×6％)，即λ＜1.2％时即应满足石墨球化的要求。
结合生产经验，球化剂加入量确定为1.3％，完全满足石墨球化的要求。则球化增硅量为：Si球化＝1.3％×43％×95％＝0.53％。
一次孕育剂的选用及加入量：Si-Ba孕育剂，粒度1.5～3mm，化学成分w(％)如下表：
表10
Si Ba
69 5.5
加入量0.5％，则一次孕育增硅量为：Si孕育Ⅰ＝0.5％×69％× 95％＝0.328％。
小钢片覆盖：小钢片应干净无锈，否则进行除锈处理。化学成分 w(％)如下表：
表11
C Si Mn P S Cr Cu Ni
0.21 0.17 0.25 0.012 0.01 0.04 0.013 0.028
加入量1.2％～1.3％；
球化处理温度1510±10℃；出铁重量700±10Kg。
扒渣：球化完成后多次扒渣，每次拔完渣在铁液表面撒一层聚渣剂，连续迅速进行。扒渣至少三次以上，时间不超过2分钟。
浇注
二次孕育：球化包倒入浇注包时进行二次孕育，采用Si-Ba孕育剂，粒度1～2mm；化学成分w(％)如下表：
表12
Si Ba
69 5
加入量按0.15％，则二次孕育增硅量为：Si孕育Ⅱ＝0.15％×69％× 95％＝0.098％。
根据铸件壁厚确定浇注温度为1360℃～1400℃，使用自动浇注机以规定的浇注速度浇注到粘土湿型砂铸型中。
在浇注过程中进行随流瞬时孕育(三次孕育)；采用Si-Bi合金孕育剂，化学成分w(％)如下表：
表13
Si Bi Ca RE Al
72 0.85 1.3 0.83 1.21
粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.12％，则三次孕育增硅量为：Si孕育Ⅲ＝0.12％×72％×95％＝0.082％。
在每球化包浇注后期浇注光谱试块。
在每球化包浇注后期浇注Y型25mm厚度标准试块。
整包铁液浇注时间：从出铁球化计时，到整包铁液浇注结束不超过10分钟。
落砂：浇注后冷却至500℃以下落砂。
检测
化学成分
对光谱试块进行光谱分析。
表14光谱分析结果(微量元素未计)
Figure BDA0002349617290000181
Figure BDA0002349617290000191
金相组织
表15取自Y型试块的金相检测结果
Figure BDA0002349617290000192
力学性能
表15取自Y型试块的力学性能检测结果
Figure BDA0002349617290000193
低温冲击功
表16取自Y型单铸试块的夏比(V型缺口)试样冲击功试验结果
Figure BDA0002349617290000194
结论：由实例方法生产的球墨铸铁，性能指标达到QT450-18L要求。
以上所述，仅为本发明的几种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐低温冲击高强度铸态球墨铸铁，其特征在于：所述球墨铸铁的化学成分为：w(C)3.5％～3.9％，w(Si)1.8％～2.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝4.3％～4.6％；w(Mn)≤0.2％；w(P)≤0.03％；w(S)0.006％～0.015％；w(Cu)0.15-0.25％；w(Mg)0.025％～0.045％,w(RE)0.01～0.02％；其余微量元素反球化系数K≤1±0.1％。
2.一种球墨铸铁的生产方法：其特征在于：包括以下步骤：步骤一：准备纯净的原材料
高纯生铁，纯净无锈，化学成分为：w(C)≥3.3％，w(Si)0.4％～0.7％，w(Mn)0.05％～0.10％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Ti)≤0.025％；11种微量元素Σw(Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al)≤0.07％，且反球化系数
K＝4.4Ti+1.6Al+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi≤0.36；
步骤二：同材质回炉铁，抛丸清理：
高温石墨化处理的优质晶体增碳剂，化学成分为：
w(C)99.5％～99.8％，w(S)0.015％～0.05％，w(N)0.001％～0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm；
步骤三：球化前将电炉内熔炼铁液成分调整为：w(C)3.75％～4.15％，w(Si)0.8％～1.1％，且CE＝C+1/3(Si)＝4.32％～4.52％；w(Mn)≤0.2％；w(P)≤0.03％；w(S)≤0.025％；w(Cu)0.15-0.25％；其余微量元素质量分数总和≤0.1％；余量为Fe；
步骤四：对铁液进行球化处理+一次孕育：
球化处理温度1510℃±10℃。球化剂采用Mg6RE1，化学成分为：w(Mg)5.5％-6.5％，w(RE)0.5％～＜1.5％(Ce/RE≥46％),w(Ca)1.5％-3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％,余量为Fe；粒度5～30mm，加入量为处理铁液重量的1.1％～1.4％；
孕育剂采用Si-Ba合金孕育剂，化学成分为：w(Si)65％～70％，w(Ba)4％～6％，粒度2～5mm，加入量0.3％～0.5％。
步骤五：二次孕育
即倒包孕育：将二次孕育剂加入到浇注包底部，再将上述球化完成的铁液倒入浇注包进行二次孕育。孕育剂采用Si-Ba孕育剂，成分与一次相同；粒度1～2mm；加入量0.08％～0.3％；
步骤六：浇注+三次孕育：
将上述经过球化和二次孕育的铁液，以一定的浇注温度浇注到砂型中；
在浇注过程中进行第三次孕育即随流瞬时孕育，随流孕育剂为Si-Bi合金，化学成分为：w(Si)68％～75％，w(Bi)0.8％～1.2％,w(Ca)＜2.0％，w(RE)＜1.2％,w(Al)＜1.5％；粒度0.2～0.7mm；加入量为浇注铁液量的0.08％～0.15％；
步骤七：落砂：
浇注后的铁液在砂型中凝固成形，随型冷却至500℃以下落砂，形成球墨铸铁。
3.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁的生产方法，步骤一中的优质中、低碳素废钢，纯净无锈；化学成分为：w(C)≤0.5％，w(Si)≤0.4％，w(Mn)≤0.3％，w(P)≤0.03％，w(S)≤0.02％，w(Cr)≤0.1％，w(Cu)≤0.3％，w(Ni)≤0.3％。
4.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁的生产方法，电炉的熔炼温度1530℃～1550℃。
5.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁的生产方法，步骤三种的铁液铁前高温静置5～10分钟，扒清渣。
6.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁的生产方法，步骤四中球化处理方法为盖包法，堤坝式球化包，堤坝高度高于加料高度30-50mm，包盖与包顶由密封耐火材料密实，深径比为1.5～2，使用前预热至800℃以上；球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干。
7.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁的生产方法，步骤四中球化处理时需加强覆盖：采用小钢片覆盖严实。小钢片采用无锈低碳钢，加入量为处理铁液重量的1.2％～1.3％；按球化剂+孕育剂+小钢片顺序加料并层层捣实；加料高度低于堤坝顶面。
8.根据权利要求2所述的一种球墨铸铁的生产方法，从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112111688A (zh) * 2020-09-16 2020-12-22 河南广瑞汽车部件股份有限公司 一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁及其生产方法
CN112281050A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 溧阳市新力机械铸造有限公司 一种新型抗低温的工程机械电机车桥工艺
CN116479317A (zh) * 2023-04-25 2023-07-25 中国第一汽车股份有限公司 一种qt600-10吊环及其生产方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004169167A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Fukuoka Prefecture 低温靱性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法
CN101760689A (zh) * 2009-12-30 2010-06-30 山东汇金股份有限公司 一种抗低温冲击高强度球墨铸铁生产方法
CN106811676A (zh) * 2017-01-04 2017-06-09 山东汇金股份有限公司 一种高强度高韧性铸态qt700‑10及其生产方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004169167A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Fukuoka Prefecture 低温靱性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法
CN101760689A (zh) * 2009-12-30 2010-06-30 山东汇金股份有限公司 一种抗低温冲击高强度球墨铸铁生产方法
CN106811676A (zh) * 2017-01-04 2017-06-09 山东汇金股份有限公司 一种高强度高韧性铸态qt700‑10及其生产方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112111688A (zh) * 2020-09-16 2020-12-22 河南广瑞汽车部件股份有限公司 一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁及其生产方法
CN112111688B (zh) * 2020-09-16 2021-12-10 河南广瑞汽车部件股份有限公司 一种能有效降低缩孔缩松倾向的球墨铸铁及其生产方法
CN112281050A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 溧阳市新力机械铸造有限公司 一种新型抗低温的工程机械电机车桥工艺
CN116479317A (zh) * 2023-04-25 2023-07-25 中国第一汽车股份有限公司 一种qt600-10吊环及其生产方法

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