CN111471923A - 一种薄壁球墨铸铁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁球墨铸铁及其制造方法，属于铸铁材料领域，薄壁球墨铸铁包括以下质量百分比的元素：C 3.65‑3.9%、Si 2.8‑2.9%、Mn 0.45‑0.55%、Cu 0.75‑0.85%、Sn 0.03‑0.035%、Cr≤0.05%、P≤0.05%、S≤0.020%，余量为Fe。制造方法包括如下步骤：S1：向容器内加入球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，后浇注铁水；S2：将步骤S1得到的铁水倒包进行二次孕育，随流加入二次孕育剂；S3：将步骤S2得到的铁水浇注，浇注时加入随流孕育剂。本发明的薄壁球墨铸铁具有降低球墨铸铁中渗碳体含量的效果。

Description

一种薄壁球墨铸铁及其制造方法

技术领域

本发明涉及铸铁材料领域，特别涉及一种薄壁球墨铸铁及其制造方法。

背景技术

球墨铸铁是一种具有广阔发展前景的结构材料，球铁的产生使铸铁的性能发生了质的变化，它的一些性能甚至超过了碳素钢和结构钢，与钢相比，生产球铁件的工艺和设备简单，成本低廉。建筑用QT700高牌号球墨铸铁保安件，主要用于建筑用螺纹钢之间的连接用，其壁厚两端最薄处仅3.5毫米。由于球化和孕育的处理工艺难控制，导致铸态铸铁中经常出现渗碳体，大量的渗碳体集中出现在冷却速度较快的铸件表皮或薄壁处形成白口，由于渗碳体硬而脆，因此在使用过程中由于端面渗碳体的聚集而容易出现开裂的现象，导致铸铁的强度降低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一是提供一种薄壁球墨铸铁，达到降低球墨铸铁中渗碳体加入量的效果；

本发明的目的二是提供一种薄壁球墨铸铁的制造方法，达到降低球墨铸铁中渗碳体加入量的效果。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种薄壁球墨铸铁，所述球墨铸铁中包括以下质量百分比的元素：C 3.65-3.9%、Si2.8-2.9%、Mn 0.45-0.55%、Cu 0.75-0.85%、Sn 0.03-0.035%、Cr≤0.05%、P≤0.05%、S≤0.020%，余量为Fe。

通过采用上述技术方案，碳和硅的加入量对铸件的性能影响很大，其中碳加入量越高，铁水流动性越好，本申请中碳的加入量，不仅使得铁液有良好的流动性，同时也有良好的防止白口渗碳体产生的作用。

Si能够促进铁水中的C石墨化，从而不容易形成渗碳体，且在固态的铸铁中，硅几乎全部固溶于奥氏体和铁素体，不进入碳化物，硅原子与铁原子可以结合成具有强共价键的含硅铁素体，不仅促进铁素体形成，而且使铁素体强化的作用增强，本申请中将Si加入量控制在2.8-2.9%范围内时，能够有效降低铸件中渗碳体的加入量，提高铸件的强度和硬度。

Mn加入量的增加能够增大基体组织中的珠光体数量，同时还能够稳定和细化珠光体，提高铸件的强度和硬度。

Cu元素的加入，一方面能够稳定和增加珠光体，另一方面还能促进铁水中的C石墨化，并抵消Cr元素增大白口的不利影响，有利于保证铁水的铸造工艺，提高铸件的机械强度。

Sn元素的加入能够促进和稳定珠光体，降低铁素体加入量，从而提高铸件的机械强度和硬度。

Cr加入量的增加，使得铸件强度和硬度增加，塑性下降，同时还能保留较多的珠光体。

球墨铸铁的铸态组织一般为铁素体和珠光体的混合组织，本申请通过提高C、Si元素的质量百分比，降低铸件中渗碳体加入量的出现，从而防止铸件中白口的出现，提高球墨铸铁的机械强度和硬度。

本发明的目的二：提供一种薄壁球墨铸铁的制造方法，所述球墨铸铁的制造方法包括如下步骤：

（一）原料熔炼，废钢50％、生铁5％、FCD450 回炉料45%、碳化硅0.75%、增碳剂：2.25%，原汤进到保温炉中的温度为：1560±10℃

（二）球化处理及孕育处理

S1：向容器内加入球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，在保温炉中铁水温度为1535±15℃时向容器内冲入铁水，球化反应时间50-80s；

S2：将步骤S1得到的铁水倒包进行二次孕育，随流加入二次孕育剂，反应时间为10-30s；

S3：将步骤S2得到的铁水浇注，浇注时加入随流孕育剂。

通过采用上述技术方案，本申请步骤S1中，先在球化包内加入球化剂，再加入一次孕育剂后加入覆盖剂，这样做的目的是有效控制铁水与一次孕育剂和球化剂的反应速度，将一次孕育剂置于球化剂和覆盖剂之间时，能够有效控制晶粒的形成数量和大小，保证铁水中能够形成小且多，并且组织致密且均匀的晶粒，阻碍渗碳体的析出，保证球化的效率，防止将球化剂放置在一次孕育剂和覆盖剂之间时铁水与球化剂过早反应，而影响铁水的球化效率。

然后再加入二次孕育剂和随流孕育剂，严格控制铁水中C和Si两种元素的加入量，所带来的效果是球墨铸铁的球化率在85%以上，抗拉强度在725N/mm²以上，屈服强度在505N/mm²以上，且未出现渗碳体，从而使得球墨铸铁具有优良的机械强度。

本发明通过三次孕育处理有效降低球墨铸铁中渗碳体的析出，同时本发明C、Si加入量的增加，也有效降低球墨铸铁中渗碳体的析出，因此，本申请通过三次孕育处理以及提高球墨铸铁中C、Si加入量而提高球墨铸铁的各项机械性能。

本发明进一步设置为，所述步骤S1中，以铁水为基准，按重量百分比计，球化剂的加入量为1.1-1.3%、一次孕育剂的加入量为0.2-0.5%、覆盖剂的加入量为1.21-1.43%。

本发明进一步设置为，所述球化剂的成分为：Mg 5-5.5%、Si 40-50%、Re1.5-2.0%、Ca 2.0-2.5%，球化剂的粒度为5-25mm。

通过采用上述技术方案，本申请中球化剂的成分为：Mg 5-5.5%、Si 40-50%、Re1.5-2.0%、Ca 2.0-2.5%时，具有球化反应缓和，同时使得球化中的元素易于充分吸收的优点，提高铸铁的性能，此外，低镁球化剂使得铸铁更加稳定，降低白口倾向的概率，同时低镁球化剂的加入，会使得铸铁中的石墨呈球状存在，其强度、塑性和韧性也都会显著提高。

本发明进一步设置为，所述覆盖剂采用低碳钢、钢片中的一种，覆盖剂的粒度为10-20mm。

通过采用上述技术方案，覆盖剂的粒度为10-20mm时，保证覆盖剂具有一定的间隙，从而保证铁水与一次孕育剂和球化剂的反应机率，从而保证孕育的效率和球化效率。

本发明进一步设置为，所述步骤S1中，一次孕育剂采用75硅铁，粒度为3-8mm，其中75硅铁中Si的加入量为70-85%；以铁水为基准，按重量百分比计，75硅铁的加入量为0.2-0.5%。

通过采用上述技术方案，一次孕育剂选择为75硅铁时，成本低，渣加入量少，促进铁水中的C石墨化，阻碍渗碳体的形成，由于铁水最开始时的温度比较高，硅铁的粒度选择3-8mm时，能够保证孕育的效果，若硅铁粒度小时，孕育效果差，从而降低铸铁的机械强度和硬度。

本发明进一步设置为，所述步骤S2中，二次孕育剂采用硅钡合金，其中硅钡合金中Si的加入量为65-72%、Ba的加入量为4-6%、Ca的加入量为0.5-2.5%；以铁水为基准，按重量百分比计，硅钡合金的加入量为0.3-0.8%。

本发明进一步设置为，所述硅钡合金的粒度为0.1-1mm。

通过采用上述技术方案，硅钡合金的抗衰退能力强，能够保证铁水的孕育效果，同时由于一次孕育后，铁水的温度也有所降低，因此，选择硅钡合金的粒度为0.1-1mm时，在铁水中能够充分溶解，同时还保证孕育的效果。

同时本申请中硅的质量百分加入量在65-72%、Ba的加入量为4-6%、Ca的加入量为0.5-2.5%时，对石墨的形成起到有效的促进作用，硅在铁液中溶解氧化生成二氧化硅，大量的二氧化硅分子在范德华力的作用下，弥散充斥全部铁液，依附并包围球化处理之前生成的硫化镁、硫化钙、氧化镁和氧化钙，此外，碳在镁的作用下，界面张力增加，呈螺旋长大呈球形石墨，强化孕育作用并形成细小、分散的石墨，改善铸铁的力学性能。

本发明进一步设置为，所述步骤S3中，随流孕育剂采用硅钡合金，其中硅钡合金中Si的加入量为65-72%、Ba的加入量为4-6%、Ca的加入量为0.5-2.5%，以铁水为基准，按重量百分比计，硅钡合金的加入量为0.05-0.2%。

本发明进一步设置为，所述随流孕育剂硅钡合金的粒度为0.1-0.5mm。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用三次孕育处理，同时增大孕育量，从而有效提高球墨铸铁的孕育效果，降低球墨铸铁中渗碳体的加入量；

2、本发明通过提高C、Si元素的加入量，有效阻碍渗碳体的形成，提高球墨铸铁的强度和硬度；

3、一次孕育剂、二次孕育剂和随流孕育剂分别选择75硅铁、硅钡合金时，不仅能够有效促进铁水中的C石墨化，阻碍渗碳体的形成，同时也降低生成成本。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种薄壁球墨铸铁，所述球墨铸铁中包括以下质量百分比的元素：C 3.65%、Si 2.9%、Mn 0.45%、Cu 0.75%、Sn 0.03%、Cr≤0.05%、P≤0.05%、S≤0.020%，余量为Fe；

薄壁球墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：

（一）原料熔炼，废钢50％、生铁5％、FCD450 回炉料45%、碳化硅0.75%、增碳剂：2.25%，原汤进到保温炉中的温度为：1550℃

（二）球化处理及孕育处理

S1：以铁水为基准，按重量百分比计，向容器内加入球化剂1.1%、一次孕育剂0.5%和覆盖剂1.21%，在保温炉中铁水温度为1520℃时向容器内冲入铁水，球化反应时间50s；

球化剂的成分为：Mg 5%、Si 50%、Re 1.5%、Ca 2.5%，球化剂的粒度为5-25mm；

一次孕育剂采用75硅铁，粒度为3-8mm；其中75硅铁中Si的质量百分加入量为70%；

覆盖剂采用低碳钢，粒度为10-20mm；

S2：以铁水为基准，按重量百分比计，将步骤S1得到的铁水倒包进行二次孕育，随流加入二次孕育剂0.3%，反应时间为10s；

二次孕育剂采用硅钡合金，硅钡合金的粒度为0.1-1mm；其中硅钡合金中Si的加入量为65%、Ba的加入量为6%、Ca的加入量为0.5%；

S3：以铁水为基准，按重量百分比计，将步骤S2得到的铁水浇注，浇注时加入随流孕育剂0.05%；

随流孕育剂采用硅钡合金，其粒度为0.1-0.5mm；其中硅钡合金中Si的加入量为65%、Ba的加入量为6%、Ca的加入量为0.5%。

实施例2

一种薄壁球墨铸铁，所述球墨铸铁中包括以下质量百分比的元素：C 3.78%、Si 2.85%、Mn 0.50%、Cu 0.80%、Sn 0.033%、Cr≤0.05%、P≤0.05%、S≤0.020%，余量为Fe；

薄壁球墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：

（一）原料熔炼，废钢50％、生铁5％、FCD450 回炉料45%、碳化硅0.75%、增碳剂：2.25%，原汤进到保温炉中的温度为：1560℃

（二）球化处理及孕育处理

S1：以铁水为基准，按重量百分比计，向容器内加入球化剂1.2%、一次孕育剂0.4%和覆盖剂1.32%，在保温炉中铁水温度为1535℃时向容器内冲入铁水，球化反应70s；

球化剂的成分为：Mg 5.3%、Si 45%、Re1.7%、Ca 2.3%，球化剂的粒度为5-25mm；

一次孕育剂采用75硅铁，粒度为3-8mm；其中75硅铁中Si的质量百分加入量为79%；

覆盖剂采用低碳钢，粒度为10-20mm；

S2：以铁水为基准，按重量百分比计，将步骤S1得到的铁水倒包进行二次孕育，随流加入二次孕育剂0.6%，反应时间为20s；

二次孕育剂采用硅钡合金，硅钡合金的粒度为0.1-1mm；其中硅钡合金中Si的加入量为69%、Ba的加入量为5%、Ca的加入量为1.5%；

S3：以铁水为基准，按重量百分比计，将步骤S2得到的铁水浇注，浇注时加入随流孕育剂0.13%；

随流孕育剂采用硅钡合金，其粒度为0.1-0.5mm；其中硅钡合金中Si的加入量为70%、Ba的加入量为5%、Ca的加入量为1.8%。

实施例3

一种薄壁球墨铸铁，所述球墨铸铁中包括以下质量百分比的元素：C 3.9%、Si 2.8%、Mn0.55%、Cu 0.85%、Sn 0.035%、Cr≤0.05%、P≤0.05%、S≤0.020%，余量为Fe；

薄壁球墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：

（一）原料熔炼，废钢50％、生铁5％、FCD450 回炉料45%、碳化硅0.75%、增碳剂：2.25%，原汤进到保温炉中的温度为：1570℃

（二）球化处理及孕育处理

S1：以铁水为基准，按重量百分比计，向容器内加入球化剂1.3%、一次孕育剂0.2%和覆盖剂1.43%，在保温炉中铁水温度为1550℃时向容器内冲入铁水，球化反应80s；

球化剂的成分为：Mg 5.5%、Si 40%、Re 2.0%、Ca 2.5%，球化剂的粒度为5-25mm；

一次孕育剂采用75硅铁，粒度为3-8mm；其中75硅铁中Si的质量百分加入量为85%；

覆盖剂采用低碳钢，粒度为10-20mm；

S2：以铁水为基准，按重量百分比计，将步骤S1得到的铁水倒包进行二次孕育，随流加入二次孕育剂0.8%，反应时间为30s；

二次孕育剂采用硅钡合金，硅钡合金的粒度为0.1-1mm；其中硅钡合金中Si的加入量为72%、Ba的加入量为4%、Ca的加入量为2.5%；

S3：以铁水为基准，按重量百分比计，将步骤S2得到的铁水浇注，浇注时加入随流孕育剂0.2%；

随流孕育剂采用硅钡合金，其粒度为0.1-0.5mm；其中硅钡合金中Si的加入量为72%、Ba的加入量为4%、Ca的加入量为2.5%。

实施例4

一种薄壁球墨铸铁，与实施例2的不同之处在于，覆盖剂采用钢片，粒度为10-20mm。

对比例1

与实施例2的不同之处在于，步骤S1：向容器内先加入一次孕育剂、球化剂和覆盖剂，加入量以及其他步骤不变。

对比例2

与实施例2的不同之处在于，一次孕育剂的加入量为0.1%、二次孕育剂的加入量为0.3%、随流孕育剂的加入量为0.04%。

对比例3

与实施例2的不同之处在于，一次孕育剂的加入量为0.6%、二次孕育剂的加入量为0.9%、随流孕育剂的加入量为0.3%。

对比例4

与实施例2的不同之处在于，一次孕育剂采用硅钡合金，其粒度为3-8mm，硅钡合金中Si的加入量为69%、Ba的加入量为5%、Ca的加入量为1.5%。

性能检测

对实施例1-4和对比例1-4中的球墨铸铁进行性能检测，检测结果如表1所示，检测依据按照GB/T1348-2009中的方法进行检测。

表1球墨铸铁检测结果表

项目	抗拉强度（N/mm<sup>2</sup>）	屈服强度（N/mm<sup>2</sup>）	延伸率（%）	硬度（HB）	球化率（%）	珠光体（%）	铁素体（%）	渗碳体（%）
									标准要求	≥700	≥420	≥2	225-335	≥80	≥80	≤20	≤3
实施例1	745	505	7.4	269	85	90	10	0
									实施例2	795	545	6.6	302	90	95	5	0
实施例3	785	525	7.0	294	88	93	7	0
									实施例4	793	540	6.6	298	90	95	5	0
对比例1	730	465	8.3	235	75	85	14	1
									对比例2	735	510	7.2	275	82	90	8	2
对比例3	745	515	7.1	280	85	90	8	2
									对比例4	755	510	7.2	285	88	95	5	0

从上表可知：

实施例1-3中，实施例2中除延伸率外，其他性能均优于实施例1和实施例2中的性能，实施例1-3中的延伸率也远远高于标准要求，且均无渗碳体析出，说明本申请球墨铸铁的制备方法有效降低铸铁中渗碳体的加入量，同时还有助于提高球墨铸铁的硬度、抗拉强度和屈服强度；

实施例4与实施例2相比，当覆盖剂采用钢片后，实施例4中的各项性能与实施例2中的各项性能相近或相同，由此可以看出，覆盖剂选择钢片或低碳钢，都能够有效降低球墨铸铁中渗碳体的加入量，保证薄壁球墨铸铁具有良好的机械性能；

对比例1与实施例2相比，当先加入一次孕育剂、再加入球化剂、后加入覆盖剂时，球化反应过于激烈，使得组织过于粗大，渗碳体析出，从而导致球墨铸铁的硬度、屈服强度以及抗拉强度都降低，由此可见，实施例2中球化剂、一次孕育剂、覆盖剂的加入顺序，有助于保证球化反应的正常进行，同时也能保证球化率，阻碍渗碳体的析出，提高铸铁的机械性能；

对比例2-3与实施例2相比，当一次孕育剂、二次孕育剂和随流孕育剂的加入量低于或高于本申请的范围时，其球墨铸铁的机械性能低于本申请的机械性能，且球墨铸铁中也出现渗碳体，由此可见，本申请中的一次孕育剂、二次孕育剂和随流孕育剂的加量范围有助于降低球墨铸铁中的渗碳体加入量，保证球墨铸铁具有良好的机械性能。

对比例4与实施例2相比，当一次孕育剂采用硅钡合金时，球墨铸铁的球化率不变的，但是球墨铸铁的硬度、抗拉强度以及屈服强度都降低，主要是由于，采用硅钡合金后，导致生成后的薄壁球墨铸铁的表面出现大量的渣孔，不仅影响铸铁的外观，同时也降低球墨铸铁的机械性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种薄壁球墨铸铁，其特征在于：所述球墨铸铁中包括以下质量百分比的元素：C3.65-3.9%、Si 2.8-2.9%、Mn 0.45-0.55%、Cu 0.75-0.85%、Sn 0.03-0.035%、Cr≤0.05%、P≤0.05%、S≤0.020%余量为Fe。

2.一种如权利要求1所述的薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于，所述球墨铸铁的制造方法包括如下步骤：

原料熔炼

球化处理及孕育处理

S1：向容器内加入球化剂、一次孕育剂和覆盖剂，后浇注铁水；

S2：将步骤S1得到的铁水倒包进行二次孕育，随流加入二次孕育剂；

S3：将步骤S2得到的铁水浇注，浇注时加入随流孕育剂。

3.根据权利要求2所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，以铁水为基准，按重量百分比计，球化剂的加入量为.1-1.3%、一次孕育剂的加入量为0.2-0.5%、覆盖剂的加入量为1.21-1.43%。

4.根据权利要求2所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述球化剂的成分为：Mg 5-5.5%、Si 40-50%、Re1.5-2.0%、Ca 2.0-2.5%，球化剂的粒度为5-25mm。

5.根据权利要求2所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述覆盖剂采用低碳钢、钢片中的一种，覆盖剂的粒度为10-20mm。

6.根据权利要求2所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，一次孕育剂采用75硅铁，粒度为3-8mm；以铁水为基准，按重量百分比计，75硅铁的加入量为0.2-0.5%。

7.根据权利要求2所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，二次孕育剂采用硅钡合金，以铁水为基准，按重量百分比计，硅钡合金的加入量为0.3-0.8%。

8.根据权利要求7所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述硅钡合金的粒度为0.1-1mm。

9.根据权利要求2所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，随流孕育剂采用硅钡合金，以铁水为基准，按重量百分比计，硅钡合金的加入量为0.05-0.2%。

10.根据权利要求9所述的一种薄壁球墨铸铁的制造方法，其特征在于：所述随流孕育剂硅钡合金的粒度为0.1-0.5mm。