一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鑄鐵合金領(lǐng)域，具體為一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵及其制備方法。其釩鈦鐵素體球墨鑄鐵按質(zhì)量百分含量計，包括3.3～3.6%C，3.0～3.4%Si，0.12～0.18%V，0.05～0.10%Ti，0.040～0.060%RE，0.040～0.060%Mg，0.0%～0.4%Mn，0.0%～0.08%Cr，余量為Fe和其他微量元素及雜質(zhì)。本發(fā)明的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵強(qiáng)度為550MPa～650MPa，延伸率12%～17%。綜合性能顯著優(yōu)于普通鐵素體球鐵。較低的釩含量，爐料采用釩鈦生鐵或部分提釩的釩鈦生鐵，節(jié)約釩資源并增加爐料的靈活性；球化劑稀土含量較低，節(jié)約稀土資源；熔煉溫度低，節(jié)約能源并降低成本效果。
【專利說明】一種鑰鈦鐵素體球墨鑄鐵及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鑄鐵合金領(lǐng)域，具體為一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前汽車球鐵件材質(zhì)向著兩個方向發(fā)展，其中一個最主要的方向是鐵素體型高強(qiáng)度聞朝性球墨鑄鐵。另一個方向是珠光體型聞強(qiáng)度聞耐磨性球墨鑄鐵。鐵素體型球墨鑄鐵汽車配件常用材質(zhì)牌號為QT400-18、QT450-12、QT450-10，其組織要求為:球化級別I~3級，鐵素體含量> 70%。汽車鑄件出于節(jié)能環(huán)保要求，趨向于高強(qiáng)度，以適應(yīng)輕量化設(shè)計要求。因此，在滿足組織要求及延伸率條件下，高強(qiáng)度有利于輕量化設(shè)計。
[0003]球墨鑄鐵件生產(chǎn)工藝流程包括:配料、熔煉、球化處理、孕育處理、澆注、打箱、清理。
[0004]傳統(tǒng)釩鈦球墨鑄鐵由于釩鈦的強(qiáng)化作用，強(qiáng)度顯著高于普通球墨鑄鐵，但由于釩強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體形成，鈦干擾石墨球化，使其難以獲得高的球化率、鐵素體率和延伸率。因此，高強(qiáng)度高韌性釩鈦鐵素體球墨鑄鐵汽車配件生產(chǎn)仍是空白。
[0005]釩鈦鐵素體球墨鑄鐵用于制造高強(qiáng)度高韌性汽車球鐵件需要解決“三率”技術(shù)難題，即球化率、鐵素體率和延伸率。“球化率”問題一般通過提高球化劑中稀土含量來解決。稀土可中和鈦的反球化作用，提高石墨球化級別，但稀土促進(jìn)白口化，降低基體鐵素體含量，從而降低延伸率?！拌F素體率”問題一般通過提高硅量，降低錳、鉻含量，以及強(qiáng)化孕育來解決?！把由炻省笔苁蚧墑e、大小，基體鐵素體含量等因素影響，通過提高球化率和基體鐵素體含量來解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明正是基于以上技術(shù)問題，提供可解決釩鈦鐵素體球墨鑄鐵“三率”即球化率、鐵素體率和延伸率低的技術(shù)難題，使其組織性能滿足高強(qiáng)度高韌性汽車球鐵件技術(shù)要求的一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵，按質(zhì)量百分含量計，其包括以下化學(xué)成分，C:3.3~
3.6%, Si:3.0 ~3.4%,V:0.12 ~0.18%, Ti:0.05 ~0.10%, RE:0.040 ~0.060%,Mg:
0.040~0.060%,Mn:0.0%~0.4%，Cr:0.0%~0.08%，余量為Fe和其他微量元素及雜質(zhì)。
[0009]所述的雜質(zhì)包括P和S，以質(zhì)量百分含量計，P^0.06%, S^0.02% ;該釩鈦鐵素體球墨鑄鐵金相組織中石墨球化級別為I~3級，基體中鐵素體含量> 70%，強(qiáng)度為550MPa ~650MPa，延伸率 12% ~17%。
[0010]本發(fā)明的另外一種目的為提供一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的制備方法，包括如下步驟:
[0011]I)熔制原鐵水:以釩鈦生鐵、廢鋼、回爐料、增碳劑、硅鐵為爐料進(jìn)行配料，原料中各化學(xué)成分的重量百分比含量為C:3.3~3.6%，S1:1.5~1.9%，Mn≤0.4%，P:(0.06%, S:≤ 0.05%, V:0.12 ~0.18%, Ti:0.05 ~0.10%, Cr:0.0%~0.08%，余量
為Fe和其他微量元素及雜質(zhì)；將配制的爐料用中頻感應(yīng)爐熔化，并在1400~1450°C熔煉并保溫10分鐘，得到原鐵水；在1400~1450°C保溫10分鐘可以使增碳劑完全溶解。鐵水白口傾向隨溶煉溫度增聞而增加，為減輕鐵水白口傾向，提聞鐵水石墨化能力，控制最聞溶煉溫度不超過1450°C。
[0012]2)鐵水球化、孕育處理:在烘烤后的鐵水包底部放入烘烤過的球化劑，鐵水包即石墨坩堝，球化劑上面覆蓋烘烤過的硅鋇孕育劑，再壓上一塊1.5mm厚鋼板，以延緩鐵水接觸球化劑時間，使鐵水形成一定深度后，鐵水再和球化劑發(fā)生反應(yīng)，減少球化劑燒損，提高球化劑吸收率，改善球化效果；再將步驟I)中得到的原鐵水沖入鐵水包，鐵水出爐溫度控制在1410~1430 C。待反應(yīng)完成后機(jī)潘，在鐵水表面加入娃鐵孕育劑，攬祥至完全溶解，用保溫集渣劑除渣。球化劑為質(zhì)量百分含量為50%的FeSiMgRE8-7與質(zhì)量百分含量為50%的FeSiMgRE8-5搭配的球化劑，粒度5~10mm，球化劑的加入量為鐵水質(zhì)量的1.6%。硅鋇孕育劑為硅鋇合金，其成分及其百分含量為:S1:60~70 %，Ba:2~6 %，Ca:0.5~2.0 %，Al:1~2%，余量為鐵，粒度3~8mm，硅鋇孕育劑的加入量為鐵水質(zhì)量的0.8%。硅鐵孕育劑為Fe-Si75，其成分及其百分含量為:S1:70~75%，余量為鐵，其粒度為I~3mm，硅鐵孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的0.6%。集渣劑為膨脹珍珠巖，膨脹珍珠巖的成分及其百分含量為:Si02 為 68 ~74%、Ai203 為 10 ~16%，余量為 Na2O、K2O、CaO、MgO、Fe2O3 和 H20。
[0013]3)澆注試塊:處理后的鐵水澆入標(biāo)準(zhǔn)楔型試塊鑄型，試塊冷卻至200°C以下打箱，清理，冷卻至室溫后即可。
[0014]由于球化劑含娃40 %左右,娃鋇孕育劑含娃65 %左右,75娃鐵孕育劑含娃72 %左右，球化、孕育處理是增硅過程，按照本發(fā)明球化、孕育處理工藝，硅收得率約94%，球化、孕育處理過程增硅約1.5%，處理后鐵水終硅為3.0~3.4%。
[0015]該釩鈦鐵素體球墨鑄鐵用于制造汽車輪轂、支架和橋殼的高強(qiáng)度高韌性鑄件。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0017](一 )、本發(fā)明中記載的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的球化級別和基體鐵素體含量高于傳統(tǒng)釩鈦球墨鑄鐵，較普通鐵素體球墨鑄鐵略低。
[0018]( 二 )、普通450MPa級鐵素體球墨鑄鐵強(qiáng)度為450MPa~500MPa，延伸率16%~20% ;本發(fā)明的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵強(qiáng)度為550MPa~650MPa，延伸率12%~17%。與普通鐵素體球墨鑄鐵性能比較，強(qiáng)度高2個牌號(IOOMPa)，延伸率低4%，綜合性能顯著優(yōu)于普通鐵素體球鐵。
[0019](三)、傳統(tǒng)釩鈦球墨鑄鐵球化級別多在2~4級，鐵素體含量小于70%，延伸率小于10%，通常需要熱處理來提高鐵素體含量和延伸率。本發(fā)明的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵與傳統(tǒng)鑰i欽球墨鑄鐵比較，球化率有所提聞，鐵素體率和延伸率均有大幅度提聞；與熱處理態(tài)鑰i鈦鐵素體球墨鑄鐵(QT400-20、QT450-15)比較，強(qiáng)度提高2個牌號(IOOMPa)，延伸率略低。
[0020](四)、由于釩鈦生鐵價格低廉，采用釩鈦生鐵生產(chǎn)鐵素體型高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵還具有資源和成本上的優(yōu)勢。
[0021](五)、本發(fā)明的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵在滿足高強(qiáng)度高韌性汽車球鐵要求的基礎(chǔ)上，具有更高的強(qiáng)度，在強(qiáng)度及綜合性能方面具有顯著優(yōu)勢，可提高汽車球鐵件制造水平，在同等強(qiáng)度要求下，減輕鑄件重量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求。
[0022](六)、節(jié)約資源:較低的釩含量，爐料可采用釩鈦生鐵或部分提釩的釩鈦生鐵，有利于節(jié)約釩資源，并增加爐料的靈活性；球化劑稀土含量較低，可節(jié)約稀土資源；熔煉溫度低，可節(jié)約能源。以上三項并具有降低成本效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明中實施例2得到的I凡欽鐵素體球墨鑄鐵的石墨球化狀況金相圖，100倍放大圖；
[0024]圖2為本發(fā)明中實施例2得到的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的基體組織狀況金相圖100倍放大圖；
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵，按質(zhì)量百分含量計，其包括以下化學(xué)成分，C:3.3~3.6%, Si:3.0 ~3.4%, V:0.12 ~0.18%, Ti:0.05 ~0.10%, RE:0.040 ~0.060%,Mg:0.040~0.060%,Mn:0.0%~0.4%，Cr:0.0%~0.08%，余量為Fe和其他微量元素及雜質(zhì)。
[0026]所述的雜質(zhì)包括P和S，以質(zhì)量百分含量計，P≤0.06%, S≤0.02% ;該釩鈦鐵素體球墨鑄鐵金相組織中石墨球化級別為I~3級，基體中鐵素體含量≥70%，強(qiáng)度為550MPa ~650MPa，延伸率 12% ~17%。
[0027]本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中C和Si的選擇需要考慮碳當(dāng)量的影響，對于鐵素體球鐵，碳當(dāng)量主要由C、Si決定，即:CE = C+Si/3，碳當(dāng)量過低會影響石墨化效果，對石墨球化和基體組織鐵素體化不利；而碳當(dāng)量過高，會導(dǎo)致石墨球數(shù)量過多，尺寸過大，降低強(qiáng)度和延伸率，甚至出現(xiàn)石墨漂浮，導(dǎo)致性能大幅度降低。因此，鐵素體球墨鑄鐵一般選擇碳當(dāng)量在4.3~4.6%范圍。Si可促進(jìn)鐵素體形成,對基體鐵素體含量具有重要影響,在f凡鈦球墨鑄鐵中，V強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體形成，為克服V的這種不利影響，需要較高的Si含量。Si的質(zhì)量百分含量小于3%，鐵素體含量偏低，難以達(dá)到70%以上，Si大于3.4%，脆性明顯增大，延伸率下降。因此，選擇S1:3.0~3.4%，相應(yīng)地，選擇碳的質(zhì)量百分含量為3.3~3.6%，以保證碳當(dāng)量CE在4.3~4.6的范圍內(nèi)。
[0028]本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中V和Ti對釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的性能具有重要影響，一方面，釩鈦具有細(xì)化、強(qiáng)化組織，從而提高強(qiáng)度和耐磨性的作用，另一方面，由于釩促進(jìn)珠光體形成，鈦干擾石墨球化，降低鐵素體含量，降低球化率，從而降低延伸率，即降低鐵素體球鐵塑性。為利用釩鈦提高強(qiáng)度有利影響，減輕其降低塑性的不利影響，需要將釩鈦限制在一定范圍。釩鈦鑄鐵一般要求V:≥0.12%, Ti ≥0.05%，否則，釩鈦細(xì)化強(qiáng)化鑄鐵組織的作用不顯著。對于本發(fā)明的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵，V高于0.18%則鐵素體難以達(dá)到70%以上，Ti大于0.1 %，則球化級別難以達(dá)到I~3級。因此，本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中優(yōu)選V所占的質(zhì)量百分含量控制為0.12~0.18%, Ti所占的質(zhì)量百分含量控制為
0.05 ~0.10%。
[0029] 本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中Mn和Cr均不利于鐵素體形成，在鐵素體球鐵中一般要求控制Mn < 0.3%，Cr < 0.05%。本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵Mn由釩鈦生鐵、廢鋼帶入，Cr由釩鈦生鐵帶入，受爐料Mn、Cr含量限制，本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中將Mn、Cr含量控制為:Mn^0.4%, Cr ^0.08%。
[0030]本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中孕育劑種類和加入量對鐵素體球墨鑄鐵組織和性能有重要影響，大劑量多次孕育有利于細(xì)化石墨球，增加鐵素體含量，從而提高強(qiáng)度和延伸率。但球化劑、孕育劑和壓鐵相對于鐵水來說均是冷料，加入量過多會使鐵水降溫過大，影響球化、孕育處理效果，且受終點硅含量和爐料硅含量差值限制，孕育劑總量不能太高，一般孕育劑總量在1.2%以上即屬于大劑量孕育。硅鋇孕育劑孕育效果好且抗衰退能力強(qiáng)，適合于一次孕育，硅鐵孕育劑瞬時孕育效果好，但衰退快，適合于二次孕育。本發(fā)明采用大劑量兩次孕育方法，發(fā)揮硅鋇孕育劑和硅鐵孕育劑各自優(yōu)勢，便于取得更好的孕育效果。本發(fā)明釩鈦鐵素體球墨鑄鐵一次孕育采用硅鋇孕育劑，加入量為鐵水質(zhì)量的0.8%，二次孕育采用硅鐵孕育劑，加入量為鐵水質(zhì)量的0.6%。
[0031]本發(fā)明中釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的制備方法包括如下步驟:
[0032]1)熔制原鐵水:以釩鈦生鐵、廢鋼、回爐料、增碳劑、硅鐵為爐料進(jìn)行配料，爐料中各化學(xué)成分的重量百分比含量為C:3.3~3.6%，S1:1.5~1.9%，Mn ( 0.4%, P:(0.06%, S..( 0.05%, V:0.12 ~0.18%, Ti:0.05 ~0.10%, Cr:0.0%~0.08%，余量為Fe和其他微量元素及雜質(zhì)；將配制的原料用中頻感應(yīng)爐熔化，并在1400~1450°C熔煉并保溫10分鐘，得到原鐵水；在1400~1450°C保溫10分鐘可以使增碳劑完全溶解。鐵水白口傾向隨溶煉溫度增聞而增加，為減輕鐵水白口傾向，提聞鐵水石墨化能力，控制最聞溶煉溫度不超過1450°C。
[0033]2)鐵水球化、孕育處理:在烘烤后的鐵水包底部放入烘烤過的球化劑，鐵水包即石墨坩堝，球化劑上面覆蓋烘烤過的硅鋇孕育劑，再壓上一塊1.5mm厚鋼板，以延緩鐵水接觸球化劑時間，使鐵水形成一定深度后，鐵水再和球化劑發(fā)生反應(yīng)，減少球化劑燒損，提高球化劑吸收率，改善球化效果；再將步驟I)中得到的原鐵水沖入鐵水包，鐵水出爐溫度控制在1410~1430 C。待反應(yīng)完成后機(jī)潘，在鐵水表面加入娃鐵孕育劑，攬祥至完全溶解，用保溫集渣劑除渣；球化劑為質(zhì)量百分含量為50%的FeSiMgRE8-7與質(zhì)量百分含量為50%的FeSiMgRE8-5搭配的球化劑，粒度5~10mm，球化劑的加入量為鐵水質(zhì)量的1.6%。硅鋇孕育劑為硅鋇合金，其成分及其百分含量為:S1:60~70%，Ba:2~6%，Ca:0.5~2.0%，Al:1~2%，粒度3~8mm，硅鋇孕育劑的加入量為鐵水質(zhì)量的0.8%。硅鐵孕育劑為Fe_Si75，其成分及其百分含量為:S1:70~75%，余量為鐵，其粒度為I~3_，硅鐵孕育劑加入量為鐵水質(zhì)量的0.6%。集渣劑為膨脹珍珠巖，膨脹珍珠巖的成分及其百分含量為=SiO2為68~74%, Ai2O3 為 10 ~16%，余量為 Na2O、K2O、CaO、MgO、Fe2O3 和 H20。
[0034]3)澆注試塊:處理后的鐵水澆入標(biāo)準(zhǔn)楔型試塊鑄型，試塊冷卻至200°C以下打箱，清理，冷卻至室溫后即可。
[0035]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，給出的實施例并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
[0036]按照上述方法制備出I組釩鈦鐵素體球墨鑄鐵試樣，該組試樣的化學(xué)成分如表1。
[0037]表1、釩鈦鐵素體球墨鑄鐵化學(xué)成分(％ ):
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種釩鈦鐵素體球墨鑄鐵，其特征在于:該釩鈦鐵素體球墨鑄鐵中按質(zhì)量百分含量計，其包括以下化學(xué)成分，C:3.3~3.6%, S1:3.0~3.4%, V:0.12~0.18%, T1:0.05~0.10%, RE:0.040 ~0.060%, Mg:0.040 ~0.060%, Mn:0.0% ~0.4%, Cr:0.0% ~0.08%,余量為Fe和其他微量元素及雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵，其特征在于:所述的雜質(zhì)包括P和S，以質(zhì)量百分含量計，P≤0.06%, S≤0.02% ;該釩鈦鐵素體球墨鑄鐵金相組織中石墨球化級別為1~3級，基體中鐵素體含量ν70%,強(qiáng)度為550MPa~650MPa，延伸率12%~17%。
3.—種生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)熔制原鐵水:以釩鈦生鐵、廢鋼、回爐料、增碳劑、硅鐵為爐料進(jìn)行配料，爐料中各化學(xué)成分的重量百分比含量為C:3.3~3.6%, S1:L 5~L 9%, Mn ( 0.4%, P 0.06%, S:(0.05%, V:0.12 ~0.18%, Ti:0.05 ~0.10%, Cr:0.0% ~0.08%,余量為 Fe 和其他微量元素及雜質(zhì)；將配制的爐料用中頻感應(yīng)爐熔化，并在1400~1450°C熔煉并保溫10分鐘，得到原鐵水； 2)鐵水球化、孕育處理:在烘烤后的鐵水包底部放入烘烤過的球化劑，上面覆蓋烘烤過的硅鋇孕育劑，再壓上一塊1.5mm厚鋼板，其目的是延緩球化劑起爆時間，提高吸收率，保證球化質(zhì)量；再將步驟I)中得到的原鐵水沖入鐵水包，待反應(yīng)完成后扒渣，在鐵水表面加入硅鐵孕育劑，攪拌至完全溶解，用保溫集渣劑除渣； 3)澆注試塊:處理后的鐵水澆入標(biāo)準(zhǔn)楔型試塊鑄型，試塊冷卻至200°C以下打箱，清理，冷卻至室溫后即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的球化劑為質(zhì)量百分含量為50%的FeSiMgRE8-7與質(zhì)量百分含量為50%的FeSiMgRE8_5搭配的球化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的球化劑的加入量為鐵水質(zhì)量的1.6%，粒度為5~10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的硅鋇孕育劑為硅鋇合金，其成分及其百分含量為:S1:60~70%，Ba:2~6%，Ca:0.5~2.0%，Al:1~2%，余量為鐵，硅鋇孕育劑的添加量為鐵水質(zhì)量的0.8%，粒度為3~8mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的硅鐵孕育劑是指Fe-Si75，其成分及其百分含量為:S1:70~75%，余量為鐵，其粒度為I ~3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的集渣劑為膨脹珍珠巖。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的將熔制好的原鐵水沖入鐵水包，鐵水出爐溫度控制在1410~1430°C。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鐵素體球墨鑄鐵的應(yīng)用，其特征在于:該釩鈦鐵素體球墨鑄鐵用于制造汽車輪轂、支架和橋殼等高強(qiáng)度高韌性鑄件。
【文檔編號】C21C1/10GK103952620SQ201410222961
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】陳國 , 武廣波, 萬黎, 陳艷 申請人:四川省富邦釩鈦制動鼓有限公司