一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法及其球墨鑄鐵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法及其球墨鑄鐵，所述制備方法包括熔煉、調(diào)節(jié)鐵水成分含量、加入合金元素、球化和微量合金化、孕育處理、澆注的步驟，該方法既能夠穩(wěn)定地將球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度控制在700MPa以上，又能將斷后延伸率達(dá)到4.5％左右；簡化了常規(guī)生產(chǎn)方法中的正火或調(diào)質(zhì)熱處理的過程，不需要在進(jìn)行高溫正火或調(diào)質(zhì)，且相比于常規(guī)鑄態(tài)的生產(chǎn)方法，本申請(qǐng)所得球墨鑄鐵能同時(shí)達(dá)到高強(qiáng)度、高塑性水平。
【專利說明】一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法及其球墨鑄鐵

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鑄鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法及其球墨鑄 鐵。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著球墨鑄鐵在石油鉆井、汽車制造業(yè)和發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)球墨鑄鐵 強(qiáng)度和塑性的要求也越來越高，例如，在石油鉆井方面，高速運(yùn)動(dòng)提高工作效率和增加功 率,導(dǎo)致的摩擦成倍增加,產(chǎn)生的熱量增加,對(duì)鑄件的高溫性能、強(qiáng)度和塑性提出了更高的 要求，如石油鉆井的十字頭要求力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度> 689MPa，屈服強(qiáng)度> 483MPa，延伸 率> 3. 0%，并且要求精加工表面有足夠的硬度，所以設(shè)計(jì)者們一般是采用高強(qiáng)度高塑性球 墨鑄鐵材料。
[0003] 無論在國內(nèi)還是國外，一般采用常規(guī)球墨鑄鐵生產(chǎn)，在成分上進(jìn)行調(diào)整后，通過正 火或調(diào)質(zhì)熱處理達(dá)到該性能，經(jīng)過粗加工后二次正火或調(diào)質(zhì)熱處理達(dá)到加工表面使用要 求，但其生產(chǎn)周期長、成本高，鑄件在粗加工過程中易出現(xiàn)硬度偏高引起的刀具磨損嚴(yán)重等 問題；而采用鑄態(tài)的生產(chǎn)方法，雖然部分生產(chǎn)單位也通過增加合金元素提高機(jī)械性能，但機(jī) 械性能不穩(wěn)定，易出現(xiàn)強(qiáng)度或塑性中的一個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)偏低不合格。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法及其球墨鑄鐵，簡化了常規(guī) 生產(chǎn)方法中的正火或調(diào)質(zhì)熱處理的過程，不需要在進(jìn)行高溫正火或調(diào)質(zhì)，且相比于常規(guī)鑄 態(tài)的生產(chǎn)方法，本申請(qǐng)所得球墨鑄鐵能同時(shí)達(dá)到高強(qiáng)度、高塑性水平。
[0005] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法， 所述制備方法包括以下步驟：
[0006] (1)熔煉：在電爐中加入重量百分比為50-60%的生鐵，25-40%的球鐵回爐料， 10 -15%的廢鋼，電爐升溫至1400- 1500°C，將所述生鐵、球鐵回爐料、廢鋼的混合物熔煉 成鐵水；
[0007] (2)調(diào)節(jié)鐵水成分含量：通過爐前分析，將步驟（1)所得鐵水中化學(xué)成分的重量百 分比調(diào)節(jié)至以下范圍：C :3· 70-3. 90%，Si :1· 50-I. 70%，Mn :0· 50-0· 60%，S :0· 020- 0. 030%, P ：0-0. 04% ；
[0008] 其中S元素重量百分比控制在0. 020- 0. 030%范圍內(nèi)，能夠有效解決S含量過高 引起球化衰退的問題；通過控制鐵水中各成分的含量，可以達(dá)到后續(xù)過程中球化劑加入量 精確控制的目的；
[0009] (3)加入合金元素：向步驟（2)所得鐵水中加入重量百分比為0.45- 0.55 %的 Cu, 0. 50- 0. 60 % 的 Ni，繼續(xù)熔煉；
[0010] 其中Cu能降低奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，由于Cu元素能夠擴(kuò)大奧氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域，從而使C 元素有充足的時(shí)間擴(kuò)散，減小珠光體片間距，穩(wěn)定珠光體，增加珠光體量；
[0011] 其中Ni在鐵液和固態(tài)球墨鑄鐵中均能無限溶解，使奧氏體轉(zhuǎn)變穩(wěn)定降低，Ni比Cu 的作用強(qiáng)烈，加入少量的Ni就可使球墨鑄鐵中的鐵素體受到抑制，使珠光體細(xì)化并增加珠 光體數(shù)量，Ni可減少斷面敏感性；
[0012] (4)球化和微量合金化：向加有重量百分比為0. 06-0. 08 %的Sn和重量百分比為 1. 2 - 1. 3%的球化劑的澆包中加入步驟（3)所得鐵水，進(jìn)行球化處理；
[0013] 其中Sn會(huì)使石墨圓整度提高，使石墨球數(shù)增加，使基體組織中的珠光體數(shù)量明顯 增加，并能改善球墨鑄鐵的沖擊塑性，并起微量合金化的作用；
[0014] 以上三種合金元素互相的作用，使鑄態(tài)球墨鑄鐵基體組織中的珠光體穩(wěn)定控制， 增加珠光體的數(shù)量，解決鑄態(tài)下珠光體數(shù)量的難題，并且有強(qiáng)化鐵素體的作用；
[0015] (5)孕育處理：在步驟（4)所得鐵水中加入重量百分比為0. 4 - 0. 6%的孕育劑進(jìn) 行孕育處理；
[0016] (6)澆注：將步驟（5)所得鐵水轉(zhuǎn)至鑄件型腔中進(jìn)行澆注，澆注后自然冷卻，即得 鑄態(tài)球墨鑄鐵。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中電爐升溫至1480- 1500°C。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟（4)的球化劑中含有重量百分比為35-45%的Si、5-10%的 Mg、1-2%的 RE ;
[0019] 更為優(yōu)選的，所述步驟（4)的球化劑中含有重量百分比為40%的Si、8%的Mg、 L 5%的 RE ;
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟（4)的球化劑的加入量為1. 3%。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟（5)的孕育劑為含重量百分比為70- 80%的Si的高硅鈣鋇孕 育劑。
[0022] 更為優(yōu)選的，所述步驟（5)的孕育劑為含重量百分比為72%的Si的高硅鈣鋇孕育 劑。
[0023] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中，S元素重量百分比大于0.030%時(shí)，要進(jìn)行脫硫處理至S 元素總重量百分比為〇. 020- 0. 030%。
[0024] 第二方面，提供一種由所述制備方法制備的鑄態(tài)球墨鑄鐵，所述球墨鑄鐵包括以 下重量百分比的成分：C :3· 7-3. 8%，Si :2· 5-2· 8%，Mn :0· 5-0· 6%，P :0· 03-0· 04%， S ：0. 007-0. 009 %, Cu ：0. 45-0. 55 %, Ni ：0. 5-0. 6 %, Sn ：0. 06-0. 08 %, Mg ：0. 04- 0. 05%，RE :0. 01-0. 02%。
[0025] 優(yōu)選的，所述球墨鑄鐵包括以下重量百分比的成分：C :3. 78%，Si :2. 65%，Mn: 0. 53 %, P ：0. 035 %, S ：0. 008 %, Cu ：0. 52 %, Ni ：0. 53 %, Sn ：0. 07 %, Mg ：0. 045 %, RE ： 0. 012%。
[0026] 其中，本申請(qǐng)所述的RE為鈰基輕稀土，其在球化劑中主要作用是凈化鐵液、消除 S、0等雜質(zhì)兀素和微量兀素對(duì)球墨鑄鐵的影響。
[0027] 本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其詳細(xì)說明如下：調(diào)節(jié)熔煉后鐵水中各成分的含量，可以 使球化劑加入量達(dá)到精確控制，達(dá)到了穩(wěn)定球化率的效果，提高球墨鑄鐵的機(jī)械性能；通過 一定量的合金加入，各種合金共同作用，穩(wěn)定和細(xì)化基體組織中的珠光體和強(qiáng)化鐵素體，避 免了強(qiáng)度與塑性之間存在的矛盾關(guān)系，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試表明，該方法既能夠穩(wěn)定地將球墨鑄鐵 的抗拉強(qiáng)度控制在700MPa以上，又能將斷后延伸率達(dá)到4. 5%左右；通過本申請(qǐng)的制備方 法，能夠在鑄態(tài)下同時(shí)達(dá)到高強(qiáng)度和高塑性，且相比于常規(guī)球墨鑄鐵的生產(chǎn)方法，避免了高 溫正火或調(diào)質(zhì)處理的過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是實(shí)施例一本申請(qǐng)制備方法所得鑄態(tài)球墨鑄鐵的單鑄試塊的示意圖。
[0029] 圖2是圖1單鑄試塊的右視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體附圖和實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031] 實(shí)施例一
[0032] 一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0033] (1)熔煉：在電爐中加入重量百分比為50-60%的生鐵，25-40%的球鐵回爐料， 10 -15%的廢鋼，電爐升溫至1480- 1500°C，將所述生鐵、球鐵回爐料、廢鋼的混合物熔煉 成鐵水；
[0034] (2)調(diào)節(jié)鐵水成分含量：通過爐前分析，將步驟（1)所得鐵水中化學(xué)成分的重量百 分比調(diào)節(jié)至以下范圍：C :3· 70-3. 90%，Si :1· 50-I. 70%，Mn :0· 50-0· 60%，S :0· 020- 0. 030%, P ：0-0. 04% ；
[0035] (3)加入合金元素：向步驟（2)所得鐵水中加入重量百分比為0.45- 0.55 %的 Cu, 0. 50- 0. 60 % 的 Ni，繼續(xù)熔煉；
[0036] (4)球化和微量合金化：向加有重量百分比為0. 06-0. 08 %的Sn和重量百分比為 1.3%的球化劑的澆包中加入步驟（3)所得鐵水，進(jìn)行球化處理，其中球化劑中含有重量百 分比為40%的5丨、8%的]\%、1.5%的1? ;
[0037] (5)孕育處理：在步驟（4)所得鐵水中加入重量百分比為0. 4 - 0. 6%的孕育劑進(jìn) 行孕育處理，其中孕育劑為含重量百分比為72%的Si的高硅鈣鋇孕育劑；
[0038] (6)澆注：將步驟（5)所得鐵水轉(zhuǎn)至鑄件型腔中進(jìn)行澆注，澆注后自然冷卻，即得 鑄態(tài)球墨鑄鐵。
[0039] 在以上步驟中，通過爐前分析和爐后分析，得以下化學(xué)成分檢測結(jié)果，見表1，其中 爐前成分為步驟（3)所得鐵水中各成分；爐后成分為所得鑄態(tài)球墨鑄鐵中各成分。
[0040] 表1爐前分析和爐后分析各元素的百分比含量

【權(quán)利要求】
1. 一種鑄態(tài)球墨鑄鐵的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟： (1) 熔煉：在電爐中加入重量百分比為50-60%的生鐵，25-40%的球鐵回爐料，10- 15%的廢鋼，電爐升溫至1400- 1500°C，將所述生鐵、球鐵回爐料、廢鋼的混合物熔煉成鐵 水； (2) 調(diào)節(jié)鐵水成分含量：通過爐前分析，將步驟（1)所得鐵水中化學(xué)成分的重量百分 比調(diào)節(jié)至以下范圍：C :3. 70-3. 90%，Si :1. 50-1. 70%，Mn :0? 50-0? 60%，S :0? 020- 0. 030%, P ：0-0. 04% ； (3) 加入合金元素：向步驟（2)所得鐵水中加入重量百分比為0.45- 0.55%的Cu， 0? 50 - 0? 60 %的Ni，繼續(xù)熔煉； (4) 球化和微量合金化：向加有重量百分比為0.06- 0.08 %的Sn和重量百分比為 1. 2 - 1. 3%的球化劑的澆包中加入步驟（3)所得鐵水，進(jìn)行球化處理； (5) 孕育處理：在步驟（4)所得鐵水中加入重量百分比為0. 4 - 0. 6%的孕育劑進(jìn)行孕 育處理； (6) 澆注：將步驟（5)所得鐵水轉(zhuǎn)至鑄件型腔中進(jìn)行澆注，澆注后自然冷卻，即得鑄態(tài) 球墨鑄鐵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（1)中電爐升溫至1480- 1500。。。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（4)的球化劑中含有重量 百分比為 35- 45%的 Si、5-10%的 Mg、l一2%的 RE。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（4)的球化劑中含有重量 百分比為40%的Si、8%的Mg、l. 5%的RE。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟⑷的球化劑的加入量為 1. 3%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（5)的孕育劑為含重量百 分比為70- 80%的Si的高硅鈣鋇孕育劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（5)的孕育劑為含重量百 分比為72%的Si的高硅鈣鋇孕育劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（2)中，S元素重量百分比 大于0. 030%時(shí)，要進(jìn)行脫硫處理至S元素總重量百分比為0. 020- 0. 030%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 一8任一所述制備方法制備的一種鑄態(tài)球墨鑄鐵，其特征在于：所述 球墨鑄鐵包括以下重量百分比的成分：C :3. 7 - 3. 8%，Si :2. 5 - 2. 8%，Mn :0. 5-0. 6%，P : 0. 03-0. 04%,S ：0. 007-0. 009%,Cu ：0. 45-0. 55%,Ni ：0. 5-0. 6%,Sn ：0. 06-0. 08%, Mg :0? 04 - 0? 05%，RE :0? 01-0. 02%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種球墨鑄鐵，其特征在于：所述球墨鑄鐵包括以下重量百 分比的成分：C :3. 78%，Si :2. 65%，Mn :0? 53%，P :0? 035%，S :0? 008%，Cu :0? 52%，Ni : 0? 53%，Sn :0? 07%，Mg :0? 045%，RE :0? 012%。
【文檔編號(hào)】C22C37/04GK104388810SQ201410640392
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】潘建平, 宗顯寶 申請(qǐng)人:四川南車共享鑄造有限公司