一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁，所述制备方法包括熔炼、调节铁水成分含量、加入合金元素、球化和微量合金化、孕育处理、浇注的步骤，该方法既能够稳定地将球墨铸铁的抗拉强度控制在700MPa以上，又能将断后延伸率达到4.5％左右；简化了常规生产方法中的正火或调质热处理的过程，不需要在进行高温正火或调质，且相比于常规铸态的生产方法，本申请所得球墨铸铁能同时达到高强度、高塑性水平。
【专利说明】一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铸铁生产领域，具体涉及一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸 铁。
【背景技术】
[0002] 随着球墨铸铁在石油钻井、汽车制造业和发动机等领域的广泛应用，对球墨铸铁 强度和塑性的要求也越来越高，例如，在石油钻井方面，高速运动提高工作效率和增加功 率,导致的摩擦成倍增加,产生的热量增加,对铸件的高温性能、强度和塑性提出了更高的 要求，如石油钻井的十字头要求力学性能为抗拉强度> 689MPa，屈服强度> 483MPa，延伸 率> 3. 0%，并且要求精加工表面有足够的硬度，所以设计者们一般是采用高强度高塑性球 墨铸铁材料。
[0003] 无论在国内还是国外，一般采用常规球墨铸铁生产，在成分上进行调整后，通过正 火或调质热处理达到该性能，经过粗加工后二次正火或调质热处理达到加工表面使用要 求，但其生产周期长、成本高，铸件在粗加工过程中易出现硬度偏高引起的刀具磨损严重等 问题；而采用铸态的生产方法，虽然部分生产单位也通过增加合金元素提高机械性能，但机 械性能不稳定，易出现强度或塑性中的一个指标出现偏低不合格。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本申请提供一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁，简化了常规 生产方法中的正火或调质热处理的过程，不需要在进行高温正火或调质，且相比于常规铸 态的生产方法，本申请所得球墨铸铁能同时达到高强度、高塑性水平。
[0005] 为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种铸态球墨铸铁的制备方法， 所述制备方法包括以下步骤：
[0006] (1)熔炼：在电炉中加入重量百分比为50-60%的生铁，25-40%的球铁回炉料， 10 -15%的废钢，电炉升温至1400- 1500°C，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼 成铁水；
[0007] (2)调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤（1)所得铁水中化学成分的重量百 分比调节至以下范围：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%范围内，能够有效解决S含量过高 引起球化衰退的问题；通过控制铁水中各成分的含量，可以达到后续过程中球化剂加入量 精确控制的目的；
[0009] (3)加入合金元素：向步骤（2)所得铁水中加入重量百分比为0.45- 0.55 %的 Cu, 0. 50- 0. 60 % 的 Ni，继续熔炼；
[0010] 其中Cu能降低奥氏体转变温度，由于Cu元素能够扩大奥氏体转变区域，从而使C 元素有充足的时间扩散，减小珠光体片间距，稳定珠光体，增加珠光体量；
[0011] 其中Ni在铁液和固态球墨铸铁中均能无限溶解，使奥氏体转变稳定降低，Ni比Cu 的作用强烈，加入少量的Ni就可使球墨铸铁中的铁素体受到抑制，使珠光体细化并增加珠 光体数量，Ni可减少断面敏感性；
[0012] (4)球化和微量合金化：向加有重量百分比为0. 06-0. 08 %的Sn和重量百分比为 1. 2 - 1. 3%的球化剂的浇包中加入步骤（3)所得铁水，进行球化处理；
[0013] 其中Sn会使石墨圆整度提高，使石墨球数增加，使基体组织中的珠光体数量明显 增加，并能改善球墨铸铁的冲击塑性，并起微量合金化的作用；
[0014] 以上三种合金元素互相的作用，使铸态球墨铸铁基体组织中的珠光体稳定控制， 增加珠光体的数量，解决铸态下珠光体数量的难题，并且有强化铁素体的作用；
[0015] (5)孕育处理：在步骤（4)所得铁水中加入重量百分比为0. 4 - 0. 6%的孕育剂进 行孕育处理；
[0016] (6)浇注：将步骤（5)所得铁水转至铸件型腔中进行浇注，浇注后自然冷却，即得 铸态球墨铸铁。
[0017] 优选的，所述步骤（1)中电炉升温至1480- 1500°C。
[0018] 优选的，所述步骤（4)的球化剂中含有重量百分比为35-45%的Si、5-10%的 Mg、1-2%的 RE ;
[0019] 更为优选的，所述步骤（4)的球化剂中含有重量百分比为40%的Si、8%的Mg、 L 5%的 RE ;
[0020] 优选的，所述步骤（4)的球化剂的加入量为1. 3%。
[0021] 优选的，所述步骤（5)的孕育剂为含重量百分比为70- 80%的Si的高硅钙钡孕 育剂。
[0022] 更为优选的，所述步骤（5)的孕育剂为含重量百分比为72%的Si的高硅钙钡孕育 剂。
[0023] 优选的，所述步骤（2)中，S元素重量百分比大于0.030%时，要进行脱硫处理至S 元素总重量百分比为〇. 020- 0. 030%。
[0024] 第二方面，提供一种由所述制备方法制备的铸态球墨铸铁，所述球墨铸铁包括以 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] 优选的，所述球墨铸铁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，本申请所述的RE为铈基轻稀土，其在球化剂中主要作用是净化铁液、消除 S、0等杂质兀素和微量兀素对球墨铸铁的影响。
[0027] 本申请与现有技术相比，其详细说明如下：调节熔炼后铁水中各成分的含量，可以 使球化剂加入量达到精确控制，达到了稳定球化率的效果，提高球墨铸铁的机械性能；通过 一定量的合金加入，各种合金共同作用，稳定和细化基体组织中的珠光体和强化铁素体，避 免了强度与塑性之间存在的矛盾关系，经实验测试表明，该方法既能够稳定地将球墨铸铁 的抗拉强度控制在700MPa以上，又能将断后延伸率达到4. 5%左右；通过本申请的制备方 法，能够在铸态下同时达到高强度和高塑性，且相比于常规球墨铸铁的生产方法，避免了高 温正火或调质处理的过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是实施例一本申请制备方法所得铸态球墨铸铁的单铸试块的示意图。
[0029] 图2是图1单铸试块的右视图。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体附图和实 施例对本发明作进一步的详细说明。
[0031] 实施例一
[0032] 一种铸态球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0033] (1)熔炼：在电炉中加入重量百分比为50-60%的生铁，25-40%的球铁回炉料， 10 -15%的废钢，电炉升温至1480- 1500°C，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼 成铁水；
[0034] (2)调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤（1)所得铁水中化学成分的重量百 分比调节至以下范围：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：向步骤（2)所得铁水中加入重量百分比为0.45- 0.55 %的 Cu, 0. 50- 0. 60 % 的 Ni，继续熔炼；
[0036] (4)球化和微量合金化：向加有重量百分比为0. 06-0. 08 %的Sn和重量百分比为 1.3%的球化剂的浇包中加入步骤（3)所得铁水，进行球化处理，其中球化剂中含有重量百 分比为40%的5丨、8%的]\%、1.5%的1? ;
[0037] (5)孕育处理：在步骤（4)所得铁水中加入重量百分比为0. 4 - 0. 6%的孕育剂进 行孕育处理，其中孕育剂为含重量百分比为72%的Si的高硅钙钡孕育剂；
[0038] (6)浇注：将步骤（5)所得铁水转至铸件型腔中进行浇注，浇注后自然冷却，即得 铸态球墨铸铁。
[0039] 在以上步骤中，通过炉前分析和炉后分析，得以下化学成分检测结果，见表1，其中 炉前成分为步骤（3)所得铁水中各成分；炉后成分为所得铸态球墨铸铁中各成分。
[0040] 表1炉前分析和炉后分析各元素的百分比含量
【权利要求】
1. 一种铸态球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤： (1) 熔炼：在电炉中加入重量百分比为50-60%的生铁，25-40%的球铁回炉料，10- 15%的废钢，电炉升温至1400- 1500°C，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼成铁 水； (2) 调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤（1)所得铁水中化学成分的重量百分 比调节至以下范围：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：向步骤（2)所得铁水中加入重量百分比为0.45- 0.55%的Cu， 0? 50 - 0? 60 %的Ni，继续熔炼； (4) 球化和微量合金化：向加有重量百分比为0.06- 0.08 %的Sn和重量百分比为 1. 2 - 1. 3%的球化剂的浇包中加入步骤（3)所得铁水，进行球化处理； (5) 孕育处理：在步骤（4)所得铁水中加入重量百分比为0. 4 - 0. 6%的孕育剂进行孕 育处理； (6) 浇注：将步骤（5)所得铁水转至铸件型腔中进行浇注，浇注后自然冷却，即得铸态 球墨铸铁。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1)中电炉升温至1480- 1500。。。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4)的球化剂中含有重量 百分比为 35- 45%的 Si、5-10%的 Mg、l一2%的 RE。
4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4)的球化剂中含有重量 百分比为40%的Si、8%的Mg、l. 5%的RE。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷的球化剂的加入量为 1. 3%。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5)的孕育剂为含重量百 分比为70- 80%的Si的高硅钙钡孕育剂。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5)的孕育剂为含重量百 分比为72%的Si的高硅钙钡孕育剂。
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2)中，S元素重量百分比 大于0. 030%时，要进行脱硫处理至S元素总重量百分比为0. 020- 0. 030%。
9. 根据权利要求1 一8任一所述制备方法制备的一种铸态球墨铸铁，其特征在于：所述 球墨铸铁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. 根据权利要求9所述的一种球墨铸铁，其特征在于：所述球墨铸铁包括以下重量百 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%。
【文档编号】C22C37/04GK104388810SQ201410640392
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】潘建平, 宗显宝 申请人:四川南车共享铸造有限公司