本发明属于铸铁材料铸造技术领域，涉及一种利用sic提高石墨球数量的球铁型材，本发明还涉及上述球铁型材的制备方法。
背景技术：
球铁型材是采用水平连续铸造方式生产的高品质球墨铸铁毛坯材料，在生产过程中，经球化处理和孕育处理的铁水在水冷钢套高纯石墨铸型内得到快速冷却凝固成形的，石墨的急冷作用使铁水迅速降温并形核，凝固速度远大于砂型铸造。由于结晶器安装于保温炉的底部，纯净铁水从下部进入结晶器凝固，因此，水平连续铸造球铁型材无普通砂型铸造的夹渣、夹砂类缺陷。同时，保温炉相当于一个大冒口，也无普通砂型铸造的收缩类缺陷，具有产品质量好、综合力学性能优良、高致密性、良好的加工性能等优点，已经广泛应用于机械、液压、冶金、纺织、印刷等行业。
然而，由于重力作用和凝固条件的不同，在凝固结束后球铁型材断面组织由上而下并不对称，下部组织相对细小，而上部组织相对粗大，尤其是直径较大的球铁型材，直径越大，表层和心部组织差异越大，尤其是石墨球数量和大小的差异越大，心部组织中还会出现较大石墨球。这些直接影响其力学性能，并且直径越大其断面由外向内力学性能差别越大，断面均匀性差别也越大。同时，球铁型材1/2r和心部组织较为粗大，球化ⅱ～ⅲ级，石墨球数量相对较少，石墨球径相对较大，大约为5～6级，甚至个别石墨球径达到3～4级；球铁型材边缘15mm左右的组织细小，球化ⅰ级，石墨球数量相对较多，石墨球径相对较小，大约为7级。这种组织的不均匀性直接影响球铁型材高品质特性的发挥，尤其是希望内外组织要求均匀性较高的一些大尺寸零部件，比如大型液压阀体、模块或泵体仍不敢使用球铁型材，不得不采用锻钢件。另外，石墨球数量偏少时，球铁型材的硬度偏高，而力学性能并不高，加工性能还较差。
铸铁型材生产厂家迫切希望解决这一技术难题，但是水平连续铸造的特点决定了其基本特征，这无疑从一个方面限制了这一优质球铁材料的应用和发展。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用sic提高石墨球数量的球铁型材，解决了现有球铁型材石墨球数量少、组织均匀性差、力学性能差的问题。
本发明的另一目的是提供上述利用sic提高石墨球数量的球铁型材的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种利用sic提高石墨球数量的球铁型材，按重量百分比其组成为：按重量百分比其组成为：c3.1～3.6％，si2.4～3.3％，mn0.2～0.4％，p≤0.10％，s≤0.06％，其余为fe，以上组成重量百分比之和为100％。
本发明特点还在于，
通过在铸造过程中添加sic来增加石墨球的数量。
sic的加入量为每炉铁水重量的0.6～0.8％，粒度为4～8mm。
本发明所采用的另一技术方案是，一种利用sic提高石墨球数量的球铁型材，具体按以下步骤实施：
步骤1，铁水熔炼：
按照设定的重量百分比，扣除孕育剂所带入的硅量，称量原铁水所需的低锰铸造球铁生铁、废钢、回炉料、75％硅铁及sic，在感应炉中熔化为铁水，取原铁水进行炉前成分快速分析，调整原铁水中各元素的含量，其中c：3.1～3.6％，si：1.3～2.1％，mn：0.2～0.4％，p≤0.10％，s≤0.06％，其余为fe，以上组成重量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1得到的铁水采用堤坝式球铁铁水包进行球化处理和孕育；
步骤3，将步骤2得到的铁水浇注入保温炉，并进行水平连续铸造，即得到高强度球铁型材。
本发明特点还在于，
步骤1中熔化加料顺序依次为：先放入一部分低锰铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待该批生铁熔化后加入sic，然后加入剩余的生铁、废钢和回炉料，并压在sic上面，sic的加入量为每炉铁水重量的0.6～0.8％，粒度为4～8mm。
熔化温度为1550～1580℃，出铁温度为1500～1550℃，浇注温度为1360～1420℃。
步骤2中球化处理采用两次出铁冲入法：先出铁2/3～4/5，采用稀土镁球化剂进行球化处理，出铁后迅速盖上铁水包盖子，待球化反应完毕，移除铁水包盖子，扒渣，再补加其余铁水。
步骤2中孕育为两次孕育，第一次孕育与球化处理同时进行，将孕育剂覆盖在球化剂上面，孕育剂用量为铁水总重量的0.3％，粒度为5～10mm；第二次孕育在球化处理完成，扒渣后进行，采用浮硅随流孕育，孕育剂置于铁水包中铁水的上表面，待随流浇入保温炉中，孕育剂用量为铁水总重量的0.4～0.6％，粒度为5～10mm。
步骤2中球化处理采用低稀土低镁球化剂，球化剂的用量根据生产的球铁型材直径控制，φ120～φ200mm用量为铁水总重量的1.4～1.6％，φ200mm以上用量铁水总重量的1.5～1.8％；孕育所用孕育剂为含锶和钡的长效硅铁孕育剂，一次和二次孕育剂的总用量为铁水包中铁水总重量的0.7～0.9％，孕育剂的粒度5～10mm。
步骤3中水平连续铸造采用“拉～停～拉”加工方式，铸造过程中牵引电机转速为700～1000rpm，拉拔时间为0.8～2.0s，停留时间为25～35s，结晶器长度为350～600mm，进水温度为室温，出水温度为50～70℃，型材结晶器出口温度控制在900～1050℃。
本发明的有益效果是，本发明球铁型材表面质量好，尺寸精度高，无夹砂、夹渣、气孔、缩孔等铸造缺陷。由中心至边缘组织致密、均匀，心部石墨球数量比不加sic的提高20％以上，石墨球径大约为6～7级，没有明显的大直径石墨；本发明球铁型材边缘硬度下降hb20以上，心部和表层硬度差缩小至hb20以下，球铁型材的加工性能得到改善。本发明球铁型材材料具有强度高、硬度均匀、断面均匀性差异小，切削加工性能好，切削抗力小于钢件，可以高速精加工，加工表面光洁度相对波动小等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种利用sic提高石墨球数量的球铁型材，按重量百分比其组成为：c：3.1～3.6％，si：2.4～3.3％，mn：0.2～0.4％，p≤0.10％，s≤0.06％，其余为fe，以上组成重量百分比之和为100％。
上述利用sic提高石墨球数量的球铁型材的制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，铁水熔炼：
采用中频感应炉熔化铁水，按照设定的重量百分比成份，扣除孕育用长效硅铁孕育剂带入的硅量，计算称量原铁水所需低锰铸造球铁生铁、废钢、回炉料、75％硅铁及sic等，熔化加料顺序依次为：先放入一部分低锰铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待这批生铁熔化后一次性加入粒度为4～8mm的sic，其用量按一炉铁水重量的0.6～0.8％计，然后再加入剩余的生铁和废钢、回炉料，并压在sic上面，待炉内所有炉料完全熔化；在中频感应炉中加入的铁合金均按照10％的烧损量计算；待所有铁合金均熔化结束后取原铁水进行炉前成分快速分析，确定并补充75％硅铁或增碳剂，并根据需要生产的球铁型材直径大小，调整原铁水中的c：3.1～3.6％，si：1.3～2.1％，mn：0.2～0.4％，p≤0.10％，s≤0.06％，准备出炉。其中熔化温度为1550～1580℃，出铁温度为1500～1550℃。
步骤2，球化处理及一次孕育：
选择堤坝式球铁铁水包进行球化处理，堤坝式铁水包的要求，高/直径≥1.5。球化处理前首先进行烫包处理，将铁水浇入预烤焙过的铁水包中，再将铁水倾倒回电炉中，反复进行三次。然后，将球化剂加入堤坝内，并将一次孕育所用的0.3％孕育剂覆盖在球化剂上，再采用低硫铁屑覆盖在球化剂上，捣实后铁屑覆盖层的厚度不小于2cm。其中，一次孕育剂的粒度为5～10mm。球化剂采用低稀土低镁球化剂，球化剂用量根据生产的球铁型材直径控制：制备φ120～200mm的球铁型材，球化剂用量为铁水总重量的1.4～1.6％；制备φ200mm以上的球铁型材，球化剂用量为铁水总重量的1.5～1.8％。球化处理采用两次出铁冲入法：第一次出铁2/3～4/5，进行球化处理，出铁后迅速用专用铁水包盖子盖上，以此确保mg和re的吸收率，以此间接控制mg残为0.05～0.06％，re残为0.016～0.018％。待球化反应完毕，移除专用铁水包盖子，扒渣，再补充后续的1/5～1/3铁水。然后再扒渣，以备二次孕育和浇注。
步骤3，二次孕育：
按照每包铁水的重量，根据所需补充的si量称量含锶和钡的长效硅铁孕育剂，一次和二次孕育剂的总量为铁水包中铁水总重量的0.7～0.9％，孕育剂的粒度5～10mm。球化处理的铁水经扒渣后，将扣除一次孕育剂剩余的0.4～0.6％孕育剂量置于铁水包中铁水的上表面，待随流浇入保温炉中。
步骤4，浇注：
浇注前采用雾化柴油喷嘴将保温炉内炉壁烘烤30min以上至亮红色，在结晶器中插入引锭头，引锭头与引锭杆相连，并通过牵引机牵引拉拔。将处理好的铁水经保温炉的浇口浇入保温炉，浇注温度为1360～1420℃。
步骤5，水平连续铸造：
将铁水浇注进入保温炉后停留2～4min，使进入结晶器的铁水包裹住引锭头并结晶凝固后开始牵引引锭，以“拉～停～拉”的工艺水平连铸生产。其中水平连续铸造过程中牵引电机转速为700～1000rpm，拉拔时间为0.8～2.0s，停留时间为25～35s，结晶器长度为350～600mm，进水温度为室温，出水温度为50～70℃，型材结晶器出口温度控制为900～1050℃，即得到球墨铸铁型材材料。
控制拉拔速度和型材出口温度，防止漏炉，控制铁水浇注间隔不超过10min，以防止铁水球化和孕育衰退而出现石墨形态变异和形成碳化物。
本发明大直径球墨铸铁型材材料的制备方法，主要特点是：铁水熔炼过程中在电炉中加入sic，有利于提高si和c，sic的加入可以作为异质形核的核心，可以提高石墨形核的核心，因此，可以提高石墨球的数量。同时，由于石墨球数量的提高，有利于避免初生石墨球生长过大，出现大直径石墨球。这样有利于降低型材内外组织的差异，提高型材心部的硬度，降低表层的硬度，提高型材的机械加工性能。
另外，由于sic的熔点是2800℃，密度远小于铁，因而其加入方法非常关键，否则直接在铁水中加入无法熔化，sic的吸收率极低，不能作为异质形核的核心，并有可能成为夹杂物或扒渣时被扒除。因此，本发明采用了特有的方法。
在孕育过程中加大含锶和钡的长效硅铁孕育剂的量，并采用二次孕育法，提高和延长孕育效果，避免大直径球墨铸铁型材生产过程中因凝固时间长造成的孕育衰退而出现碳化物。
实施例1
φ142mm球墨铸铁型材材料及其制备。
按重量百分比其组成为：c：3.6％，si：2.4％，mn：0.2％，p：0.10％，s：0.06％，其余为fe。
采用3t中频感应炉熔化铁水，按照上述重量百分比成份，扣除长效硅铁孕育剂带入的硅量，计算原铁水所需铸造生铁、废钢、回炉料及75％硅铁的量，熔化加料顺序依次为先放入一部分低锰铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待这批生铁熔化后一次性加入粒度为4mm的sic，其用量按一炉铁水重量的0.6％计，然后再加入剩余的生铁和废钢、回炉料，并压在sic上面，待炉内所有炉料完全熔化；在中频感应炉中加入的铁合金均按照10％的烧损量计算；待所有铁合金均熔化结束后取原铁水进行炉前成分快速分析，确定并补充75％硅铁或增碳剂，并根据需要生产的球铁型材直径大小，调整原铁水中的c，si，mn，p，s的成分达到要求，准备出炉。熔化温度为1550℃，出铁温度为1500℃。每次出炉前进行一次炉前成分快速分析和成分调整，适当的时候需要补充增碳剂。
出铁前出铁量为600kg。将高/直径比为1.6堤坝式球铁铁水包进行预烤焙，再进行烫包处理；将球化剂加入堤坝内，并将一次孕育所用的0.3％孕育剂覆盖在球化剂上，再采用低硫铁屑覆盖在球化剂上，捣实后铁屑覆盖层的厚度不小于2cm。其中，一次孕育剂的粒度为5mm。球化剂用量1.4％。球化时出铁采用两步式，第一次出铁400kg，出铁后迅速用专用铁水包盖子盖上，以此确保mg和re的吸收率，以此间接控制mg残为0.05～0.06％，re残为0.016～0.018％。待球化反应完毕，移除专用铁水包盖子，扒渣，再补充后续的200kg铁水。然后再扒渣，以备二次孕育和浇注。
按照每包铁水的重量，根据所需补充的si量称量含锶和钡的长效硅铁孕育剂，一次和二次孕育剂的总量为铁水包中铁水量的0.7％，孕育剂的粒度为5mm。球化处理的铁水经扒渣后，将扣除一次孕育剂剩余的0.4％孕育剂量置于铁水包中铁水的上表面。将保温炉用雾化柴油喷嘴烘烤30min，在结晶器中插入引锭头后将处理好的铁水经保温炉的浇口浇入保温炉，浇注温度为1360℃。
将铁水浇注进入保温炉后停留2min，使进入结晶器的铁水包裹住引锭头并结晶凝固后开始牵引引锭，以“拉～停～拉”工艺水平连铸生产。其中水平连续铸造过程中牵引电机转速为1000rpm，拉拔时间为0.8s，停留时间为25s，结晶器长度为350mm，进水温度为室温，出水温度为50℃，型材结晶器出口温度控制为900℃，即得到球墨铸铁型材材料。
控制拉拔速度和型材出口温度，防止漏炉，控制铁水浇注间隔不超过10min，以防止铁水球化和孕育衰退而出现石墨形态变异和形成碳化物。
实施例1制备的φ142mm球墨铸铁型材材料，拉伸性能指标达到了lzqt500-7标准要求，球铁型材1/2半径处的抗拉强度≥430mpa，屈服强度≥290mpa，伸长率≥6％，硬度hb160～219，v型缺口室温(23±5℃)冲击韧性≥12j，低温(-20±2℃)冲击韧性≥10j。由中心至边缘组织致密、均匀，心部石墨球数量比不加sic的提高20％以上，石墨球径大约为6～7级，没有明显的大直径石墨；本发明球铁型材边缘硬度下降hb20以上，心部和表层硬度差缩小至hb20以下，球铁型材的加工性能得到改善。本发明球铁型材材料具有强度高、硬度均匀、断面均匀性优异，切削加工性能好，切削抗力小于钢件，可以高速精加工，加工表面光洁度相对波动小等优点。
实施例2
φ260mm球墨铸铁型材材料及其制备。
按重量百分比其组成为：c：3.3％，si：2.6％，mn：0.3％，p：0.08％，s：0.04％，其余为fe。
采用5t中频感应炉熔化铁水，按照上述重量百分比成份，扣除长效硅铁孕育剂带入的硅量，计算原铁水所需铸造生铁、废钢、回炉料及75％硅铁的量，熔化加料顺序依次为先放入一部分低锰铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待这批生铁熔化后一次性加入粒度为6mm的sic，其用量按一炉铁水重量的0.7％计，然后再加入剩余的生铁和废钢、回炉料，并压在sic上面，待炉内所有炉料完全熔化；在中频感应炉中加入的铁合金均按照10％的烧损量计算；待所有铁合金均熔化结束后取原铁水进行炉前成分快速分析，确定并补充75％硅铁或增碳剂，并根据需要生产的球铁型材直径大小，调整原铁水中的c，si，mn，p，s的成分达到要求，准备出炉。熔化温度为1565℃，出铁温度为1525℃。每次出炉前进行一次炉前成分快速分析和成分调整，适当的时候需要补充增碳剂。
出铁前出铁量为800kg。将高/直径比为1.6堤坝式球铁铁水包进行预烤焙，再进行烫包处理；将球化剂加入堤坝内，并将一次孕育所用的0.3％孕育剂覆盖在球化剂上，再采用低硫铁屑覆盖在球化剂上，捣实后铁屑覆盖层的厚度不小于2cm。其中，一次孕育剂的粒度为7.5mm。球化剂用量为1.5％。球化时出铁采用两步式，第一次出铁600kg，出铁后迅速用专用铁水包盖子盖上，以此确保mg和re的吸收率，以此间接控制mg残为0.05～0.06％，re残为0.016～0.018％。待球化反应完毕，移除专用铁水包盖子，扒渣，再补充后续的200kg铁水。然后再扒渣，以备二次孕育和浇注。
按照每包铁水的重量，根据所需补充的si量称量含锶和钡的长效硅铁孕育剂，一次和二次孕育剂的总量为铁水包中铁水量的0.8％，孕育剂的粒度为7.5mm。球化处理的铁水经扒渣后，将扣除一次孕育剂剩余的0.5％孕育剂量置于铁水包中铁水的上表面。将保温炉用雾化柴油喷嘴烘烤30min，在结晶器中插入引锭头后，将处理好的铁水经保温炉的浇口浇入保温炉中，浇注温度为1390℃。
将铁水浇注进入保温炉后停留3min，使进入结晶器的铁水包裹住引锭头并结晶凝固后开始牵引引锭，以“拉～停～拉”工艺水平连铸生产。其中水平连续铸造过程中牵引电机转速为900rpm，拉拔时间为1.4s，停留时间为30s，结晶器长度为475mm，进水温度为室温，出水温度为60℃，型材结晶器出口温度控制为950℃，即得到球墨铸铁型材材料。
控制拉拔速度和型材出口温度，防止漏炉，控制铁水浇注间隔不超过10分钟，以防止铁水球化和孕育衰退而出现石墨形态变异和形成碳化物。
实施例2制备的φ260mm球墨铸铁型材材料，拉伸性能指标达到了lzqt500-7标准要求，球铁型材1/2半径处的抗拉强度≥430mpa，屈服强度≥290mpa，伸长率≥6％，硬度为hb160～219，v型缺口室温(23±5℃)冲击韧性≥12j，低温(-20±2℃)冲击韧性≥10j。由中心至边缘组织致密、均匀，心部石墨球数量比不加sic的提高20％以上，石墨球径大约为6～7级，没有明显的大直径石墨；本发明球铁型材边缘硬度下降hb20以上，心部和表层硬度差缩小至hb20以下，球铁型材的加工性能得到改善。本发明球铁型材材料具有强度高、硬度均匀、断面均匀性优异，切削加工性能好，切削抗力小于钢件，可以高速精加工，加工表面光洁度相对波动小等优点。
实施例3
φ360mm球墨铸铁型材材料及其制备。
按重量百分比其组成为：c：3.1％，si：2.4％，mn：0.4％，p：0.06％，s：0.02％，其余为fe。
采用5t中频感应炉熔化铁水，按照上述重量百分比成份，扣除长效硅铁孕育剂带入的硅量，计算原铁水所需铸造生铁、废钢、回炉料及75％硅铁的量，熔化加料顺序依次为先放入一部分低锰铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待这批生铁熔化后一次性加入粒度为8mm的sic，其用量按一炉铁水重量的0.8％计，然后再加入剩余的生铁和废钢、回炉料，并压在sic上面，待炉内所有炉料完全熔化；在中频感应炉中加入的铁合金均按照10％的烧损量计算；待所有铁合金均熔化结束后取原铁水进行炉前成分快速分析，确定并补充75％硅铁或增碳剂，并根据需要生产的球铁型材直径大小，调整原铁水中的c，si，mn，p，s的成分达到要求，准备出炉。熔化温度为1580℃，出铁温度为1550℃。每次出炉前进行一次炉前成分快速分析和成分调整，适当的时候需要补充增碳剂；
出铁前出铁量为1000kg。将高/直径比为1.7堤坝式球铁铁水包进行预烤焙，再进行烫包处理；将球化剂加入堤坝内，并将一次孕育所用的0.3％孕育剂覆盖在球化剂上，再采用低硫铁屑覆盖在球化剂上，捣实后铁屑覆盖层的厚度不小于2cm。其中，一次孕育剂的粒度为10mm。球化剂用量为1.6％。球化时出铁采用两步式，第一次出铁800kg，出铁后迅速用专用铁水包盖子盖上，以此确保mg和re的吸收率，以此间接控制mg残为0.05～0.06％，re残为0.016～0.018％。待球化反应完毕，移除专用铁水包盖子，扒渣，再补充后续的200kg铁水。然后再扒渣，以备二次孕育和浇注；
按照每包铁水的重量，根据所需补充的si量称量含锶和钡的长效硅铁孕育剂，一次和二次孕育剂的总量为铁水包中铁水量的0.9％，孕育剂的粒度为10mm。球化处理的铁水经扒渣后，将扣除一次孕育剂剩余的0.6％孕育剂量置于铁水包中铁水的上表面。将保温炉用雾化柴油喷嘴烘烤30min，在结晶器中插入引锭头后，将处理好的铁水经保温炉浇口浇入保温炉中，浇注温度为1360℃；
将铁水浇注进入保温炉后停留2min，使进入结晶器的铁水包裹住引锭头并结晶凝固后开始牵引引锭，以“拉～停～拉”的工艺水平连铸生产。其中水平连续铸造过程中牵引电机转速为700rpm，拉拔时间为2.0s，停留时间为35s，结晶器长度为600mm，进水温度为室温，出水温度为70℃，型材结晶器出口温度控制为1050℃，即得到球墨铸铁型材材料。
控制拉拔速度和型材出口温度，防止漏炉，控制铁水浇注间隔不超过10min，以防止铁水球化和孕育衰退而出现石墨形态变异和形成碳化物。
实施例3制备的φ360mm球墨铸铁型材材料，拉伸性能指标达到了lzqt500-7标准要求，球铁型材1/2半径处的抗拉强度≥430mpa，屈服强度≥290mpa，伸长率≥6％，硬度hb160～219，v型缺口室温(23±5℃)冲击韧性≥12j，低温(-20±2℃)冲击韧性≥10j。由中心至边缘组织致密、均匀，心部石墨球数量比不加sic的提高20％以上，石墨球径大约为6～7级，没有明显的大直径石墨；本发明球铁型材边缘硬度下降hb20以上，心部和表层硬度差缩小至hb20以下，球铁型材的加工性能得到改善。本发明球铁型材材料具有强度高、硬度均匀、断面均匀性优异，切削加工性能好，切削抗力小于钢件，可以高速精加工，加工表面光洁度相对波动小等优点。