球墨铸铁材料、其制备方法和应用与流程

本发明涉及铸铁材料领域，具体而言，涉及一种球墨铸铁材料、其制备方法和应用。

背景技术：

目前，常用的球墨铸铁标准牌号有：qt400-18、qt450-10、qt500-7、qt600-3、qt700-2等，其中qt600-3多被用于铸造轨道交通零部件；但是随着列车对运行更平稳、速度更快的要求的提高，对相关零部件的性能要求越来越高，传统的qt600-3已经不能满足使用要求，因此在保证材料强度的同时兼顾高的韧塑性，显得非常必要。

现有技术中关于高强高韧球墨铸铁材料的研究也比较多，但是所得到的产品性能波动大、生产稳定性差。比如申请号201310212573.6为中国专利文献公开了一种钒钛球墨铸铁熔炼方法，浇铸后得到的钒钛球墨铸铁化学成分如下：c3.47％、si2.8％、mn0.25％、p0.061％、s0.036％、v0.118％、ti0.03％、re0.061％、mg0.055％，球化级别达到2～3级，铸态组织为85％f+15％p，抗拉强度σb为480mpa，伸长率δ为14％。申请号201410222961.7为中国专利文献公开了一种钒钛铁素体球墨铸铁及其制备方法，按质量百分含量计，其包括以下化学成分，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％，余量为fe和其他微量元素及杂质。该钒钛铁素体球墨铸铁金相组织中石墨球化级别为1～3级，基体中铁素体含量≥70％，强度为550mpa～650mpa，延伸率12％～17％。

上述文献所公开的球墨铸铁均为钒钛球墨铸铁，钛和钒通常以固熔在铁液中发挥作用，以增强球墨铸铁的抗拉强度。但是，钛对于球墨铸铁而言是一种反球化元素，对于钒钛球墨铸铁稳定生产增加了困难，因为在球状石墨的生长过程中，生成的石墨球有可能碰上固熔在铁液中的钛，即使是少量的钛，也会强烈干扰对石墨成球。通常球铁中含0.02％的微量钛，即会促使球状石墨向片状发展。因此目前若要保证石墨球的圆整度，对工艺的要求非常高，球墨铸铁中也需要添加其他合金成分来抑制反球化。但是如果不添加钛，就会影响球墨铸铁的抗拉强度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种球墨铸铁材料、其制备方法和应用，以解决现有技术中的高断后伸长率和高抗拉强度的球墨铸铁制备复杂、成本高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种球墨铸铁材料，以重量百分比计，球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

进一步地，上述球墨铸铁材料中的锰和铜的质量百分和为0.75％～0.85％。

进一步地，上述钒的重量百分含量为0.049％～0.050％。

进一步地，上述碳的重量百分含量为3.61％～3.66％。

进一步地，上述硅的重量百分含量为2.51％～2.58％。

进一步地，上述磷和硫的质量百分含量之和≤0.035％。

根据本发明的另一方面，提供了一种球墨铸铁材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，按照上述任一种的球墨铸铁材料的各元素的比例配制原料；步骤s2，将原料进行熔炼，得到熔炼铁水；步骤s3，在球化剂和孕育剂的作用下将熔炼铁水进行球化和孕育，得到孕育铁水；步骤s4，将孕育铁水进行浇注，得到球墨铸铁材料。

进一步地，上述步骤s1包括：按照球墨铸铁材料的各元素的比例称取回炉料、生铁、合金、钒铁和废钢；向中频感应电炉中依次加入回炉料重量的10％～15％、生铁重量的45％～55％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料，完成原料的配制；优选以重量百分比计，生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％。

进一步地，上述步骤s2包括：将原料在1510℃～1550℃下熔化并保温2～5分钟进行熔炼，得到熔炼铁水。

进一步地，上述步骤s3的球化包括：向包坑内加入球化剂并捣实，球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％；将化学覆盖剂放置在球化剂上并捣实，化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.2％～0.4％；将物理覆盖剂置于化学覆盖剂上并捣实，物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，待用；以及将熔炼铁水降至1480℃～1500℃后，向包坑内倾出1480℃～1500℃的熔炼铁水，以进行球化得到球化铁水，优选步骤s3的孕育包括：向球化铁水中冲入孕育剂，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.2％～0.4％，进行孕育；对孕育完成的铁水进行扒渣，得到孕育铁水，优选孕育剂选用硅钙钡或者硅铁。

进一步地，上述将孕育铁水降温至1340℃～1390℃后进行浇注，且在浇注过程中随流加入随流孕育剂，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，得到球墨铸铁材料，优选随流孕育剂选用硅钙钡或者硅铁。

根据本发明的又一方面，提供了一种球墨铸铁材料，采用上述任一种的制备方法制备而成。

根据本发明的再一方面，提供了一种铁路货车的零部件，该零部件采用球墨铸铁材料制备而成，该球墨铸铁材料为上述的球墨铸铁材料。

根据本发明的再一方面，提供了一种铁路货车，包括零部件，该零部件为上述的零部件。

应用本发明的技术方案，本申请的球墨铸铁材料中不含有钛元素，因此避免了其所导致的反球化的问题。同时通过合理的设置合金添加种类和添加含量，尤其是严格控制锰、铜和钒的含量，获得的球墨铸铁化学组成简单，金相组织照片显示，本发明制得的球墨铸铁的金相组织为珠光体+铁素体组织，其铸态抗拉强度≥640mpa，铸态断后伸长率≥9％，强度和韧性综合性能好，适用于制造轨道交通零部件，也可用于制造其他同等机械性能要求的零部件。以下对各元素的作用以及相互之间的协同作用进行分析。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了实施例1的球墨铸铁的金相组织放大100倍时的金相图；以及

图2示出了实施例1的球墨铸铁的金相组织腐蚀状态下放大100倍时的金相图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如本申请背景技术所分析的，球墨铸铁中钛的存在虽然可以提高球墨铸铁的抗拉强度，但是同时也会导致反球化，导致现有技术中的球化和高抗拉强度存在矛盾，为了解决该问题，本申请提供了一种球墨铸铁材料及其制备方法。

在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种球墨铸铁材料，以重量百分比计，球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

本申请的球墨铸铁材料中不含有钛元素，因此避免了其所导致的反球化的问题。同时通过合理的设置合金添加种类和添加含量，尤其是严格控制锰、铜和钒的含量，获得的球墨铸铁化学组成简单，金相组织照片显示，本发明制得的球墨铸铁的金相组织为珠光体+铁素体组织，其铸态抗拉强度≥640mpa，铸态断后伸长率≥9％，强度和韧性综合性能好，适用于制造轨道交通零部件，也可用于制造其他同等机械性能要求的零部件。以下对各元素的作用以及相互之间的协同作用进行分析。

c元素：c元素含量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。因此提高含碳量可以减小缩孔体积，减少缩松面积，可使铸件致密；但是，含碳量过高，降低缩松的作用不明显，反而会出现严重的石墨漂浮。本申请发明人在c含量对球墨铸铁的力学性能的影响进行研究时发现：对铸态球墨铸铁来说，增加c含量可以减少游离渗碳体；c含量接近3.0％时，渗碳体消失；c含量超过3.0％时，开始出现铁素体；继续增加c含量，抗拉强度和屈服强度下降，断后伸长率上升；而进一步提高c含量时，(碳高于3.2％的范围)冲击韧性可得到改善。优选地，上述碳的重量百分含量为3.61％～3.66％。

si元素：在球墨铸铁中，硅是第二个有重要影响的元素，它不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。硅是fe-c合金中能够封闭γ区的元素，降低碳在γ-fe中的溶解度，使共析点的含碳量降低，提高共晶温度和共析转变温度。硅含量增加，铁素体含量增加，从而可以改变球铁组织中的珠光体和铁素体的比例。同时，硅也是促进石墨化的元素，进而使共晶含碳量降低。但是，本申请发明人发现：硅能够提高铸铁的韧脆性转变温度，降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。优选地，上述硅的重量百分含量为2.51％～2.58％。

mn元素：球墨铸铁中锰是扩大γ区的元素，锰在α-fe和γ-fe中进行扩散要比碳在其中进行扩散困难很多，主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形成碳化锰、碳化铁。这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。此外，锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1％，脆性转变温度提高10℃～12℃。同时，在球墨铸铁凝固时，锰使白口倾向增加，从这些方面考虑，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好。但是，本申请发明人发现：虽然锰含量降低具有上述优势，但是，锰含量过低时，材料的抗拉强度和屈服强度明显降低。

s元素：s是一种反球化元素，属于有害杂质。它随炉料、燃料带入球墨铸铁中，因此，球墨铸铁中总存在一些硫。当采用稀土镁球化剂处理铁液时，硫与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力，硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素，形成镁和稀土的硫化物，引起夹渣、气孔等铸造缺陷，剩余的稀土和镁才起球化作用。硫溶解在铁液中，而几乎不溶解在α-fe和γ-fe中，铁与硫可以组成各种硫化物，容易产生热裂。

p元素：p亦是一种有害元素，可以溶解在铁液中，降低共晶含碳量，降低共晶温度和开始凝固温度，形成磷共晶，产生偏析。磷一般是随金属炉料进入球墨铸铁中的，因此，球墨铸铁中也总存在一些磷。它在铸铁中溶解度极低，当其含量小于0.03％时，固溶于基体中，对力学性能几乎没有影响。当含量大于0.03％时，磷极易偏析于共晶团边界，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。因此，在在充分考虑球墨铸铁的连续生产以及硫、磷元素的作用，本申请优选将硫、磷含量控制在0.03％以下。另外，为了尽可能降低硫磷对提高球墨铸铁材料的负面影响，优选磷和硫的质量百分含量之和≤0.035％。

cu元素：cu含量过高时，试样的抗拉强度和屈服强度较高，伸长率降低且低于标准值；cu含量较低时，基体组织中的铁素体较多，连接成片，强度损害较大。而本申请的cu元素含量适中，因此可提高球墨铸铁的球化效果，增加珠光体含量以及球墨铸铁试样的强度，改善铸件断面组织与性能的均匀性。

v元素：v在铸铁中能形成几种稳定的碳化物，倾向于促进形成和保持铸铁基体中的珠光体和索氏体，从而提高了铸铁的强度、硬度和耐磨性。v亦能增加珠光体和索氏体的高温稳定性，从而提高铸铁的耐热性。v能细化石墨，促进石墨均匀分布，改善断面的敏感性。优选地，上述钒的重量百分含量为0.049％～0.050％。

在本申请一种优选的实施例中，进一步控制球墨铸铁材料中的锰和铜的质量百分和为0.75％～0.85％。上述锰和铜的配合对于改善球墨铸铁的抗拉强度的效果最为明显。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种球墨铸铁材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，按照上述任一种球墨铸铁材料的各元素的比例配制原料；步骤s2，将原料进行熔炼，得到熔炼铁水；步骤s3，在球化剂和孕育剂的作用下将熔炼铁水进行球化和孕育，得到孕育铁水；步骤s4，将孕育铁水进行浇注，得到球墨铸铁。

由于本申请的原料中不含有钛元素，因此避免了在球化过程中钛元素存在导致的反球化。同时，由于严格控制锰、铜和钒的含量，使得球墨铸铁的抗拉强度在600mpa以上(和现有技术中的钒钛球墨铸铁的抗拉强度相当)，且断裂伸长率也能维持在7％以上。

本申请的原料可以和常规的球墨铸铁的制备相似，采用一些回炉料和废钢以回收废料并节约成本。另外为了促进后续熔炼过程中各元素充分及时充分混合，原料的加料过程也进行了优化，即优选上述步骤s1包括：按照球墨铸铁材料的各元素的比例称取回炉料、生铁、合金、钒铁和废钢；向频感应电炉中依次加入回炉料重量的10％～15％、生铁重量的45％～55％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料，完成原料的配制。

球墨铸铁中的硫和磷主要来源于生铁中，为了尽可能控制其含量，优选以重量百分比计，上述生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％。

在本申请一种优选的实施例中，上述步骤s2包括：将原料在1510℃～1550℃下熔化并保温2～5分钟进行熔炼，得到熔炼铁水。通过在上述温度下进行2～5分钟的熔炼，使得熔炼铁水纯净，成分均匀，消除原材料遗传的不良组织。

为了便于本申请的制备方法的推广应用，优选本申请的球化采用现有技术中常用的包底球化。另外通过对包底球化中原料的添加来进一步优化球化效果，优选上述步骤s3的球化包括：向包坑内加入球化剂并捣实，球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，将化学覆盖剂放置在球化剂上并捣实，化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.2％～0.4％，将物理覆盖剂置于化学覆盖剂上并捣实，物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，待用；以及将铁水降至1480℃～1500℃后，向包坑内倾出1480℃～1500℃的熔炼铁水，控制温度以保障球化效果最佳，以进行球化得到球化铁水。其中上述的化学覆盖剂作用在于增加铁水球化的核心，以获得优秀的石墨球，物理覆盖剂的作用在于保证球化开始时间，以防止球化开始时间过早，导致球化衰退。上述球化过程采用的球化剂可以为现有技术中常规的球化剂，优选该球化剂为稀土-镁球化剂，化学覆盖剂为硅铁覆盖剂，常见且成本低，物理覆盖剂为直径x厚度为(5mm～15mm)x(1mm～2mm)的钢片。上述捣实的程度以现有技术中常规的捣实程度为准，不再赘述。

进一步地，优选上述步骤s3的孕育包括：向球化铁水中冲入孕育剂，进行孕育，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.2％～0.4％；对孕育完成的铁水进行扒渣，得到孕育铁水。

优选孕育剂选用硅钙钡或者硅铁，硅钙钡属长效孕育剂，可以进一步保证铁水孕育质量，较低操作不良可能导致的孕育质量降低风险，硅铁孕育剂对于操作过程严格且稳定时用，成本低。

为了进一步增强球墨铸铁材料的强度，优选在将孕育铁水降温至1340℃～1390℃后进行浇注，且在浇注过程中随流加入随流孕育剂，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，得到球墨铸铁，进一步优选随流孕育剂选用硅钙钡或者硅铁。

孕育是提高球墨铸铁质量的冶金技术的重要手段之一，一次孕育处理易发生孕育衰退，采用多次孕育的球墨铸铁的石墨组织可以得到进一步明显得到改善，基体中珠光体的含量略有增加，强度、硬度提高。本方法通过包底化学覆盖剂+冲入孕育剂+随流孕育剂三次孕育的方式，大大的确保了铁水的孕育质量，提高材料性能。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种球墨铸铁材料，采用上述任一种的制备方法制备而成。由于本申请的原料中不含有钛元素，因此避免了在球化过程中钛元素存在导致的反球化。同时，由于严格控制锰、铜和钒的含量，使得球墨铸铁的抗拉强度在640mpa以上(和现有技术中的钒钛球墨铸铁的抗拉强度相当)，且断裂伸长率也能维持在9％以上。

在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种铁路货车的零部件，该零部件采用球墨铸铁材料制备而成，该球墨铸铁材料为上述的球墨铸铁材料。在本申请再一种典型的实施方式中，提供了一种铁路货车，包括零部件，该零部件为上述的零部件。由于本申请的球墨铸铁材料具有上述优异的力学性能，因此利用其制作的零部件也具有优异的力学性能，满足更多铁路货车的使用要求。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。

以下各实施例和对比例中所用的球化剂、化学覆盖剂、物理覆盖剂、孕育剂和随流孕育剂从以下物质进行选择：所用的球化剂为常见的h-2稀土镁球化剂，化学覆盖剂为fesi75al1.5-b10-20覆盖剂，物理覆盖剂为直径x厚度为(5mm～15mm)x(1mm～2mm)的碎钢片，孕育剂为低铝硅钙钡，随流孕育剂为fesi75al1.5-b0.2-0.7孕育剂。

实施例1

本实施例的高强高韧含钒球墨铸铁的化学成分(质量百分含量)为：碳3.65％、硅2.61％、锰0.51％、磷0.03、硫0.012％、铜0.34％、钒0.06％，余量为铁及其他不可避免的杂质，杂质含量低于0.1％；球墨铸铁中锰和铜的质量百分含量之和为0.85％。

本实施例的高强高韧含钒球墨铸铁的制备方法包括以下步骤：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的10％、生铁中的50％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1530℃，并在该温度下保温4分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，化学覆盖剂为硅钙钡覆盖剂。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1490℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化起爆结束后向铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅钙钡；然后倾出熔化炉内剩余的熔炼铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1370℃后，进行浇注，浇注过程随流加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂选用硅钙钡，浇注后得到本实施例的球墨铸铁材料。随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

采用olympusbh2-uma光学金相显微镜随机抽出一个试样，对实施例1的显微组织进行检测，得到如图1和2所示的金相组织。从图中可以看到珠光体+铁素体金相形貌，深灰黑色部分为珠光体，浅灰色部分为铁素体。其中铁素体含量为35％，球化级别2级。

按照gd/t1348-2009方法对本实施例球墨铸铁的力学性能进行检测，抗拉强度为672mpa，断后伸长率为9.5％。

实施例2至实施例15以及对比例1至8

实施例2至实施例15以及对比例1至8的球墨铸铁的化学成分如下表1，各实施例的球墨铸铁中不可避免的杂质含量低于0.10％：

表1化学成分(wt％)，其余为铁及不可避免的杂质

以上实施例2至实施例15以及对比例1至8的球墨铸铁的制备方法与实施例1的制备方法相同。

实施例16

实施例16的球墨铸铁的化学成分同实施例5，制备方法如下：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的10％、生铁中的50％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1510℃，并在该温度下保温5分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，化学覆盖剂为硅钙钡覆盖剂。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1480℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化起爆结束后向铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅钙钡；然后倾出剩余的熔炼铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1390℃后，进行浇注，浇注过程随流加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂选用硅钙钡，浇注后得到本实施例的球墨铸铁材料。随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例17

实施例17的球墨铸铁的化学成分同实施例5，制备方法如下：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的10％、生铁中的50％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1550℃，并在该温度下保温2分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，化学覆盖剂为硅钙钡覆盖剂。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1500℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化起爆结束后向铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅钙钡；然后倾出剩余的熔炼铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1340℃后，进行浇注，浇注过程随流加入随流孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂选用硅钙钡，浇注后得到本实施例的球墨铸铁材料。随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例18

实施例18的球墨铸铁的化学成分同实施例5，制备方法如下：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的10％、生铁中的50％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1500℃，并在该温度下保温7分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，化学覆盖剂为硅钙钡覆盖剂。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1480℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化后向熔炼铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅钙钡；然后倾出剩余的熔炼铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1360℃后，进行浇注，浇注过程随流加入孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂选用硅钙钡，浇注后得到本实施例的球墨铸铁材料。随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例19

实施例19的球墨铸铁的化学成分同实施例5，制备方法如下：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的10％、生铁中的55％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1530℃，并在该温度下保温4分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，化学覆盖剂为硅铁覆盖剂。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1490℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化后向铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅铁；然后倾出剩余的铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1370℃后，进行浇注，浇注过程随流加入孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂选用硅铁，浇注后得到本实施例的球墨铸铁材料。随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例20

实施例20的球墨铸铁的化学成分同实施例5，制备方法如下：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的15％、生铁中的45％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1510℃，并在该温度下保温5分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，化学覆盖剂为硅铁覆盖剂。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1480℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化后向铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅铁；然后倾出剩余的铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1340℃后，进行浇注，浇注过程随流加入孕育剂进行随流孕育，随流孕育剂选用硅铁，浇注后得到本实施例的球墨铸铁材料。随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例21

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例22

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.2％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例23

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.4％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例24

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例25

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.2％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例26

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.4％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

实施例27

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％。

实施例28

与实施例5不同之处在于，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.7％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.45％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.5％。

对比例9

对比例9的球墨铸铁的化学成分同实施例5，制备方法如下：

①装炉：按照球墨铸铁的化学成分将回炉料、生铁、钒铁、合金、废钢作为炉料进行配料，其中生铁中磷≤0.03％、s≤0.02％，合金包括铁-硅合金、铁-锰合金、铜。

向中频感应电炉中依次加入回炉料中的10％、生铁中的50％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料。

②熔化：对炉料升温使加入的炉料完全熔化，熔化温度1530℃，并在该温度下保温4分钟，得到熔炼铁水。

③熔炼铁水球化、孕育处理：向包坑内加入球化剂并捣实；将化学覆盖剂放置在包坑内的球化剂上并捣实；将物理覆盖剂置于包坑内的化学覆盖剂上并捣实待用，其中球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％；化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.3％；物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％。

将步骤②熔化保温后的部分熔炼铁水温度降至1490℃后，向上述包坑内倾出熔炼铁水，球化后向铁水中冲入孕育剂，孕育剂选用硅铁；然后倾出剩余的熔炼铁水，充分搅拌，扒渣干净。孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.3％。

④将步骤③孕育后得到的铁水温度降至1370℃后，进行浇注，浇注后得到本例的球墨铸铁材料。

对比例10

对比例10的球墨铸铁的化学成分相对于实施例5增加了0.06％的钛，制备方法同实施例1。

采用同实施例1相同的方法检测上述各实施例和对比例的球墨铸铁中铁素体含量、球化级别及力学性能，检测数据见下表2。

表2

实施例16至28得到的球墨铸铁材料的上述各参数虽然相对于实施例1有所变化，但是，铁素体含量在33～36％之间波动，球化级别均为2级，抗拉强度在640pma以上，断后伸长率在9.0％以上。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的球墨铸铁材料中不含有钛元素，因此避免了其所导致的反球化的问题。同时通过合理的设置合金添加种类和添加含量，尤其是严格控制锰、铜和钒的含量，获得的球墨铸铁化学组成简单，金相组织照片显示，本发明制得的球墨铸铁的金相组织为珠光体+铁素体组织，其铸态抗拉强度≥640mpa，铸态断后伸长率≥9％，强度和韧性综合性能好，适用于制造轨道交通零部件，也可用于制造其他同等机械性能要求的零部件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。