一种全铁素体球墨铸铁及其生产方法
【专利摘要】本发明公布了一种铁素体球墨铸铁及其生产方法，属于金属冶炼【技术领域】。该铸铁具有特性：抗拉强度600MPa-700MPa，延伸率15%-20%，硬度150HB-210HB。其生产方法包括配料、熔炼、孕育、固溶强化等。本发明在全铁素体获得高延伸率的同时获得了较高的强度和低表面硬度，解决了强度、延伸率、表面硬度不能兼顾的技术问题，既能保证材料性能的高强度，又获得了高的延伸率和低表面硬度。
【专利说明】 一种全铁素体球墨铸铁及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种球墨铸铁及其生产方法，特别涉及一种铁素体球墨铸铁及其生产方法，属于金属冶炼【技术领域】。
【背景技术】
[0002]球墨铸铁通过球化和孕育处理、石墨形态呈球状的铸铁，其有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度，按照形态不同，球墨铸铁中的包含:一、铁素体具有体心立方晶格，是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，即α-Fe和以它为基础的固溶体，以符号F表示；二、珠光体，是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片装珠光体。用符号P表示，含碳量为《c = 0.77%。其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值；三、渗碳体，铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C，渗碳体的含碳量为coc = 6.69%，熔点为1227°C。其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW = 800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有直接影响，现在的球墨铸铁是按照Fe-C-Si三元合金系统相图稳定凝固时，约2-3%的w(Si)促进尽石墨的析出，球铁的金相组织表现有铁素体和珠光体两种基本类型，同时球铁的力学性能表现为1、全铁素体以至于材料低强度和高延伸率；抗拉强度180— 280MPa;延伸率30—50%;硬度50— 80HB ;2、铁素体和珠光体的中间态，以至于有适宜的强度和延伸率；3、全珠光体以至于高强度和低的延伸率，珠光体的性能表现为:抗拉强度770MPa ;硬度210HB以上，延伸率=20°/Γ35%，而现在的工艺技术要获得约700Mpa的机械强度需要金相获得较高比例的珠光体含量甚至是全珠光体，但同时延伸率大大下降，同时硬度增加，给后续机械加工带来困难和成本上升，同时目前工艺技术若获得了全铁素体金相组织，延伸率显著提升，硬度降低，便于机械加工，但是强度较低，一般< 450Mpa，满足不了相应的需要，生产应用实践中需要一种具有铁素体的基体组织，即具有高的延伸率和低的表面硬度，又具备良好的球墨铸铁的力学性能，以满足相应工程和加工的需要。
【发明内容】
[0003]本发明为提供一种全铁素体球墨铸铁及其生产方法。
[0004]一种全铁素体球墨铸铁，所述的全铁素体球墨铸铁具有特性:抗拉强度600MPa-700MPa，延伸率15%_20%，硬度150HB-210HB，所述的球墨铸铁的成份具有含量:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Μη ^0.2% ，P 彡 0.035%，S 彡 0.02%，Ti 彡 0.025%，其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为 Fe,或具有含量:C:3.6-3.9% ，S1:3.3-4.15%, Mo:0.1-0.3%,Μη ( 0.2% , Ρ ^ 0.035%, S ^ 0.02%, Τ? ( 0.025%,其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为Fe。一种全铁素体球墨铸铁的生产方法:所述的全铁素体球墨铸铁具有特性:抗拉强度600MPa-700MPa，延伸率15%_20%，硬度150HB-210HB，所述的球墨铸铁的成份具有含量:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Μη ^0.2% ，P 彡 0.035%，S 彡 0.02%，Ti 彡 0.025%，其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为 Fe,或具有含量:C:3.6-3.9% ，S1:3.3-4.15%, Mo:0.1-0.3%,Μη ( 0.2% , Ρ ^ 0.035%, S ^ 0.02%, Τ? ( 0.025%,其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为Fe,包括配料、熔炼，:包括以下步骤:
(a)炉料选配:采用高纯生铁和低Μη低P低S废钢、增碳剂为炉料，所述的炉料中Μη ( 0.2% ；P ( 0.03% ；S ( 0.015%, Ti ( 0.015%，微量杂质总含量彡 0.1% ；
(b)熔炼:采用中频感应电炉熔炼得原铁水，出炉温度1460-1510°C；
(c)选用QRMg8RE3做球化剂，加入量1.3-1.6%，选用75Si_Fe做底硅孕育剂，加入量1.3-1.6%，在出炉温度下球化、孕育，得球化后的铁水；
(d)倒包孕育:选用75S1-Fe做倒包孕育剂，加入量0.8-1.2% ；
(e)浮硅孕育:选用75S1-Fe做浮硅孕育，加入量0.4-0.6%，在倒包后后加在铁液表面；
(f)浇包漏斗随流孕育:选用75S1-Fe做孕育剂，加入量0.1-0.15% ；
(g)固溶强化:根据以上加入的总量和炉料中原有的硅含量，控制总硅含量在3.5-4.45%的含量区间固溶强化；
(f)固溶强化2-2.5小时后开箱。进一步的，所述原铁水的成分要求为:C:3.7-3.9%,Si:1.0-1.4%, Μη ( 0.2% ，P 彡 0.03%, S 彡 0.015%, Ti ( 0.025%，其它杂质总含量< 0.02-0.05%，余量为Fe。进一步的，所述固溶强化的成分要求为:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Μη ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%,其它杂质总含量(0.02-0.05%，余量为Fe。所述的孕育中加入0.1-0.3%的Mo，同时减少等量的Si加入量。
[0005]本发明所提供的一种全铁素体球墨铸铁及其生产方法，采用高纯生铁和废钢为原料，更好的控制了炉料中微量元素的总含量，微量元素含量总和的降低避免了凝固时的各种干扰，Μη含量的降低，Ti含量的大幅降低，通过充分的Si的固溶强化，达到铁素体的基体组织，显著提高球墨铸铁的力学性能，本发明提供的一种全铁素体球墨铸铁的性能中强度可由原来的350-500MPa达到600_700MPa，延伸率可由珠光体基体的的3_5%达到15%及以上；表面硬度可由珠光体的210-305HB达到150-210HB，保证高的延伸率和低的表面硬度，解决相应工程的需要；同时由于Si的固溶强化，达到铁素体的基体组织，基体的均匀一致，使后续机械加工精度稳定性提高，本发明克服可传统铸造技术中获得铁素体组织时强度、延伸率、表面硬度不能兼顾的传统铸造思想和方法，在获得高延伸率的同时获得了较高的强度和低表面硬度，是铸造行业技术的一个突破，解决了行业内长期以来强度、延伸率、表面硬度不能兼顾的技术问题，既能保证材料性能的高强度，又获得了高的延伸率和低表面硬度，有利于材料的后加工和特殊部件材料的需求。
【具体实施方式】
[0006]为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。本发明中所表示成份中英文字母所代表的元素名称与元素周期表中的一致，如C代表碳；Mn代表锰；P代表磷；S代表硫；Ti代表钛；Mo代表钥，QRMg8RE3球化剂、75Si_Fe属于行业内公知知识，在铸铁球化中的含义明确唯一，在配料时，一般采用高纯生铁、废钢、回炉料、增碳剂，高纯生铁重量占65-75%，废钢占10-15%，其余为回炉料，增碳剂根据熔化后的铁水成分计算需要计算添加量，各种杂质的控制以炉料和熔化后的铁水成分要求为标准控制，熔化后铁水中Si的重量含量在1-1.1%之间。本发明中所述的百分含量均为重量百分含量，硬度HB指布氏硬度。
[0007]—种全铁素体球墨铸铁，所述的全铁素体球墨铸铁具有特性:抗拉强度600MPa-700MPa，延伸率15%_20%，硬度150HB-210HB，所述的球墨铸铁的成份具有含量:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Μη ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%,其它杂质总含量彡 0.02-0.05%，余量为 Fe，或具有含量:C:3.6-3.9%, S1:3.3-4.15%, Mo:0.1-0.3%,Μη ( 0.2%, Ρ ^ 0.035%, S ^ 0.02%, Τ? ( 0.025%,其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为Fe。一种全铁素体球墨铸铁的生产方法:所述的全铁素体球墨铸铁具有特性:抗拉强度600MPa-700MPa，延伸率15%_20%，硬度150HB-210HB，所述的球墨铸铁的成份具有含量:C:3.6-3.9%, Si:3.5-4.45%, Μη ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%,其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为 Fe,或具有含量:C:3.6-3.9% ，S1:3.3-4.15%, Mo:0.1-0.3%,Μη ( 0.2%, Ρ ^ 0.035%, S ^ 0.02%, Τ? ( 0.025%，其它杂质总含量彡 0.02-0.05%，余量为Fe,包括配料、熔炼，:包括以下步骤:
(a)炉料选配:采用高纯生铁和低Μη低P低S废钢、增碳剂为炉料，所述的炉料中Μη ( 0.2% ；P ( 0.03% ；S ( 0.015%, Ti ( 0.015%，微量杂质总含量彡 0.1% ；
(b)熔炼:采用中频感应电炉熔炼得原铁水，出炉温度1460-1510°C；
(c)选用QRMg8RE3做球化剂，加入量1.3-1.6%，选用75Si_Fe做底硅孕育剂，加入量
1.3-1.6%，在出炉温度下球化、孕育，得球化后的铁水；
(d)倒包孕育:选用75S1-Fe做倒包孕育剂，加入量0.8-1.2% ；
(e)浮硅孕育:选用75S1-Fe做浮硅孕育，加入量0.4-0.6%，在倒包后后加在铁液表面；
(f)浇包漏斗随流孕育:选用75S1-Fe做孕育剂，加入量0.1-0.15% ；
(g)固溶强化:根据以上加入的总量和炉料中原有的硅含量，控制总硅含量在3.5-4.45%的含量区间固溶强化；
(f)固溶强化2-2.5小时后开箱。进一步的，所述原铁水的成分要求为:C:3.7-3.9%,Si:1.0-1.4%, Μη ( 0.2% ，P 彡 0.03%, S 彡 0.015%, Ti ( 0.025%，其它杂质总含量(0.02-0.05%,余量为Fe。进一步的，所述固溶强化的成分要求为:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Μη ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%,其它杂质总含量(0.02-0.05%，余量为Fe。所述的孕育中加入0.1-0.3%的Mo，同时减少等量的Si加入量。
[0008]实施例1:
(a)炉料选配:采用高纯生铁和低Μη低Ρ低S废钢、增碳剂为炉料，高纯生铁70%，废钢15%，回炉料15%，增碳剂另计计入少许，保证炉料中Μη ( 0.2% ；P ( 0.03% ；S ( 0.015%，Ti ( 0.015%，微量杂质总含量< 0.1%，配料中Si含量在1%，
(b)熔炼:采用中频感应电炉熔炼得原铁水，出炉温度1500°C；
(c)选用QRMg8RE3做球化剂，加入量1.4%，选用75Si_Fe做底硅孕育剂，加入量1.6%，在出炉温度下球化、孕育，得球化后的铁水；
(d)倒包孕育:选用75S1-Fe做倒包孕育剂，加入量1.0% ；
(e)浮硅孕育:选用75S1-Fe做浮硅孕育，加入量0.5%，在倒包后后加在铁液表面； (f)浇包漏斗随流孕育:选用75S1-Fe做孕育剂，加入量0.1% ；
(g)固溶强化:根据以上加入的总量和炉料中原有的硅含量，控制总硅含量在3.5-4.45%的含量区间固溶强化；
固溶形成的铸铁成分为:C:3.7% ，Si:4.%，Μη:0.19% ，Ρ:0.033%, S:0.02%, Ti:0.023%，其它杂质总含量:0.048%,余量为Fe，测定性能:抗拉强度700MPa，延伸率20%，硬度 160HB。
[0009]实施例2:
(a)炉料选配:采用高纯生铁和低Μη低Ρ低S废钢、增碳剂为炉料，高纯生铁70%，废钢15%，回炉料15%，增碳剂另计计入少许，保证炉料中Μη ( 0.2% ；P ( 0.03% ；S ( 0.015%，Ti ( 0.015%，微量杂质总含量< 0.1%，配料中Si含量在1%，
(b)熔炼:采用中频感应电炉熔炼得原铁水，出炉温度1500°C；
(c)选用QRMg8RE3做球化剂，加入量1.4%，选用75Si_Fe做底硅孕育剂，加入量1.3%，加入钥铁粉0.03%，钥铁中钥含量为60%。在出炉温度下球化、孕育，得球化后的铁水；
(d)倒包孕育:选用75S1-Fe做倒包孕育剂，加入量1.0% ；
(e)浮硅孕育:选用75S1-Fe做浮硅孕育，加入量0.5%，在倒包后后加在铁液表面；
(f)浇包漏斗随流孕育:选用75S1-Fe做孕育剂，加入量0.1% ；
(g)固溶强化:根据以上加入的总量和炉料中原有的硅含量，控制总硅含量在3.5-4.45%的含量区间固溶强化；
固溶形成的铸铁成分为:C:3.7% ，Si:3.8%, Mo:0.2%, Μη:0.19% ，Ρ:0.035%, S:0.02%，Τ?:0.021%，其它杂质总含量:0.046%，余量为Fe，测定性能:抗拉强度680MPa，延伸率 20%，硬度 150HB。
详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
【权利要求】
1.一种全铁素体球墨铸铁，其特征在于:所述的全铁素体球墨铸铁具有特性:抗拉强度 600MPa-700MPa，延伸率 15%-20%，硬度 150HB-210HB。
2.根据权利要求1所述的一种全铁素体球墨铸铁，其特征在于:所述的球墨铸铁的成份具有含量:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Mn ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%,Ti ( 0.025%,其它杂质总含量彡0.02-0.05%,余量为Fe，或具有含量:C:3.6-3.9% ，Si:3.3-4.15%, Mo:0.1-0.3%, Mn ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%,其它杂质总含量< 0.02-0.05%，余量为Fe。
3.—种全铁素体球墨铸铁的生产方法，所述的全铁素体球墨铸铁具有特性:抗拉强度600MPa-700MPa，延伸率15%_20%，硬度150HB-210HB，所述的球墨铸铁的成份具有含量:C:3.6-3.9%, Si:3.5-4.45%, Mn ( 0.2%, P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%，其它杂质总含量彡 0.02-0.05%,余量为 Fe,或具有含量:C:3.6-3.9%, S1:3.3-4.15%, Mo:0.1-0.3%,Mn ( 0.2%, P 彡 0.035%, S 彡 0.02%, Ti ( 0.025%，其它杂质总含量彡 0.02-0.05%，余量为Fe，包括配料、熔炼，其特征在于:包括以下步骤: Ca)炉料选配:采用高纯生铁和低Mn低P低S废钢、增碳剂为炉料，所述的炉料中Mn ( 0.2% ；P ( 0.03% ；S ( 0.015%, Ti ( 0.015%，微量杂质总含量彡 0.1% ； (b)熔炼:采用中频感应电炉熔炼得原铁水，出炉温度1460-1510°C； (c)选用QRMg8RE3做球化剂，加入量1.3-1.6%，选用75Si_Fe做底硅孕育剂，加入量1.3-1.6%，在出炉温度下球化、孕育，得球化后的铁水； Cd)倒包孕育:选用75S1-Fe做倒包孕育剂，加入量0.8-1.2% ； (e)浮硅孕育:选用75S1-Fe做浮硅孕育，加入量0.4-0.6%，在倒包后后加在铁液表面； (f)浇包漏斗随流孕育:选用75S1-Fe做孕育剂，加入量0.1-0.15% ； (g)固溶强化:根据以上加入的总量和炉料中原有的硅含量，控制总硅含量在3.5-4.45%的含量区间固溶强化； (h)固溶强化2-2.5小时后开箱。
4.根据权利要求3所述的一种全铁素体球墨铸铁的生产方法，其特征在于:所述原铁水的成分要求为:C:3.7-3.9% , Si:1.0-1.4%, Mn ( 0.2% ，P 彡 0.03%, S 彡 0.015%,Ti ( 0.025%，其它杂质总含量< 0.02-0.05%，余量为Fe。
5.根据权利要求3所述的一种全铁素体球墨铸铁的生产方法，其特征在于:所述固溶强化的成分要求为:C:3.6-3.9% ，Si:3.5-4.45%, Mn ( 0.2% ，P 彡 0.035%, S 彡 0.02%,Ti ( 0.025%，其它杂质总含量< 0.02-0.05%，余量为Fe。
6.根据权利要求3所述的一种全铁素体球墨铸铁的生产方法，其特征在于:所述的孕育中加入0.1-0.3%的Mo，同时减少等量的Si加入量。
【文档编号】C22C37/10GK104419862SQ201310368533
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】刘天平, 王爱丽 申请人:河南省汤阴县华兴机械制造有限公司