高硅钼球铁材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高硅钼球铁材料，该高硅钼球铁材料以重量百分比计含有：C：2.90%～3.35%；Si：4.40%～4.80%；Mo：0.50%～0.75%；Cr：0.30%～0.50%；V：0.20%～0.45%；Mn：0.10%～0.30%；Mg：0.04%～0.07%；P：≤0.07%；S：≤0.02%；其余为Fe。该高硅钼球铁材料的抗拉强度≥710MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥10%，硬度为230～265HBW5/750。该高硅钼球铁材料还含有微量的Sn和Sb。本发明的高硅钼球铁材料消除了碎块石墨和石墨恶化层，保证了不同壁厚处的球化等级，同时解决了显微缩松等缺陷的。
【专利说明】高硅钼球铁材料
[0001] 本申请是申请号为201210499812. 6,申请日为2012年11月29日，发明创造名称 为"高硅钥球铁材料及其制备方法"的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种球铁材料，具体涉及一种用于汽车耐高温部件的高硅钥球铁材 料。
【背景技术】
[0003] 高硅钥球铁由于具有较高的高温强度、热疲劳性、优异的耐氧化性、生长性以及良 好的高温抗蠕变性能，因此在排气管、涡轮壳等汽车耐高温部件上应用广泛。而随着人们对 环保意识和法规的提升，HT250乃至蠕铁材料已不能满足发动机的排放使用性能要求，而高 硅钥球铁性能可满足现行的美国标准和欧IV标准，可以预见，高硅钥球铁作为新兴的汽车 耐高温部件材料，其应用将越来越广泛。
[0004] 但是，高硅钥球铁目前存在的最大问题在于：由于硅含量和钥含量较高，因此脆性 较大，容易产生碎块石墨以及石墨恶化层，还容易产生显微缩松，从而导致金相组织难以达 到要求。另外高硅钥球铁在高温下的抗拉强度和耐氧化性也有较大的提升空间。
[0005] 中国专利文献CN102264931A公开了 一种球墨铸铁，该球墨铸铁含有碳2. 0? 4. 0%、硅 3. 5 ?5. 0%、锰 L 0% 以下、铬(λ 1 ?L 0%、钥 0· 2 ?2. 0%、钒(λ 1 ?L 0%、镁 0· 02 ? 0. 1%、剩余部分由铁及不可避免的杂质构成；另外，还可以含有钨0. 1?1.0%和/或铌 0. 02?0. 30%。该文献通过加入钒来提高高温下的抗拉强度以及屈服应力，通过加入铬来 提高高温下的耐氧化性。但是加入钒和铬容易形成碳化物，使得脆性更大，更容易产生碎块 石墨和显微缩松。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于解决上述问题，提供一种消除了碎块石墨和石墨恶化层，保证 了不同壁厚处的球化等级，同时解决了显微缩松等缺陷的高硅钥球铁材料。
[0007] 实现本发明目的的技术方案是：一种高硅钥球铁材料，以重量百分比计含有：C : 2. 90% ?3. 35% ;Si :4. 40% ?4. 80% ;Mo :0. 50% ?0. 75% ;Cr :0. 30% ?0. 50% ;V :0. 20% ? 0· 45% ;Mn :0· 10% ?0· 30% ;Mg :0· 04% ?0· 07% ;P :彡 0· 07% ;S :彡 0· 02% ;其余为 Fe。该 高硅钥球铁材料的抗拉强度彡710MPa，屈服强度彡500MPa，延伸率彡10%，硬度为230? 265HBW5/750。
[0008] 上述技术方案中：Cr的重量百分比优选为0. 43%?0. 50%和/或V的重量百分比 优选为〇· 32%?0· 38%。
[0009] 上述技术方案中：C的重量百分比优选为3. 00%?3. 20% ;Si的重量百分比优选为 4. 50%?4. 60% ;Mo的重量百分比优选为0. 60%?0. 70% ;Cr的重量百分比优选为0. 43%? 0. 50%，V的重量百分比优选为0. 32%?0. 38%。
[0010] 上述技术方案中：各成分的重量百分比优选：C :3. 13%?3. 20%;Si :4.51%? 4. 58% ;Mo :0· 61% ?0· 68% ;Cr :0· 43% ?0· 50% ;V :0· 32% ?0· 38% ;Mn :0· 22% ?0· 25% ;Mg : 0. 046%?0. 057% ;P :彡0. 028% ;S :彡0. 008% ;其余为Fe。该高硅钥球铁材料的力学性能优 选：抗拉强度彡720MPa，屈服强度彡505MPa，延伸率彡11. 3%，硬度为230?252HBW5/750。
[0011] 上述技术方案中：各成分的重量百分比优选：C :3. 13%?3. 18%;Si :4.51%? 4. 57% ;Mo :0· 61% ?0· 63% ;Cr :0· 43% ?0· 50% ;V :0· 32% ?0· 38% ;Mn :0· 22% ?0· 25% ;Mg : 0. 046%?0. 057% ;P :彡0. 027% ;S :彡0. 008% ;其余为Fe。该高硅钥球铁材料的力学性能优 选：抗拉强度彡720MPa，屈服强度彡505MPa，延伸率彡11. 3%，硬度为230?252HBW5/750。
[0012] 上述技术方案中：各成分的重量百分比优选：C :3.15%?3. 20%;Si :4. 55%? 4. 58% ;Mo :0· 63% ?0· 68% ;Cr :0· 43% ?0· 48% ;V :0· 34% ?0· 38% ;Mn :0· 22% ?0· 25% ;Mg : 0. 048%?0. 053% ;P 0. 028% ;S 0. 008% ;其余为Fe ;该高硅钥球铁材料的力学性能优 选：抗拉强度彡735MPa，屈服强度彡510MPa，延伸率彡11. 3%，硬度为235?245HBW5/750。
[0013] 上述高硅钥球铁材料还含有微量的Sn和Sb。微量通常是指万分之一以下，百万分 之一以上，即0· 0001%?0· 01%。
[0014] 上述高硅钥球铁材料的制备方法具有以下步骤：①称取炉料待用；所述炉料包括 下述重量百分比的物质：生铁10%?20%，废钢10%?20%，回炉料60%?70%，硅铁1%? 1. 5%，铬铁0. 4%?0. 8%，钥铁0. 6%?1. 0%，钒铁0. 3%?0. 5%，增碳剂0. 5%?2. 0% ;②将增 碳齐?、生铁、废钢、回炉料依次加入到电炉中熔炼，待完全熔化后，加入硅铁、钥铁，铬铁、钒 铁，在1550°C?1560°C的温度下保温2min?5min，然后降温至1400°C?1450°C进行成分 分析，至成分符合要求后，升温至1550°C?1560°C，将铁水一次性倒入球化包中，同时进行 球化处理；出铁结束后，将球化包内的铁水采用叉车转运至浇注工位，铁水倒入浇注包的同 时进行倒包孕育；接着进行浇注，同步进行随流孕育，浇注过程中测温，当温度低于1360°C 时，停止浇注；③浇注结束后，依次进行落砂、分离、抛丸以及热处理，即得高硅钥球铁材料。
[0015] 上述步骤②中在将铁水倒入浇注包的过程中还加入微量的Sn和Sb。微量的定义 同上。加入的方式为单质或者合金。
[0016] 上述步骤②中所述的球化处理采用的球化剂为表面覆盖有Si-Ba孕育剂的低镁 低稀土球化剂；其中低镁低稀土球化剂的粒度为l〇mm?25mm，加入量为1.0%?1.2%; Si-Ba孕育剂的粒度为3mm?8mm，加入量为0· 2%?0· 3%。
[0017] 上述步骤②中所述的倒包孕育采用的孕育剂是粒度为3mm?8mm的Si-Ba孕育 齐U，其加入量为〇. 5%?0. 6%。
[0018] 上述步骤②中所述的随流孕育采用的孕育剂是粒度为0. 2mm?0. 7mm的Si-Ba孕 育剂，其加入量为〇. 10%?〇. 15%。
[0019] 上述步骤③中所述的热处理是先在930°C?950°C的温度下保温3h，然后降温至 720°C?750°C保温2h?3h，最后自然冷却至环境温度。
[0020] 本发明具有的积极效果：（1)本发明将熔炼后的铁水一次性倒入球化包中，并且 采用叉车转运和倒包，这样可以缩短铁水的转运时间，从而适当降低了出铁温度，保证了 球化稳定，进而消除了石墨恶化层。（2)本发明在将铁水倒入浇注包的同时进行倒包孕 育，这样加上之前球化时的孕育以及之后浇注时的随流孕育，总共具有三次孕育，而且孕育 剂均采用长效的Si-Ba孕育剂，这样可以防止孕育衰退铁水，保证了不同壁厚处的球化率 > 90%，改善了球化效果，从而消除了舌尖处的显微缩松。（3)本发明在制备过程中加入微 量的Sn、Sb等合金元素，这样可以消除碎块石墨，提高石墨数量和圆整度。（4)本发明的方 法将铬的含量控制在〇. 30%?0. 50%(尤其是如实施例所述控制在0. 43%?0. 50%)，同时将 V的含量控制在〇. 20%?0. 45%(尤其是如实施例所述控制在0. 32%?0. 38%)，这样能够形 成VC、Cr3C2等颗粒状碳化物，并消除了网状碳化物。由于颗粒状碳化物分布均匀，因此大大 提高了材料的强度，抗拉强度比普通高硅钥提高了 20?30%。而且VC碳化物还具有更高的 热稳定性，大大提高了材料的耐高温性能。（5)由于高硅钥材质的铸件工艺出品率较低，一 般只有35%?50%，这样就会产生50%?65%的回炉料，而且通常认为回炉料的使用量不能 超过50%，这是该【技术领域】存在的技术偏见。本发明则克服了该技术偏见，将回炉料的使用 量提高到60%?70%，这样一方面不会导致回炉料积压，另一方面还可以降低生铁和硅铁的 使用量，从而大大节约了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为实施例5制得的高硅钥球铁材料厚壁处的球化率图。
[0022] 图2为实施例5制得的高硅钥球铁材料厚壁处的金相组织图。
[0023] 图3为实施例5制得的高硅钥球铁材料薄壁处的球化率图。
[0024] 图4为实施例5制得的高硅钥球铁材料薄壁处的金相组织图。
【具体实施方式】
[0025] (实施例1) 本实施例的高硅钥球铁材料的成分见表1。
[0026] 表 1
【权利要求】
1. 一种高硅钥球铁材料，其特征在于以重量百分比计含有：C :2. 90%?3.35% ;Si : 4. 40% ?4. 80% ;Mo :0. 50% ?0. 75% ;Cr :0. 30% ?0. 50% ;V :0. 20% ?0. 45% ;Mn :0. 10% ? 0· 30% ;Mg :0· 04%?0· 07% ;P :< 0· 07% ;S :< 0· 02% ;其余为Fe ;该高硅钥球铁材料的抗拉 强度彡710MPa，屈服强度彡500MPa，延伸率彡10%，硬度为230?265HBW5/750。
2. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于：Cr的重量百分比为0. 43%? 0· 50%。
3. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于：V的重量百分比为0. 32%? 0· 38%。
4. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于：Cr的重量百分比为0. 43%? 0· 50% ;V的重量百分比为0· 32%?0· 38%。
5. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于：C的重量百分比为3. 00%? 3. 20% ;Si的重量百分比为4. 50%?4. 60% ;Mo的重量百分比为0. 60%?0. 70% ;Cr的重量 百分比为0. 43%?0. 50%，V的重量百分比为0. 32%?0. 38%。
6. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于以重量百分比计含有：C : 3. 13% ?3. 20% ;Si :4. 51% ?4. 58% ;Mo :0. 61% ?0. 68% ;Cr :0. 43% ?0. 50% ;V :0. 32% ? 0· 38% ;Mn :0· 22%?0· 25% ;Mg :0· 046%?0· 057% ;P :彡 0· 028% ;S :彡 0· 008% ;其余为 Fe ;该 高硅钥球铁材料的抗拉强度彡720MPa，屈服强度彡505MPa，延伸率彡11. 3%，硬度为230? 252HBW5/750。
7. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于以重量百分比计含有：C: 3. 13% ?3. 18% ;Si :4. 51% ?4. 57% ;Mo :0· 61% ?0· 63% ;Cr :0· 43% ?0· 50% ;V :0· 32% ? 0· 38% ;Mn :0· 22%?0· 25% ;Mg :0· 046%?0· 057% ;P :彡 0· 027% ;S :彡 0· 008% ;其余为 Fe ;该 高硅钥球铁材料的抗拉强度彡720MPa，屈服强度彡505MPa，延伸率彡11. 3%，硬度为230? 252HBW5/750。
8. 根据权利要求1所述的高硅钥球铁材料，其特征在于以重量百分比计含有：C : 3. 15% ?3. 20% ;Si :4· 55% ?4. 58% ;Mo :0· 63% ?0· 68% ;Cr :0· 43% ?0· 48% ;V :0· 34% ? 0· 38% ;Mn :0· 22%?0· 25% ;Mg :0· 048% ?0· 053% ;P :彡 0· 028% ;S :彡 0· 008% ;其余为 Fe ;该 高硅钥球铁材料的抗拉强度彡735MPa，屈服强度彡510MPa，延伸率彡11. 3%，硬度为235? 245HBW5/750。
9. 根据权利要求1至8之一所述的高硅钥球铁材料，其特征在于：还含有微量的Sn和 Sb。
10. 根据权利要求9所述的高硅钥球铁材料，其特征在于：球化率>90%，石墨球数量在 240?330个/mm2之间。
【文档编号】C22C37/10GK104195418SQ201410385382
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】高顺, 程凤军, 宋彦丞, 唐中权 申请人:常州南车汽车零部件有限公司, 南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司