高强韧纯铁素体基体球墨铸铁及其制造工艺的制作方法
【专利摘要】一种高强韧纯铁素体基体球墨铸铁，所含化学成分及所占比重为：C3.4-3.7份,SI2.3-2.7份，Mn0.3-0.5份，Cr0.4-0.6份,Mo0.2-0.4份,S*0.02份,P*0.04份,Mg*0.08份，Re*0.04份，其余为铁和杂质。这种球磨铸铁是应用特殊球化处理方式获取纯铁素体基体球墨铸铁的同时，对其纯铁素体基体进行合理的合金强化，并通过特定的热处理工艺消除结晶过程内部应力、改善基体组织形态，使基体强度可以稳定在540MPa以上，韧性也远超出传统铁素体基体的球墨铸铁。这一材料性能使其在温度逐渐升高的工况下保持较好强度，保证高热交变应力对基体的影响，保证有充分的应用强度。
【专利说明】高强韧纯铁素体基体球墨铸铁及其制造工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强韧纯铁素体基体的球墨铸铁及其制造工艺，属于钢铁铸造领 域。
【背景技术】
[0002] 传统的球墨铸铁标准牌号中有纯铁素体基体的球墨铸铁，当延伸率达到15%以上 时，抗拉强度最高为400Mpa，如果要提高其抗拉强度，则其延伸率损失较大。如基体抗拉强 度到500 Mpa时，延伸率已经降到7%，如QT500-7牌号球墨铸铁。这一基体组织已经不是纯 铁素体了，而是珠光体+铁素体基体。实验证明，球墨铸铁材料在温度逐渐升高的条件下使 用时，它的基体强度有一个随温度升高而强度骤然下降的温度点，称为强度骤降点。纯铁素 体基体的球墨铸铁这一强度骤降点明显高于混合基体的球墨铸铁强度骤降点。也就是说， 在相同工况条件下，混合基体球墨铸铁工件比纯铁素体基体球墨铸铁工件更易出现工件变 形、开裂等缺陷。冶金烧结机台车（QT500-7)在过烧状态下应用易出现断帮、开裂等缺陷， 给生产带来很大的安全隐患，严重影响生产效率和生产安全。
【发明内容】
[0003] 本发明是针对现有技术存在的缺陷，一是提供一种抗拉强度大于540MPa的高强 韧纯铁素体基体的球磨铸铁，二是提供这种高强韧纯铁素体基体的球磨铸铁的制备工艺。
[0004] 实现上述发明目的采用以下技术方案：一种高强韧纯铁素体基体球墨铸铁，所含 化学成分及各成分所占比重为：C 3. 4-3. 7份，SI 2. 3-2. 7份，Μη 0. 3-0. 5份，CrO. 4-0. 6 份，Μο(λ 2-0. 4 份，S*(X 02 份，Ρ*(λ 04 份，Mg*(X 08 份，Re*(X 04 份，其余为铁和杂质。
[0005] 该球墨铸铁以纯铁素体为基体，然后对其进行合金强化，再通过热处理消除其结 晶过程产生内部应力；该球墨铸铁的所含化学成分及各成分所占比重为：C 3. 4-3. 7份，SI 2. 3-2. 7 份，Μη 0· 3-0. 5 份，CrO. 4-0. 6 份，Μ〇0· 2-0. 4 份，S*0. 02 份，Ρ*0· 04 份，Mg*0. 08 份，Re*0. 04份，其余为铁和杂质；其制造工艺按照以下步骤进行： A. 根据给定的成分要求给出配料单：回炉料10%，废钢15%，高碳铬铁0.8%，合金钥铁 0· 6%，10# 生铁 73. 6% ; B. 采用中频电炉对上述配料进行熔炼，设定出炉温度为1490-15KTC ; C. 炉料溶清后扒渣、用光谱仪检测原水成分，检测结果不合格的再按要求调整；检测 结果合格的加大中频电炉功率，炉温升至1490-15KTC在铁水包中加入占需出铁水总量 0. 2-0. 3%的脱硫剂后出炉； D. 对出炉后的铁水进行喂丝球化处理，检验球化率达到II级以上时扒渣，在铁水上面 均匀撒入孕育剂后静置，待检测其温度在1410-1420°C之间实施浇注；连体试棒设置在铸 件本体上，浇注、清理工作完成后，将连体试棒切下； E. 对铸件和连体试棒同时进行热处理，处理时升温速度为80-100°C /h，待温度加热到 860°C时保温3小时，然后再对其进行正火处理； F. 对热处理后的连体试棒进行机械性能检测，检测其抗拉强度及延伸率，并将试棒端 部修磨制样后检测基体组织，其抗拉强度> 540MPa，延伸率> 13%，球化率> 85% ; G. 试棒基体组织检测合格后批量生产。
[0006] 采用中频电炉进行熔炼时，电炉中物料的加料顺序为：生铁一回炉料一废钢一高 碳铬铁和合金钥铁。
[0007] 对炉料采用专用包芯线进行喂丝球化处理，其喂丝量为1. 1%，喂丝速度27m/min。
[0008] 所述的孕育剂为75SiFe，其加入量为铁水总量的0. 1-0. 2%，其破碎粒度为 6-10mm〇
[0009] 与现有的球墨铸铁相比，本发明所公开的这种球墨铸铁，是应用特殊球化处理方 式获取纯铁素体基体球墨铸铁的同时，对其纯铁素体基体进行合理的合金强化，并通过特 定的热处理工艺消除结晶过程内部应力、改善基体组织形态，使基体强度不仅大大提高，而 且还可以稳定在540MPa以上，韧性也远超出传统铁素体基体的球墨铸铁，可以达到13%以 上。另外，这种球墨铸铁的骤降点温度可以提高50-70°C。这一材料性能使其在温度逐渐升 高的工况下(如烧结台车体在这一温度区域内）保持较好强度，保证有足够刚性，确保足够 韧性，既保证了台车的高热交变应力对基体的影响，又保证有充分的应用强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的球磨铸铁和普通球磨铸铁在相同环境下，温度对其抗拉强度影响 程度的对照曲线图。
[0011] 图2为本发明的球磨铸铁和普通球磨铸铁在相同环境下，温度对其延伸率影响程 度的对照曲线图。
[0012] 其中：曲线1为本发明的高强韧球铁；曲线2为普通球墨铸铁。
[0013] 图3为喂丝球化处理后的铁水的金相图。
[0014] 图4为本发明所公开的球磨铸铁的金相组织图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0016] 本发明所公开的这种高强韧纯铁素体基体球墨铸铁，其特征在于，该球墨铸铁 的所含化学成分及各成分所占比重为：C 3.4-3. 7份，SI 2. 3-2. 7份，Μη 0.3-0. 5份， CrO. 4-0. 6 份，Μ〇0· 2-0. 4 份，S*0. 02 份，Ρ*0· 04 份，Mg*0. 08 份，Re*0. 04 份，其余为铁和 杂质。这种球墨铸铁以纯铁素体为基体，然后对其进行合金强化，再通过热处理消除其结晶 过程产生内部应力。这一材料性能使其在温度逐渐升高的工况下(如烧结台车体在这一温 度区域内）保持较好强度，保证有足够刚性，确保足够韧性，既保证了台车的高热交变应力 对基体的影响，又保证有充分的应用强度，见附图1-2。
[0017] 一般情况下，其各种化学成分按照重量百分比来确定，即C 3. 4-3.7%，SI 2. 3-2. 7%, Μη 0. 3-0. 5%, CrO. 4-0. 6%, M〇0. 2-0. 4%, S*0. 02%, P*0. 04%, Mg*0. 08%, Re*0. 04%, 其余为铁和杂质。
[0018] 本发明所公开的这种基体为纯铁素体的球磨主体的制造工艺按照以下步骤进 行： A.根据给定的成分要求，按各种需配元素的成分的中线（即中间值)给出精确的原料配 料单：回炉料10%，废钢15%，高碳铬铁0. 8%，合金钥铁0. 6%，10#生铁73. 6% ;其中的高碳铬 铁和合金钥铁中的成分含量符合国家钢铁冶炼行业的标准范围。
[0019] B.采用中频电炉对上述配料进行熔炼，设定出炉温度为1490-15KTC;电炉中物料 的加料顺序为：生铁一回炉料一废钢一高碳铬铁和合金钥铁，并设定该中频电炉的出炉温 度是 1490-15KTC。
[0020] C.炉料溶清后扒渣、用光谱仪检测原水（除渣后炉内剩余铁水）成分，检测结果不 合格的再按要求调整，向原水中添加含所需化学成分的原料；检测结果合格的加大中频电 炉功率，炉温升至1490-15KTC后，在铁水包中加入占需出铁水总量0. 2-0. 3%的脱硫剂后 出炉，以达到出炉过程铁水与脱硫剂充分混合，最大限度除去铁水中的有害物质硫，提高铁 水纯净度的目的。
[0021] D.对出炉后的铁水进行喂丝球化处理，即采用专用包芯线对炉料进行喂丝球化 处理，其喂丝量为1. 1%，喂丝速度27m/min。使用三角试片在经球化处理的铁水中取样， 检验球化率达到II级以上时扒渣。在铁水上面均匀撒入孕育剂后静置，待检测其温度在 1410-1420°C之间实施浇注，其金相组织图见图3。孕育剂为75SiFe，其加入量为铁水总量 的0. 1-0. 2%，其破碎粒度为6-10mm。一般，在铸件本体上(或者在铸件本体的侧面，或者在 铸件本体的底部）设置一个连体试棒，铁水浇注、铸件清理工作完成后，将连体试棒切下； E. 对铸件和连体试棒同时进行热处理，处理时升温速度为80-100°C /h，待温度加热到 860°C时保温3小时，然后再对其进行正火处理； F. 对热处理后的连体试棒进行机械性能检测，检测其抗拉强度及延伸率，并将试棒端 部修磨制样后检测基体组织，其抗拉强度> 540MPa，延伸率> 13%，球化率> 85% ; G. 试棒基体组织检测合格后批量生产。
【权利要求】
1. 一种高强韧纯铁素体基体球墨铸铁，其特征在于，该球墨铸铁的所含化学成分及各 成分所占比重为：c 3. 4-3. 7 份，SI 2. 3-2. 7 份，Μη 0· 3-0. 5 份，CrO. 4-0. 6 份，Μ〇0· 2-0. 4 份，S*(X 02份，Ρ*(λ 04份，Mg*(X 08份，Re*(X 04份，其余为铁和杂质。
2. -种高强韧性纯铁素体基体球墨铸铁的制造工艺，其特征在于，该球墨铸铁以纯铁 素体为基体，然后对其进行合金强化，再通过热处理消除其结晶过程产生内部应力；该球墨 铸铁的所含化学成分及各成分所占比重为：C 3. 4-3. 7份，SI 2. 3-2. 7份，Μη 0. 3-0. 5份， CrO. 4-0. 6 份，Μ〇0· 2-0. 4 份，S*0. 02 份，Ρ*0· 04 份，Mg*0. 08 份，Re*0. 04 份，其余为铁和 杂质；其制造工艺按照以下步骤进行： A. 根据给定的成分要求给出配料单：回炉料10%，废钢15%，高碳铬铁0.8%，合金钥铁 0· 6%，10# 生铁 73. 6% ; B. 采用中频电炉对上述配料进行熔炼，设定出炉温度为1490-15KTC ; C. 炉料溶清后扒渣、用光谱仪检测原水成分，检测结果不合格的再按要求调整；检测 结果合格的加大中频电炉功率，炉温升至1490-15KTC在铁水包中加入占需出铁水总量 0. 2-0. 3%的脱硫剂后出炉； D. 对出炉后的铁水进行喂丝球化处理，检验球化率达到II级以上时扒渣，在铁水上面 均匀撒入孕育剂后静置，待检测其温度在1410-1420°C之间实施浇注；连体试棒设置在铸 件本体上，浇注、清理工作完成后，将连体试棒切下； E. 对铸件和连体试棒同时进行热处理，处理时升温速度为80-100°C /h，待温度加热到 860°C时保温3小时，然后再对其进行正火处理； F. 对热处理后的连体试棒进行机械性能检测，检测其抗拉强度及延伸率，并将试棒端 部修磨制样后检测基体组织，其抗拉强度> 540MPa，延伸率> 13%，球化率> 85%; G. 试棒基体组织检测合格后批量生产。
3. 根据权利要求2所述的高强韧性纯铁素体基体球墨铸铁的制造工艺，其特征在于， 采用中频电炉进行熔炼时，电炉中物料的加料顺序为：生铁一回炉料一废钢一高碳铬铁和 合金钥铁。
4. 根据权利要求2所述的高强韧性纯铁素体基体球墨铸铁的制造工艺，其特征在于， 对炉料采用专用包芯线进行喂丝球化处理，其喂丝量为1. 1%，喂丝速度27m/min。
5. 根据权利要求2所述的高强韧性纯铁素体基体球墨铸铁的制造工艺，其特征在于， 所述的孕育剂为75SiFe，其加入量为铁水总量的0. 1-0. 2%，其破碎粒度为6-10mm。
【文档编号】C21C1/10GK104120335SQ201410402085
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】宫恩学, 王胜军 申请人:唐山大隆机械制造有限责任公司