一种大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部石墨形态的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铸铁技术领域，具体涉及保证大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部 石墨形态和性能的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 目前国家标准《GBT 1348-2009球墨铸铁件》中对于以附铸试块检测性能的 QT500,分别有QT500-7A和QT500-10A两个牌号，前者为铁素体-珠光体混合基球墨铸铁， 后者为一种新型球墨铸铁：娃固溶强化铁素体球墨铸铁。两种材料的性能指标如表1所不， 在强度达到500Mpa的条件下，延伸率最大为10%。
[0003] 表 1 GBT 1348-2009 中 QT500-7A 和 QT500-10A 的性能指标
[0004]
[0005] 2012年3月，德国和欧洲的球墨铸铁标准DIN EN1563在修改时，将固溶强化铁素 体球墨铸铁作为区别于普通铁素体-珠光体球墨铸铁的一类球墨铸铁，增加了三个牌号： EN-GJS-450-18, EN-GJS-500-14, EN-GJS-600-10。自此国内对固溶强化铁素体球墨铸铁的 研究明显增多，但至今相关国家标准中没有再增加此类球墨铸铁。
[0006] 娃固洛强化铁素体球墨铸铁，$父常规球墨铸铁件其娃含量明显尚出很多，罪娃的 固溶强化作用，在基体全部是铁素体组织的情况下，达到高的强度和高的延伸率。与普通 的铁素体-珠光体混合基体的球墨铸铁不同，其在保持较高的延伸率的条件下，抗拉强度 和屈服强度大大提升，并且其基体的组织和硬度均匀，材料的均匀性、加工性能都有明显优 势。
[0007] 对于大断面球墨铸铁，由于其冷却速度慢，石墨球长大的时间长，所以材料心部的 石墨形态难以控制，经常出现碎块状等畸形石墨，则心部材料的性能急剧恶化。硅含量提高 会明显促进大断面心部石墨的畸变，对于大断面硅固溶强化铁素体球铁，其超高的硅含量， 心部石墨形态的控制更加困难，所以心部石墨形态的控制是保证该材料组织和性能的关 键。
[0008] 现有技术中，对于小件（如壁厚小于60mm)，由于散热条件好、凝固速度快，石墨长 大的时间相对较短，石墨畸变的倾向就小，其心部材料的组织相对容易控制，性能较好。DIN EN1563-2012 中三个牌号：EN-GJS-450-18,EN-GJS-500-14,EN-GJS-600-10,对壁厚小于 60mm的铸件的性能有明确要求，但对于壁厚超过60mm的铸件，其组织和性能难以控制，标 准中均未作明确规定，要求生产厂家提供指导数据。
[0009] 中国发明专利201310731458.X，发明名称为"一种铸态铁素体基球墨铸铁 QT600-10的生产方法"，中国发明专利201410374923. 3,发明名称"高强度高韧性球墨铸铁 600-10及其生产工艺"，这两种方法生产的球墨铸铁，均未提到该大断面铸件心部石墨形态 及性能的保证方法。
[0010] 中国发明专利201310368533. 0,发明名称为"一种全铁素体球墨铸铁及其生产方 法"，该方法生产的球墨铸铁的壁厚未提及，未提及解决大断面铸件心部石墨形态及性能的 保证方法。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供一种大断面（壁厚大于60mm)高强度高韧性硅固溶强化铁 素体球墨铸铁件（EN-GJS-450-18, EN-GJS-500-14, EN-GJS-600-10)心部石墨形态的保证 方法，获得表面与心部材料组织、性能相近的优质铸件。
[0012] 本发明的技术方案是提供大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁件心部石墨形态的 保证方法。通过原材料选择，铁水成分控制，球化剂、覆盖剂及其处理工艺的优化，孕育剂及 其处理工艺的确定，微量合金元素加入量及加入方法的确定，使壁厚大于300mm的铸块心 部解剖及壁厚大于60_的大型铸件本体套料，在保证材料相关性能要求的前提下：其心部 材料不出现碎块状石墨，石墨球圆整，球化率多80%，基体组织中铁素体含量> 95%、珠光 体含量< 5%。
[0013] 本发明提供了一种大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部石墨形态的控制方法， 该控制方法也是一种大断面（壁厚大于60mm)高强度高韧性硅固溶强化铁素体球墨铸铁件 (EN-GJS-450-18, EN-GJS-500-14, EN-GJS-600-10)的制备工艺，且该制备工艺确保了大断 面铸铁件心部的石墨形态。
[0014] 该球墨铸铁件是以生铁为主要原材料，球墨铸铁材料的兀素组成：C: 3. 0~ 3. 7wt %，Si:2. 8 ~4. Owt %，Mn < 0. 3wt %，P < 0. 04wt %，S:0. 01 ~0. 03wt %，Sb : 0. 001~0. 006wt%，Mg:0. 03~0. 06wt%，Re < 0.0 Olwt%其余为Fe和制备过程中带入的 杂质；
[0015] 其中型号EN-GJS-450-18球墨铸铁材料的元素组成：C:3. 4~3. 7wt%，Si:2. 8~ 3. 3wt %，Mn 彡 0? 3wt %，P 彡 0? 04wt %，S:0. 01 ~0? 03wt %，Sb :0? 001 ~0? 006wt %， Mg:0. 03~0. 06wt%，Re < 0.0 Olwt%其余为Fe和制备过程中带入的杂质；
[0016] 其中型号EN-GJS-500-14球墨铸铁材料的元素组成：C:3. 2~3. 5wt%，Si:2. 9~ 3. 5wt %，Mn 彡 0? 3wt %，P 彡 0? 04wt %，S:0. 01 ~0? 03wt %，Sb :0? 001 ~0? 006wt %， Mg:0. 03~0. 06wt%，Re < 0.0 Olwt%其余为Fe和制备过程中带入的杂质；
[0017] 其中型号EN-GJS-600-10球墨铸铁材料的元素组成：C:3. 0~3. 4wt%，Si:3. 1~ 4. Owt%，，Mn 彡 0? 3wt%，P 彡 0? 04wt%，S:0. 01 ~0? 03wt%，Sb :0? 001 ~0? 006wt %， Mg:0. 03~0. 06wt%，Re < 0.0 Olwt%其余为Fe和制备过程中带入的杂质；
[0018] 所述的大断面硅固溶强化铁素体球墨铸铁心部石墨形态的控制方法包括以下步 骤：
[0019] A)材料选择：生铁：40_60wt%，废钢：10_30wt%，回炉料：20_40wt%，生铁选择高 纯生铁（Mn彡0? 15wt%，P彡0.035wt%，S:彡0.03wt%，有害合金元素总和彡0.08wt%)， 废钢选择低碳钢（C < 0? 03wt %，Mn < 0? 15wt %，P < 0? 03wt %，S: 03wt % );球化剂 选择无稀土镁娃铁合金球化剂，覆盖剂选择一种低娃高铁含Ba娃铁覆盖剂（其成分配方： Si :30-40wt %，Ba : 1. 5-4. Owt %，其余为铁），孕育剂选择硅钙钡孕育剂和含稀土随流孕育 剂。
[0020] B)熔炼：生铁、废钢、回炉料一起熔化，控制铁水出炉温度为1420~1480°C
[0021] C)球化处理：在步骤B中得到的铁水中加入球化剂，选择无稀土镁硅铁合金球化 剂，其中球化剂的成分配方是：Mg 5-7wt%，Si 40-50wt%，Re彡0? Olwt%，其余为铁；球化 剂的加入量为步骤B所得铁水总量的1. 0~1. 5wt%;球化处理温度：1420~1480°C，在球 化剂上加入覆盖剂，覆盖剂的成分配方：Si30-40wt%，Ba 1. 5-4. Owt%，其余为铁，覆盖剂 的加入量为步骤B所得铁水总量的0. 3~0. 8wt % ;
[0022] D)孕育：孕育包括一次孕育和随流孕育，一次孕育时加入孕育剂I，加入量为步 骤B所得铁水总量的0. 3-1. Owt %，球化反应开始时加入；随流孕育为在浇注时加入孕育剂 II，加入量为步骤B所得铁水总量的0. 1-0. 3 % ;
[0023] 孕育剂I为硅钙钡孕育剂，成分配方是：Si 70_80wt%，Ca 1. 5-2. 5wt%，Ba 8-12%，其余为铁；孕育剂II为含稀土随流孕育剂在浇注过程中加入的随流孕育剂，孕育剂 成分配方是：Si 65-75wt%，Ce 1. 0-1. 8wt%，Ca 0? 8-1. 5wt%，其余为铁；在浇注时随铁 水流加入。
[0024] E)微量合金元素的加入：微量合金元素为Sb，加入量为步骤B所得铁水总量的 0. 001~0. 006wt%。加入方法是通过与随流孕育剂混合均匀后，在浇注时随流加入，能明 显减少常见的大断面球墨铸铁中微量合金元素的偏析问题，获得