一种高强度高韧性铸态QT700-10及其生产方法技术

本发明专利技术属于铸造技术和新材料领域，尤其涉及一种高强度高韧性铸态QT700‑10及其生产方法，与现有技术生产的球铁相比具有较高的强度和伸长率，不需要热处理，生产中不加入Ni、Mo等贵金属，铸态下抗拉强度Rm≥700MPa、延伸率A≥10％，与标准牌号QT450‑10相比，相同延伸率下最低抗拉强度提高了55％；与标准牌号QT700‑2相比，相同抗拉强度下最低延伸率提高了4倍。可满足对安全性及综合力学性能有较高要求的汽车球铁件的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性铸态QT700-10及其生产方法
本专利技术属于铸造技术和新材料领域，尤其涉及一种高强度高韧性的铸态QT700-10及其生产方法。
技术介绍
球墨铸铁特别是高强度高韧性球墨铸铁在工程机械、汽车零件领域中的应用越来越广泛，很多铸钢件产品逐渐由高强韧球墨铸铁所替代。对于一些汽车安全件如桥壳、转向节、行星轮壳、差壳、轮毂、法兰轴等，是主要的承载受力件，要求零件具有较高的强度，同时具有较好的延伸性。目前国家标准GB/T1348-2009对球墨铸铁材质规定了15种牌号，其中常用的有QT450-10、QT600-3、QT700-2等牌号，前者伸长率较高但抗拉强度较低，后者抗拉强度较高但伸长率较低，因此非常需求一种既具有较高的抗拉强度又具有较高的伸长率的新材料。目前一些高强度高韧性的球墨铸铁材料，其力学性能大多是通过热处理以后获得的。如《高强度高韧性QT900-5新材料及在大功率高速增压柴油机曲轴上的应用开发》一文介绍了QT900-5的力学性能最后是通过等温正火而获得的。这样不仅工艺复杂，而且成本较高。
技术实现思路
本专利技术针对上述的问题，提出了一种高强度高韧性铸态QT700-10及其生产方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为，本专利技术提供一种高强度高韧性铸态QT700-10，其特征在于，所述球墨铸铁不含Ni、Mo贵金属，所述球墨铸铁的化学成分的质量百分比为：C3.6％～3.8％，Si2.1％～2.7％，P≤0.04％，且碳当量CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，Mn0.2％～0.4％，Cu0.3％～0.5％，Cr≤0.05％，Sn0.013％～0.02％，且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.56％～2.0％，S0.006％～0.015％，Mg0.025％～0.05％，RE≤0.02％，余量为Fe。作为优选，所述球墨铸铁原材料为熔炼用生铁、废钢和回炉铁；所述生铁采用高纯生铁，化学成分的质量百分比C≥3.3％，Si0.4％～0.7％，Mn0.05％～0.15％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ti≤0.02％；所述废钢采用无锈中、低碳钢，化学成分的质量百分比C≤0.5％，Si≤0.4％，Mn≤0.5％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr≤0.1％，Cu≤0.3％，Ni≤0.1％；所述回炉铁采用与本材质相同的材料。专利技术人还提出一种高强度高韧性铸态QT700-10的生产方法，其特征在于包括以下步骤：(1)电炉熔炼，将电炉内熔炼温度调至1530℃～1550℃之间，加入增碳剂，将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为：C3.8％～4.0％，Si1.1％～1.7％，P≤0.04％，且CE＝C+1/3(Si+P)＝4.17％～4.47％；Mn0.2％～0.4％，Cu0.3％～0.5％，Cr≤0.05％，Sn≤0.013％；且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.56％～2.0％，S≤0.02％，高温静置8～10分钟，扒清渣得到纯净铁液；(2)球化孕育，对上述成分的铁液进行盖包法的球化处理，将球化处理温度调至1510℃±10℃，依次加入球化剂、孕育剂和小钢片，逐层加料、扒平、捣实，球化剂加入量为铁液重量的1.2％～1.5％，孕育剂加入量为铁液重量的0.3％～0.5％，小钢片加入量为铁液重量的1.2％～1.3％，最终加入锡片，加入量为满足最终目标值w(Sn)％±0.0005％，球化完成后扒渣干净；(3)二次孕育，采用Si-Ba孕育剂进行倒包孕育，加入量为铁液重量的0.1％～0.3％；(4)浇注，经过球化孕育和二次孕育的铁液，在1360℃～1420℃温度条件下浇注带黏土湿型砂铸型中，在浇注过程中进行第三次孕育即随流瞬时孕育，加入量为浇注铁液量的0.1％～0.15％，浇注后的铁液在铸型中凝固成形，随铸型冷却至600℃以下落砂。作为优选，所述盖包法的球化处理所使用的堤坝式球化包，其堤坝高度高于加料高度30-50mm，包盖与包体顶部由密封耐火材料密实，深度为内径的1.5～2倍，使用前预热至800℃以上；球化剂、孕育剂、小钢片使用前烘干。作为优选，所述增碳剂为经高温石墨化处理的优质晶体增碳剂，化学成分为：C99.5％～99.8％，S0.015％～0.05％，N0.001％～0.003％；吸收率≥95％；粒度0.5～5mm。作为优选，所述球化剂采用Mg6RE0.5，化学成分为：Mg5.5％～6.5％，RE0.5％～＜1.0％(Ce/RE≥46％),Ca1.5％～3.0％，Si35％～45％，Mn≤1.0％，Ti≤0.5％，MgO≤0.65％，Al≤0.5％,余量为Fe；粒度5～30mm。作为优选，所述球化孕育的孕育剂采用Si-Ba合金孕育剂，化学成分为：Si65％～70％，Ba4％～6％，粒度1.5～3mm，所述二次孕育的孕育剂成分与所述球化孕育的孕育剂成分相同，粒度为1～2mm。作为优选，所述第三次孕育的孕育剂采用Si-Bi合金孕育剂；化学成分为：Si68％～75％，Bi0.8％～1.2％,Ca＜2.0％，RE＜1.2％,Al＜1.5％；粒度0.2～0.7mm。作为优选，所述小钢片为无锈低碳钢。作为优选，所述生产方法为节拍生产，落砂温度一致，保证从球化完成到浇注结束时间不超过8分钟，球化反应时间2分钟左右，从出铁球化到整包铁液浇注结束节拍时间不超过10分钟。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于，1、提升了球化率及球状石墨的数量。第一，改进球化剂的覆盖。按球化剂+孕育剂+小钢片顺序加料，每层使用平头锤扒平、捣实，且覆盖层由铁屑改用小钢片，提高了熔点。这些措施延迟了球化反应时间，使球化反应保证在有一定铁液压头的情况下进行，减少了Mg的氧化烧损，Mg的吸收率达65％以上，且最终Mg残保持在0.03％～0.04％左右，充分发挥了Mg的球化作用。第二，降低了RE含量。稀土(RE)有抵消反球化元素对石墨球化不利影响的作用，同时稀土元素(主要是Ce)易促进石墨形成团状和团片状，RE含量过多影响石墨球的圆整度，所以要进一步提高球状石墨的数量，RE含量应尽量低些。为使团状石墨低于20％，球化剂中的RE含量选择在0.5％～1％之间。使用高纯生铁降低了硫含量及其它反球化微量元素含量，从而减少了球化剂加入量而且可以降低球化剂中RE含量。第三，为提高镁的吸收率，在电炉生产条件下确定球化剂的镁含量为6％左右。第四，为提高球化剂中有效镁的含量改善球化效果，根据相关试验资料规定球化剂中MgO的含量不超过其镁含量的1/10。综合以上因素，最终确定了球化剂成分。与球化剂厂家合作研制了新型球化剂Mg6RE0.5，其成分为w(Mg)5.5％～6.5％，w(RE)0.5％～＜1.0％,w(Ca)1.5％～3.0％，w(Si)35％～45％，w(Mn)≤1.0％，w(Ti)≤0.5％，w(MgO)≤0.65％，w(Al)≤0.5％。通过精细配料与严格操作，球化率提高到2级以上，且团状石墨低于20％。第五，球化处理后加集渣剂覆盖并多次扒渣，减少了“回硫”现象。第五，从球化处理完成到浇注完毕不超过8分钟。2、提高了铁液的纯净度。第一，使用干净的原料从源头上减少了夹杂，对炉料的化学成分、物理状态制定严格的控制标准。第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高韧性铸态QT700‑10，其特征在于，所述球墨铸铁不含Ni、Mo贵金属，所述球墨铸铁的化学成分的质量百分比为：C 3.6％～3.8％，Si 2.1％～2.7％，P≤0.04％，且碳当量CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，Mn 0.2％～0.4％，Cu0.3％～0.5％，Cr≤0.05％，Sn0.013％～0.02％，且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.56％～2.0％，S 0.006％～0.015％，Mg 0.025％～0.05％，RE≤0.02％，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性铸态QT700-10，其特征在于，所述球墨铸铁不含Ni、Mo贵金属，所述球墨铸铁的化学成分的质量百分比为：C3.6％～3.8％，Si2.1％～2.7％，P≤0.04％，且碳当量CE＝C+1/3(Si+P)＝4.3％～4.6％，Mn0.2％～0.4％，Cu0.3％～0.5％，Cr≤0.05％，Sn0.013％～0.02％，且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.56％～2.0％，S0.006％～0.015％，Mg0.025％～0.05％，RE≤0.02％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述一种高强度高韧性铸态QT700-10，其特征在于：所述球墨铸铁原材料为熔炼用生铁、废钢和回炉铁；所述生铁采用高纯生铁，化学成分的质量百分比C≥3.3％，Si0.4％～0.7％，Mn0.05％～0.15％，P≤0.03％，S≤0.02％，Ti≤0.02％；所述废钢采用无锈中、低碳钢，化学成分的质量百分比C≤0.5％，Si≤0.4％，Mn≤0.5％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr≤0.1％，Cu≤0.3％，Ni≤0.1％；所述回炉铁采用与本材质相同的材料。3.一种高强度高韧性铸态QT700-10的生产方法，其特征在于包括以下步骤：(1)电炉熔炼，将电炉内熔炼温度调至1530℃～1550℃之间，加入增碳剂，将炉内原铁液化学成分质量百分比调整为：C3.8％～4.0％，Si1.1％～1.7％，P≤0.04％，且CE＝C+1/3(Si+P)＝4.17％～4.47％；Mn0.2％～0.4％，Cu0.3％～0.5％，Cr≤0.05％，Sn≤0.013％；且AF＝Mn+2.4Cu+3.2Cr+20Sn＝1.56％～2.0％，S≤0.02％，高温静置8～10分钟，扒清渣得到纯净铁液；(2)球化孕育，对上述成分的铁液进行盖包法球化处理，将球化处理温度调整至1510℃±10℃，依次加入球化剂、孕育剂和小钢片，逐层加料、扒平、捣实，球化剂加入量为铁液重量的1.2％～1.5％，孕育剂加入量为铁液重量的0.3％～0.5％，小钢片加入量为铁液重量的1.2％～1.3％，最终加入锡片，加入量为满足最终目标值w(Sn)％±0.0005％，球化完成后扒渣干净；(3)二次孕育，采用Si-Ba孕育剂进行倒包孕育，加入量为铁液重量的0.1％～0.3％；(4)浇注，经过球化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔庆柱，陈淦，刘清良，许文青，吕海峰，
申请(专利权)人：山东汇金股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37