一种高强度球铁型材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度球铁型材，按重量百分比其组成为：C：3.0～3.3％，Si：2.2～3.0％，Mn：0.1～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，Sb：0.01～0.015％，Mg残≥0.05％，RE残：0.015～0.018％，其余为Fe，以上组成重量百分比之和为100％。本发明专利技术还公开了上述高强度球铁型材的制备方法。本发明专利技术高强度球墨铸铁型材的抗拉强度大于600MPa，硬度均匀、表面质量好，尺寸精度高，无夹砂、夹渣、气孔、缩孔等铸造缺陷，具有良好的切削加工性能。球墨铸铁型材心部石墨球数量比普通球铁型材提高了20％以上，石墨球直径大约为6～7级，没有明显的4～5级大直径石墨。

High strength ductile iron section and preparation method thereof

The invention discloses a high strength ductile iron bar, by weight percentage composition: C:3.0 ~ 3.3%, Si:2.2 ~ 3%, Mn:0.1 ~ 0.3%, P = 0.15%, S = 0.06%, Sb:0.01 = 0.05% ~ 0.015%, Mg residual, residual RE: 0.015 ~ 0.018%, the rest is Fe, more weight. And for the 100%. The invention also discloses the preparation method of the high strength ductile iron section bar. The tensile strength of the high strength ductile cast iron is more than 600MPa, uniform hardness, good surface quality, high precision, no sand, slag, porosity, shrinkage and other casting defects, with good cutting performance. The number of graphite balls in the core of ductile iron section is increased by more than 20% than that of the ordinary ductile iron section, and the diameter of the graphite ball is about 6~7, and there is no obvious 4~5 grade large diameter graphite.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度球铁型材及其制备方法
本专利技术属于铸铁材料铸造
，涉及一种高强度球铁型材，本专利技术还涉及上述球铁型材的制备方法。
技术介绍
球铁型材是采用水平连续铸造方式生产的高品质球墨铸铁毛坯材料，由于水平连续铸造球铁型材具有组织致密，产品质量好、综合力学性能优良、加工性能优异等优点，因此已经被广泛应用于机械、液压、冶金、纺织、印刷等诸多领域或行业。目前，直接采用水平连续铸造方法生产抗拉强度600MPa以上的球铁型材比较困难，一般采用的方法是通过ADI等温淬火来获得高性能球铁型材。尽管通过ADI处理可以获得1000MPa以上，甚至1500MPa的高拉伸性能球铁型材，但是热处理的窗口较窄，稳定控制起来非常困难，且成本较高。另外，通过ADI处理的球铁型材的硬度偏高，机械加工性能较差，这给后续加工也造成了一些难度。然而，随着机加工技术的快速发展，对球铁型材力学性能的要求也越来越高，并且为了控制生产成本，用户并不希望加入Cu、Ni、Mo或Cr等贵金属以及热处理来实现高性能，同时还希望材料的硬度不要太高，且能够进行后续的机械加工。这就要求铸铁型材在水平连续铸造生产过程中必须严格控制各个环节，以实现低成本高性能的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度球铁型材，解决了现有球铁型材力学性能低的问题。本专利技术的另一目的是提供上述高强度球铁型材的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种高强度球铁型材，按重量百分比其组成为：C：3.0～3.3％，Si：2.2～3.0％，Mn：0.1～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，Sb：0.01～0.015％，Mg残≥0.05％，RE残：0.015～0.018％，其余为Fe。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种高强度球铁型材的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，铁水熔炼：按照设定的重量百分比，扣除孕育剂所带入的硅量，称量原铁水所需的铸造球铁生铁、废钢、回炉料、75％硅铁及SiC，在感应炉中熔化为铁水，取原铁水进行炉前成分快速分析，调整原铁水中各元素的含量，其中C：3.0～3.3％，Si：1.1～1.8％，Mn：0.1％～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，其余为Fe，以上组成重量百分比之和为100％，出铁；步骤2，将步骤1得到的铁水采用堤坝式球铁铁水包进行球化处理和孕育；步骤3，将步骤2得到的铁水浇注入保温炉，并进行水平连续铸造，即得到高强度球铁型材。本专利技术特点还在于，步骤1中熔化加料顺序依次为：先放入一部分铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待该批生铁熔化后加入SiC，然后加入剩余的生铁、废钢和回炉料，并压在SiC上面。步骤1中SiC的用量为铁水重量的0.8～1.1％，粒度为3～10mm。熔化温度为1550～1580℃，出铁温度为1500～1550℃，浇注温度为1360～1420℃。步骤2中孕育为两次孕育，第一次孕育与球化处理同时进行，第二次孕育在球化处理完成，扒渣后进行，孕育剂置于铁水包中铁水的上表面，待随流浇入保温炉中。步骤2中球化处理具体为：将铁水浇入预烤焙过的铁水包中，将含Sb球化剂加入堤坝内，并将一次孕育所用的孕育剂覆盖在球化剂上，再采用低硫铁屑覆盖在球化剂上，捣实后铁屑覆盖层的厚度不小于2～3cm，出铁后迅速盖上铁水包盖子，待球化反应完毕，移除铁水包盖子，扒渣。一次孕育剂的粒度为3～5mm，一次孕育剂的用量为铁水总重量的0.3～0.4％；二次孕育剂的粒度为1～3mm，二次孕育剂的用量为铁水总重量的0.4～0.5％。步骤2中球化剂用量为1.1～1.6％，粒度为15～30mm；孕育剂的用量为铁水重量的0.7～0.9％。步骤3中水平连续铸造采用“拉～停～拉”加工方式，铸造过程中牵引电机的转速为800～1200rpm，拉拔时间为0.2～2.0s，停留时间为1～35s，结晶器长度为200～600mm，进水温度为室温，出水温度为50～70℃，型材结晶器出口温度控制在900～1050℃。本专利技术的有益效果是，本专利技术高强度球墨铸铁型材材料的抗拉强度大于550MPa，硬度均匀、表面质量好，尺寸精度高，无夹砂、夹渣、气孔、缩孔等铸造缺陷。球墨铸铁型材材料心部石墨球数量比普通球铁型材提高了20％以上，石墨球直径大约为6～7级，没有明显的4～5级大直径石墨；本专利技术的球铁型材硬度为HB200～260，球铁型材的切削加工性能良好，切削抗力小，可以高速精加工，加工表面光洁度相对波动小。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种高强度球铁型材，按重量百分比其组成为：C：3.0～3.3％，Si：2.2～3.0％，Mn：0.1～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，Sb：0.01～0.015％，Mg残≥0.05％，RE残：0.015～0.018％，其余为Fe，以上组成重量百分比之和为100％。上述高强度球铁型材的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，铁水熔炼：采用中频感应炉熔化铁水，按照设定的重量百分比成份，扣除孕育时长效硅铁孕育剂带入的硅量，计算称量原铁水所需低锰铸造球铁生铁、废钢、回炉料、75％硅铁及SiC等的量，进行铁水熔炼。熔化加料顺序依次为：先放入一部分低锰铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待这批生铁熔化后一次性加入粒度为3～10mm的SiC，其重量按每炉铁水重量的0.8～1.1％计算，然后再加入剩余的生铁、废钢和回炉料，并压在SiC上面，待炉内所有炉料完全熔化；在中频感应炉中加入的铁合金均按照10％的烧损量计算；待所有铁合金均熔化结束后取原铁水进行炉前成分快速分析，确定并补充75％硅铁或增碳剂，并根据需要生产的球铁型材的直径大小，调整原铁水中各元素的含量，其中C：3.0～3.3％，Si：1.1～1.8％，Mn：0.1～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，其余为Fe，准备出炉。熔化温度为1550～1580℃，出铁温度为1500～1550℃。步骤2，球化处理及一次孕育：选择堤坝式球铁铁水包进行球化处理，铁水包要求高/直径≥1.6。球化处理前先进行烫包处理，将铁水浇入预烤焙过的铁水包中，再将铁水倾倒回电炉中，反复进行三次。然后，将铁水总重量1.1～1.6％、粒度为15～30mm的含Sb球化剂加入堤坝内，并将一次孕育所用孕育剂覆盖在球化剂上，用量为铁水总量的0.3～0.4％的再采用低硫铁屑覆盖在球化剂上，捣实后铁屑覆盖层的厚度不小于2～3cm。其中，一次孕育剂的粒度为3～5mm。出铁后迅速用专用铁水包盖子盖上，以此确保Mg和RE的吸收率，以此间接控制Mg残≥0.05％，RE残为0.015～0.018％。待球化反应完毕，移除专用铁水包盖子，然后再扒渣，以备二次孕育和浇注。步骤3，二次孕育：按照每包铁水的重量，根据所需补充的Si量称量含Sr和Ba的长效硅铁孕育剂，一次和二次孕育剂的总量为铁水包中铁水总重的0.7～0.9％。球化处理的铁水经扒渣后，扣除一次孕育剂的量，剩余二次孕育剂的用量为铁水总量的0.4～0.5％，孕育剂的粒度为1～3mm，将其置于铁水包中铁水的上表面，待随流浇入保温炉中。步骤4，浇注：浇注前采用雾化柴油喷嘴将保温炉内炉壁烘烤30～40min至亮红色，在结晶器中插入引锭头，引锭头与引锭杆相连，并通过牵引机牵引拉拔。将处理好的铁水经保温炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度球铁型材，其特征在于，按重量百分比其组成为：C：3.0～3.3％，Si：2.2～3.0％，Mn：0.1～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，Sb：0.01～0.015％，Mg残≥0.05％，RE残：0.015～0.018％，其余为Fe，以上组成重量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度球铁型材，其特征在于，按重量百分比其组成为：C：3.0～3.3％，Si：2.2～3.0％，Mn：0.1～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，Sb：0.01～0.015％，Mg残≥0.05％，RE残：0.015～0.018％，其余为Fe，以上组成重量百分比之和为100％。2.一种高强度球铁型材的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，铁水熔炼：按照设定的重量百分比，扣除孕育剂所带入的硅量，称量原铁水所需的铸造球铁生铁、废钢、回炉料、75％硅铁及SiC，在感应炉中熔化为铁水，取原铁水进行炉前成分快速分析，调整原铁水中各元素的含量，其中C：3.0～3.3％，Si：1.1～1.8％，Mn：0.1％～0.3％，P≤0.15％，S≤0.06％，其余为Fe，以上组成重量百分比之和为100％，出铁；步骤2，将步骤1得到的铁水采用堤坝式球铁铁水包进行球化处理和孕育；步骤3，将步骤2得到的铁水浇注入保温炉，并进行水平连续铸造，即得到高强度球铁型材。3.根据权利要求2所述的一种高强度球铁型材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中熔化加料顺序依次为：先放入一部分铸造球铁生铁，以盖住炉底为宜，待该批生铁熔化后加入SiC，然后加入剩余的生铁、废钢和回炉料，并压在SiC上面。4.根据权利要求2所述的一种高强度球铁型材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中SiC的用量为铁水重量的0.8～1.1％，粒度为3～10mm。5.根据权利要求2所述的一种高强度球铁型材的制备方法，其特征在于，所述熔化温度为1550～1580℃，出...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，徐信锋，王弋丹，赵振，马萌，李倩，淡江雷，李翠芹，张忠明，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61