球墨铸铁材料、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种球墨铸铁材料、其制备方法和应用。以重量百分比计，球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。本申请的球墨铸铁材料中不含有钛元素，因此避免了其所导致的反球化的问题。同时通过合理的设置合金添加种类和添加含量，尤其是严格控制锰、铜和钒的含量，获得的球墨铸铁化学组成简单，金相组织照片显示金相组织为珠光体+铁素体组织，其铸态抗拉强度≥640MPa，铸态断后伸长率≥9％，强度和韧性综合性能好，适用于制造轨道交通零部件。

Ductile Iron Material, Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
球墨铸铁材料、其制备方法和应用
本专利技术涉及铸铁材料领域，具体而言，涉及一种球墨铸铁材料、其制备方法和应用。
技术介绍
目前，常用的球墨铸铁标准牌号有：QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2等，其中QT600-3多被用于铸造轨道交通零部件；但是随着列车对运行更平稳、速度更快的要求的提高，对相关零部件的性能要求越来越高，传统的QT600-3已经不能满足使用要求，因此在保证材料强度的同时兼顾高的韧塑性，显得非常必要。现有技术中关于高强高韧球墨铸铁材料的研究也比较多，但是所得到的产品性能波动大、生产稳定性差。比如申请号201310212573.6为中国专利文献公开了一种钒钛球墨铸铁熔炼方法，浇铸后得到的钒钛球墨铸铁化学成分如下：C3.47％、Si2.8％、Mn0.25％、P0.061％、S0.036％、V0.118％、Ti0.03％、Re0.061％、Mg0.055％，球化级别达到2～3级，铸态组织为85％F+15％P，抗拉强度σb为480MPa，伸长率δ为14％。申请号201410222961.7为中国专利文献公开了一种钒钛铁素体球墨铸铁及其制备方法，按质量百分含量计，其包括以下化学成分，C：3.3～3.6％，Si：3.0～3.4％，V：0.12～0.18％，Ti：0.05～0.10％，RE：0.040～0.060％，Mg：0.040～0.060％，Mn：0.0％～0.4％，Cr：0.0％～0.08％，余量为Fe和其他微量元素及杂质。该钒钛铁素体球墨铸铁金相组织中石墨球化级别为1～3级，基体中铁素体含量≥70％，强度为550MPa～650MPa，延伸率12％～17％。上述文献所公开的球墨铸铁均为钒钛球墨铸铁，钛和钒通常以固熔在铁液中发挥作用，以增强球墨铸铁的抗拉强度。但是，钛对于球墨铸铁而言是一种反球化元素，对于钒钛球墨铸铁稳定生产增加了困难，因为在球状石墨的生长过程中，生成的石墨球有可能碰上固熔在铁液中的钛，即使是少量的钛，也会强烈干扰对石墨成球。通常球铁中含0.02％的微量钛，即会促使球状石墨向片状发展。因此目前若要保证石墨球的圆整度，对工艺的要求非常高，球墨铸铁中也需要添加其他合金成分来抑制反球化。但是如果不添加钛，就会影响球墨铸铁的抗拉强度。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种球墨铸铁材料、其制备方法和应用，以解决现有技术中的高断后伸长率和高抗拉强度的球墨铸铁制备复杂、成本高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种球墨铸铁材料，以重量百分比计，球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。进一步地，上述球墨铸铁材料中的锰和铜的质量百分和为0.75％～0.85％。进一步地，上述钒的重量百分含量为0.049％～0.050％。进一步地，上述碳的重量百分含量为3.61％～3.66％。进一步地，上述硅的重量百分含量为2.51％～2.58％。进一步地，上述磷和硫的质量百分含量之和≤0.035％。根据本专利技术的另一方面，提供了一种球墨铸铁材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，按照上述任一种的球墨铸铁材料的各元素的比例配制原料；步骤S2，将原料进行熔炼，得到熔炼铁水；步骤S3，在球化剂和孕育剂的作用下将熔炼铁水进行球化和孕育，得到孕育铁水；步骤S4，将孕育铁水进行浇注，得到球墨铸铁材料。进一步地，上述步骤S1包括：按照球墨铸铁材料的各元素的比例称取回炉料、生铁、合金、钒铁和废钢；向中频感应电炉中依次加入回炉料重量的10％～15％、生铁重量的45％～55％、钒铁、剩余的生铁、合金、废钢和剩余的回炉料，完成原料的配制；优选以重量百分比计，生铁中磷≤0.03％、S≤0.02％。进一步地，上述步骤S2包括：将原料在1510℃～1550℃下熔化并保温2～5分钟进行熔炼，得到熔炼铁水。进一步地，上述步骤S3的球化包括：向包坑内加入球化剂并捣实，球化剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％；将化学覆盖剂放置在球化剂上并捣实，化学覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的0.2％～0.4％；将物理覆盖剂置于化学覆盖剂上并捣实，物理覆盖剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，待用；以及将熔炼铁水降至1480℃～1500℃后，向包坑内倾出1480℃～1500℃的熔炼铁水，以进行球化得到球化铁水，优选步骤S3的孕育包括：向球化铁水中冲入孕育剂，孕育剂的加入量为熔炼铁水重量0.2％～0.4％，进行孕育；对孕育完成的铁水进行扒渣，得到孕育铁水，优选孕育剂选用硅钙钡或者硅铁。进一步地，上述将孕育铁水降温至1340℃～1390℃后进行浇注，且在浇注过程中随流加入随流孕育剂，随流孕育剂的加入量为熔炼铁水重量的1.0％～1.5％，得到球墨铸铁材料，优选随流孕育剂选用硅钙钡或者硅铁。根据本专利技术的又一方面，提供了一种球墨铸铁材料，采用上述任一种的制备方法制备而成。根据本专利技术的再一方面，提供了一种铁路货车的零部件，该零部件采用球墨铸铁材料制备而成，该球墨铸铁材料为上述的球墨铸铁材料。根据本专利技术的再一方面，提供了一种铁路货车，包括零部件，该零部件为上述的零部件。应用本专利技术的技术方案，本申请的球墨铸铁材料中不含有钛元素，因此避免了其所导致的反球化的问题。同时通过合理的设置合金添加种类和添加含量，尤其是严格控制锰、铜和钒的含量，获得的球墨铸铁化学组成简单，金相组织照片显示，本专利技术制得的球墨铸铁的金相组织为珠光体+铁素体组织，其铸态抗拉强度≥640MPa，铸态断后伸长率≥9％，强度和韧性综合性能好，适用于制造轨道交通零部件，也可用于制造其他同等机械性能要求的零部件。以下对各元素的作用以及相互之间的协同作用进行分析。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了实施例1的球墨铸铁的金相组织放大100倍时的金相图；以及图2示出了实施例1的球墨铸铁的金相组织腐蚀状态下放大100倍时的金相图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如本申请
技术介绍
所分析的，球墨铸铁中钛的存在虽然可以提高球墨铸铁的抗拉强度，但是同时也会导致反球化，导致现有技术中的球化和高抗拉强度存在矛盾，为了解决该问题，本申请提供了一种球墨铸铁材料及其制备方法。在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种球墨铸铁材料，以重量百分比计，球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。本申请的球墨铸铁材料中不含有钛元素，因此避免了其所导致的反球化的问题。同时通过合理的设置合金添加种类和添加含量，尤其是严格控制锰、铜和钒的含量，获得的球墨铸铁化学组成简单，金相组织照片显示，本专利技术制得的球墨铸铁的金相组织为珠光体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球墨铸铁材料，其特征在于，以重量百分比计，所述球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁材料，其特征在于，以重量百分比计，所述球墨铸铁材料包括：碳3.40％～3.70％、硅2.40％～2.70％、锰0.30％～0.50％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、铜0.30％～0.50％、钒0.04％～0.06％、余量为铁及其他不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的球墨铸铁材料，其特征在于，所述球墨铸铁材料中的所述锰和所述铜的质量百分和为0.75％～0.85％。3.根据权利要求1所述的球墨铸铁材料，其特征在于，所述钒的重量百分含量为0.049％～0.050％。4.根据权利要求1所述的球墨铸铁材料，其特征在于，所述碳的重量百分含量为3.61％～3.66％。5.根据权利要求1所述的球墨铸铁材料，其特征在于，所述硅的重量百分含量为2.51％～2.58％。6.根据权利要求1所述的球墨铸铁材料，其特征在于，所述磷和所述硫的质量百分含量之和≤0.035％。7.一种球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤S1，按照权利要求1至6中任一项所述的球墨铸铁材料的各元素的比例配制原料；步骤S2，将所述原料进行熔炼，得到熔炼铁水；步骤S3，在球化剂和孕育剂的作用下将所述熔炼铁水进行球化和孕育，得到孕育铁水；步骤S4，将所述孕育铁水进行浇注，得到所述球墨铸铁材料。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：按照所述球墨铸铁材料的各元素的比例称取回炉料、生铁、合金、钒铁和废钢；向中频感应电炉中依次加入回炉料重量的10％～15％、生铁重量的45％～55％、钒铁、剩余的所述生铁、合金、废钢和剩余的所述回炉料，完成所述原料的配制；优选以重量百分比计，所述生铁中磷≤0.03％、S≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良，查明晖，毛恒杰，李娄明，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32