一种球墨铸铁材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种球墨铸铁材料及其制备方法和应用，属于铸铁合金材料技术领域。本发明专利技术的球墨铸铁材料，以质量百分比计，各元素成分组成包括：C：3.4～3.8％，Si：2.3～2.7％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.03～0.06％，V：0.03～0.08％，Ce：0.03～0.06％，Mg：0.02～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术的球墨铸铁材料以铁素体基体为主以保证球墨铸铁材料韧性与安全性的基础上，通过微量添加Zr元素和合金元素V进行组织调控，提高了材料硬度和强度，达到增加球墨铸铁耐磨性、耐腐蚀性能和抗压能力的作用。耐腐蚀性能和抗压能力的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及铸铁合金材料
，更具体地，涉及一种球墨铸铁材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]球墨铸铁是以铁、碳、硅为主元素的合金材料，在该三种主元素的基础上补充一定种类、含量的合金元素，或结合以适当的热处理工艺，即可获得组织、性能宽泛可调，综合性能较为优异的铸铁材料，被广泛应用于生产、生活各领域。在城市给排水管网中，球墨铸铁阀门被广泛的应用，阀门的寿命和质量对保障城市给排水网管的正常运转起着至关重要的重用，是保障国民经济安全有序生产的关键控制部件，具有需求量大、质量要求高、应用范围广的特点。然而现有的球墨铸铁阀门在使用过程中往往存在强度、韧性、硬度匹配性不足，不能很好满足抗压、耐冲蚀的性能要求，同时为了减少给水管道水质污染，对阀门的耐蚀性提出了更高的要求。因此，对适用于球墨铸铁阀门的新材料和新的阀门制备工艺提出了迫切需求。
[0003]现有技术公开了一种耐热冲击耐腐蚀球墨铸铁及生产工艺，化学成分为:C:3.5～3.7％；Si:2.0～2.6％；Mn:0.5～0.8.％；P:≤0.08％；S:≤0.03％；
[0004]Al:2.8～3.2％；Mg：0.03～0.06；RE：0.02～0.05；其余为Fe。但是该球墨铸铁的抗拉强度σb只有400～500Mp，球墨铸铁材料的强度较低，且耐腐蚀性能不佳，无法满足球墨铸铁在阀门制备等领域的应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有阀门用球墨铸铁材料的强度、韧性、硬度匹配性不足，且耐腐蚀性能有待进一步提高的缺陷和不足，提供一种球墨铸铁材料，通过特定少量的Ce和Zr变质处理和适量的V添加对珠光体含量的调控，有效改善了球墨铸铁材料的强度、硬度和耐腐蚀性能。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种球墨铸铁材料的制备方法。
[0007]本专利技术的再一目的是提供一种球墨铸铁材料在制备给排水阀门铸件中的应本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种球墨铸铁材料，以质量百分比计，各元素成分组成包括：C：
[0009]3.4～3.8％，Si：2.3～2.7％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.03～0.06％，V：0.03～0.08％，Ce：0.03～0.06％，Mg：0.02～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。
[0010]本专利技术的球墨铸铁材料在化学成分上，通过复合添加少量的Ce和Zr变质处理，在提高钢液洁净度同时，所形成的化合物可作为石墨形核核心，增加石墨球数量，同时，Ce的加入可促进石墨球化，改善石墨球形态，Zr的加入可促进球墨铸铁表面钝化膜的形成，提高耐蚀性；V可促进珠光体组织的形成，通过添加适量的V用于调控珠光体比例，同时通过析出
强化、细晶强化综合作用，在一定程度上可提高球墨铸铁材料的强度和硬度，使其具有更好的综合力学性能，以适应球墨铸铁阀门的使用需求。
[0011]具体说明如下：
[0012]碳、硅：为适应球墨铸铁阀门材料需具备较好的韧性和伸长率以保证使用过程的安全性，同时为使其具有较好的耐蚀性，因此，该球墨铸铁材料的基体应以韧性和耐蚀性较好的铁素体为主。而球墨铸铁基体组织主要受到碳当量(CE＝C+0.33Si)的影响，碳当量低将不利于球墨铸铁石墨化组织转变和铁素体组织的生成；而碳当量过高则会出现石墨飘浮，石墨球形态不规整，弱化材料力学性能。C是石墨球形成的元素来源，适当提高碳含量有助于石墨球的形成数量，减小石墨球的尺寸，提高钢液流动性，减少铸造缺陷；Si可促进石墨球化，增强基体强度，促进铁素体组织生成，但过量的Si加入易于使其在石墨球附近偏析，使球墨铸铁脆性增大，合适的Si/C比的选择十分关键。阀门用球墨铸铁的设计往往遵循高碳、低硅的原则。因此，阀门用球墨铸铁选择在Si/C比为0.6～0.8，碳当量在4.2～4.7的范围时，有利于石墨化，减少铸件的铸造缺陷，同时增加了基体中铁素体含量，提高塑韧性，具有更好的综合力学性能。综合以上考虑，本专利技术控制C含量的范围为3.4～3.8％，Si含量的范围为2.3～2.7％。
[0013]锰:在球墨铸铁中加入一定量的Mn，能够细化石墨球，促进石墨化，强化基体组织，增加硬度与强度，但Mn的加入会降低球墨铸铁的韧性，同时，过量的Mn的加入，会使石墨球体积增大，数量减少，降低石墨球圆整度。Mn主要由废钢中带入，综合考虑，本专利技术控制Mn含量的范围为0.1～0.3％。
[0014]钒：在球墨铸铁中加入少量的V，即可实现强化组织、细化晶粒、提高硬度的目的，从而提高阀门用球墨铸铁抗压和抵抗磨损的能力，但是V能极大促进珠光体的生成，从而降低材料韧性与耐蚀性。综合考虑阀门用球墨铸铁的性能需求，本专利技术控制V含量的范围为0.03～0.08％。
[0015]锆:Zr是O、S、N的强亲和力元素，可净化铁液，少量加入即可生成高熔点的化合物，可作为石墨的形核核心，增加石墨数量，亦可钉扎晶界，起到细化组织的目的，同时，Zr的添加可促进球墨铸铁表面钝化膜的形成，对耐蚀性的提高有着积极的作用。综合考虑，本专利技术控制其含量范围为0.03～0.06％。
[0016]铈:铁液中稀土Ce的加入，可起到很好的脱硫、脱氧效果，净化铁质，改变钢中夹杂物的形态和分布，尤其是Ce、Zr对铁液的复合协同作用，所形成的化合物可作为石墨形核核心，增加石墨球数量，同时，Ce的加入可促进石墨球化，改善石墨球形度。综合考虑，本专利技术控制其含量范围为0.03～0.06％。
[0017]残余P、S对于球墨铸铁来说属于有害元素，易造成铸件开裂，应尽量降低铸件中二者的含量，本专利技术控制S≤0.04％，P≤0.04％。
[0018]优选地，根据GB/T 9441
‑
2021测定标准，所述球墨铸铁的球化级别2级，石墨大小分级为7级。石墨球形态规整，可强化材料力学性能，减小石墨球的尺寸，可提高钢液流动性，减少铸造缺陷。
[0019]优选地，根据GB/T 9441
‑
2021测定标准，所述球墨铸铁的珠光体含量为12.5％～15.7％。
[0020]根据GB/T 9441中规定，通过金相试样制备，经腐蚀后，金相显微镜分析软件可自
动识别珠光体含量，其含量最接近体积含量。
[0021]通过调控珠光体比例，同时结合析出强化、细晶强化综合作用，在一定程度上可提高球墨铸铁材料的强度和硬度，使其具有更好的综合力学性能。
[0022]本专利技术还具体保护一种球墨铸铁材料的制备方法，包括如下步骤：
[0023]S1.将原料熔炼、集渣、扒渣，控制各元素按重量百分比成分范围为：C：3.4～3.8％，Si：2.3～2.7％，Mg：0.02～0.05％，Mn：0.1～0.3％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质，得到熔炼铁液；
[0024]S2.将变质剂、球化剂、孕育剂由下至上依次平铺于反应池内，捣实后用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁材料，其特征在于，以质量百分比计，各元素成分组成包括：C：3.4～3.8％，Si：2.3～2.7％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.03～0.06％，V：0.03～0.08％，Ce：0.03～0.06％，Mg：0.02～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述球墨铸铁材料，其特征在于，根据GB/T 9441
‑
2021测定标准，所述球墨铸铁的球化级别2级，石墨大小7级。3.如权利要求1所述球墨铸铁材料，其特征在于，根据GB/T 9441
‑
2021测定标准，所述球墨铸铁的珠光体含量为12.5％～15.7％。4.一种权利要求1～3任意一项所述球墨铸铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将原料熔炼、集渣、扒渣，控制各元素按重量百分比成分范围为：C：3.4～3.8％，Si：2.3～2.7％，Mg：0.02～0.05％，Mn：0.1～0.3％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质，得到熔炼铁液；S2.将变质剂、球化剂、孕育剂由下至上依次平铺于反应池内，捣实后用3～5mm钢板压上，加热至500～550℃保温进行烘包，将S1熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟其亮，邓湘平，董文庆，古冠水，
申请(专利权)人：广东联塑阀门有限公司，
类型：发明
国别省市：