[发明专利]一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁生产领域，具体涉及一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁。

背景技术

随着球墨铸铁在石油钻井、汽车制造业和发动机等领域的广泛应用，对球墨铸铁强度和塑性的要求也越来越高，例如，在石油钻井方面，高速运动提高工作效率和增加功率，导致的摩擦成倍增加，产生的热量增加，对铸件的高温性能、强度和塑性提出了更高的要求，如石油钻井的十字头要求力学性能为抗拉强度≥689MPa，屈服强度≥483MPa，延伸率≥3.0％，并且要求精加工表面有足够的硬度，所以设计者们一般是采用高强度高塑性球墨铸铁材料。

无论在国内还是国外，一般采用常规球墨铸铁生产，在成分上进行调整后，通过正火或调质热处理达到该性能，经过粗加工后二次正火或调质热处理达到加工表面使用要求，但其生产周期长、成本高，铸件在粗加工过程中易出现硬度偏高引起的刀具磨损严重等问题；而采用铸态的生产方法，虽然部分生产单位也通过增加合金元素提高机械性能，但机械性能不稳定，易出现强度或塑性中的一个指标出现偏低不合格。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种铸态球墨铸铁的制备方法及其球墨铸铁，简化了常规生产方法中的正火或调质热处理的过程，不需要在进行高温正火或调质，且相比于常规铸态的生产方法，本申请所得球墨铸铁能同时达到高强度、高塑性水平。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种铸态球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)熔炼：在电炉中加入重量百分比为50—60％的生铁，25—40％的球铁回炉料，10—15％的废钢，电炉升温至1400—1500℃，将所述生铁、球铁回炉料、废钢的混合物熔炼成铁水；

(2)调节铁水成分含量：通过炉前分析，将步骤(1)所得铁水中化学成分的重量百分比调节至以下范围：C：3.70—3.90％，Si：1.50—1.70％，Mn：0.50—0.60％，S：0.020—0.030％，P：0—0.04％；

其中S元素重量百分比控制在0.020—0.030％范围内，能够有效解决S含量过高引起球化衰退的问题；通过控制铁水中各成分的含量，可以达到后续过程中球化剂加入量精确控制的目的；

(3)加入合金元素：向步骤(2)所得铁水中加入重量百分比为0.45—0.55％的Cu，0.50—0.60％的Ni，继续熔炼；

其中Cu能降低奥氏体转变温度，由于Cu元素能够扩大奥氏体转变区域，从而使C元素有充足的时间扩散，减小珠光体片间距，稳定珠光体，增加珠光体量；

其中Ni在铁液和固态球墨铸铁中均能无限溶解，使奥氏体转变稳定降低，Ni比Cu的作用强烈，加入少量的Ni就可使球墨铸铁中的铁素体受到抑制，使珠光体细化并增加珠光体数量，Ni可减少断面敏感性；

(4)球化和微量合金化：向加有重量百分比为0.06—0.08％的Sn和重量百分比为1.2—1.3％的球化剂的浇包中加入步骤(3)所得铁水，进行球化处理；

其中Sn会使石墨圆整度提高，使石墨球数增加，使基体组织中的珠光体数量明显增加，并能改善球墨铸铁的冲击塑性，并起微量合金化的作用；

以上三种合金元素互相的作用，使铸态球墨铸铁基体组织中的珠光体稳定控制，增加珠光体的数量，解决铸态下珠光体数量的难题，并且有强化铁素体的作用；

(5)孕育处理：在步骤(4)所得铁水中加入重量百分比为0.4—0.6％的孕育剂进行孕育处理；

(6)浇注：将步骤(5)所得铁水转至铸件型腔中进行浇注，浇注后自然冷却，即得铸态球墨铸铁。

优选的，所述步骤(1)中电炉升温至1480—1500℃。

优选的，所述步骤(4)的球化剂中含有重量百分比为35—45％的Si、5—10％的Mg、1—2％的RE；

更为优选的，所述步骤(4)的球化剂中含有重量百分比为40％的Si、8％的Mg、1.5％的RE；

优选的，所述步骤(4)的球化剂的加入量为1.3％。

优选的，所述步骤(5)的孕育剂为含重量百分比为70—80％的Si的高硅钙钡孕育剂。

更为优选的，所述步骤(5)的孕育剂为含重量百分比为72％的Si的高硅钙钡孕育剂。

优选的，所述步骤(2)中，S元素重量百分比大于0.030％时，要进行脱硫处理至S元素总重量百分比为0.020—0.030％。