[发明专利]一种大断面铸态铁素体球墨铸铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于球墨铸铁技术领域，具体涉及球墨铸铁材料的控制和铸造生产，尤其是一种大断面铸态铁素体球墨铸铁QT580-15A及其制备方法。

背景技术

目前国家标准《GBT 1348-2009球墨铸铁件》中对于以附铸试块检测性能的QT500，分别有QT500-7A和QT500-10A两个牌号，前者为铁素体-珠光体混合基球墨铸铁，后者为硅固溶强化铁素体球墨铸铁，是一种新型球墨铸铁,两种材料的性能指标见表1。如表1所示，在强度达到500Mpa的条件下，延伸率最大为10％。

表1 GBT 1348-2009中QT500-7A和QT500-10A的性能指标

QT580-15A属于硅固溶强化铁素体球墨铸铁，QT指球墨铸铁；580表示抗拉强度值；15表示延伸率值。具体性能指标见表2。

表2 QT580-15A的性能指标

根据表1和表2可以看出，该QT580-15A球墨铸铁与QT500-7A，QT500-10A相比，其抗拉强度、屈服强度和延伸率都有大幅度提高。QT580-15A球墨铸铁为新型的硅固溶强化铁素体球墨铸铁，其基体组织为纯铁素体，因组织单一硬度均匀，较铁素体-珠光体混合基体，加工性能更优良。

2012年3月，德国和欧洲的球墨铸铁标准DIN EN1563在修改时，将固溶强化铁素体球墨铸铁作为区别于普通铁素体-珠光体球墨铸铁的一类球墨铸铁，增加了三个牌号：EN-GJS-450-18，EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10。自此国内对固溶强化铁素体球墨铸铁的研究明显增多，但至今相关国家标准GBT 1348只有QT500-10一种材料，并且要求低于DIN EN 1563。

现有技术中，对于小件(如壁厚小于60mm)，由于散热条件好、凝固速度快，石墨长大的时间相对较短，石墨畸变的倾向就小，其组织容易控制，材料性能好。DIN EN1563-2012中三个牌号：EN-GJS-450-18，EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10，对壁厚小于60mm的铸件的性能有明确要求，但对于由于大断面铸件，其冷却速度慢，石墨球长大的时间长，并且该材料靠硅固溶强化，硅含量高，大断面铸件经常出现碎块状石墨等畸形石墨，性能也急剧恶化。

申请号为CN201310731458.X，公开号为CN103710612A的中国发明专利申请“一种铸态铁素体基球墨铸铁QT600-10的生产方法”，申请号为CN201410374923.3，公开号为CN104120332A的中国专利申请“高强度高韧性球墨铸铁600-10及其生产工艺”，这两种方法生产的球墨铸铁，强度比本发明略高，但延伸率下降较多，并且未提到壁厚60mm以上大断面铸件组织及性能的保证方法。

申请号为CN201310368533.0，公开号为CN104419862A的中国专利申请“一种全铁素体球墨铸铁及其生产方法”，该方法生产的球墨铸铁的壁厚未提及，但壁厚对该材料的影响很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大断面(壁厚大于60mm)高强度高韧性铁素体球墨铸铁QT580-15A及其制备方法，获得强度高、韧性好，加工性能优良的球墨铸铁件，替代部分现有的球墨铸铁，以减小壁厚、减轻重量。

本发明的技术方案是提供大断面高强度高韧性铁素体球墨铸铁材料的制备方法。通过原材料选择，铁水成分控制，球化剂、覆盖剂的选择和工艺优化，孕育剂的选择和工艺的确定，微量合金元素加入量及加入方法的控制，使壁厚大于60mm铸件的单铸试块和70mm厚附铸试块的性能均达到要求(单铸：抗拉强度≥580MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥15％；附铸：抗拉强度≥530MPa，屈服强度≥400MPa，延伸率≥12.5％)，材料的组织为纯铁素体基体组织。

本发明提供了一种大断面(壁厚大于60mm)高强度高韧性铁素体球墨铸铁QT580-15A，该球墨铸铁材料的元素组成：C:3.1～3.5wt％，Si:3.0～4.0wt％，Mn≤0.3wt％，P≤0.04wt％，S:0.01～0.03wt％，Sb：0.001～0.006wt％，Mg:0.03～0.05wt％，Re：0.01-0.03wt％其余为Fe和制备过程中带入的杂质。

本发明还提供了上述大断面(壁厚大于60mm)高强度高韧性铁素体球墨铸铁QT580-15A的制备方法，包括以下步骤：