一种大断面铸态铁素体球墨铸铁及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于球墨铸铁技术领域，具体设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】
[0002] 目前国家标准《GBT1348-2009球墨铸铁件》中对于W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， 后者为娃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%。
[0003]表1 GBT 1348-2009中QT500-7A和QT500-10A的性能指标
[0004]
[0005] QT580-15A属于娃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。
[0006] 表2QT580-15A的性能指标
[0007]
[0009] 根据表1和表2可W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球墨铸铁为新型的娃固溶强化 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。
[0010] 2012年3月，德国和欧洲的球墨铸铁标准DINEN1563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 =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GBT1348只有QT500-10 -种材料，并且要求低于DIN EN1563。
[0011] 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，石墨崎变的倾向就小，其组织容易控制，材料性能好。DIN EN1563-2012 中S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 料靠娃固溶强化，娃含量高，大断面铸件经常出现碎块状石墨等崎形石墨，性能也急剧恶 化。
[001引申请号为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"高强度高初性球墨铸铁600-10及其生产工艺"，该两种方 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60mmW上大 断面铸件组织及性能的保证方法。
[0013] 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】
[0014] 本发明的目的在于提供一种大断面（壁厚大于60mm)高强度高初性铁素体球墨铸 铁QT580-15A及其制备方法，获得强度高、初性好，加工性能优良的球墨铸铁件，替代部分 现有的球墨铸铁，W减小壁厚、减轻重量。
[0015] 本发明的技术方案是提供大断面高强度高初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。
[0016] 本发明提供了一种大断面（壁厚大于60mm)高强度高初性铁素体球墨铸 铁QT580-15A，该球墨铸铁材料的元素组成；C: 3. 1~3. 5wt%，Si : 3. 0~4. Owt%， 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%其余为化和制备过程中带入的杂质。
[0017] 本发明还提供了上述大断面（壁厚大于60mm)高强度高初性铁素体球墨铸铁 QT580-15A的制备方法，包括W下步骤：
[0018] A)材料选择；生铁；40-60wt%，废钢；10-30wt%，回炉料；20-40wt%，生铁选择高 纯生铁（Mn《0. 15wt%，P《 0. 035wt%，S:《0. 03wt%，有害合金元素总和《0. 08wt%)， 废钢选择低碳钢（C《0. 03wt%，Mn《0. 15wt%，P《0. 03wt%，S:《0. 03wt% );球化 剂选择稀±儀合金球化剂，覆盖剂选择一种低娃高铁含Ba娃铁覆盖剂（其成分配方；Si; 30-40wt%，Ba; 1. 5-4.Owt%，其余为铁），孕育剂选择娃巧领孕育剂和含Bi随流孕育剂。
[0019] B)烙炼；生铁、废钢、回炉料一起烙化，控制铁水出炉温度为1420~1480°C;
[0020] C)球化处理；在步骤B中得到的铁水中加入球化剂，选择稀±儀合金球化剂，其中 球化剂的成分配方是；Mg5-7wt%，Si40-50wt%，Re0. 5-l.Owt%，其余为铁；球化剂的 加入量为步骤B所得铁水总量的1. 0~1. 5wt%;球化处理温度；1420~1480°C，在球化剂 上加入覆盖剂，覆盖剂的成分配方；Si30-40wt%，Ba1. 5-4.Owt%，其余为铁，覆盖剂的加 入量为步骤B所得铁水总量的0. 3~0. 8wt% ;
[0021] D)孕育；孕育包括一次孕育和随流孕育，一次孕育时加入孕育剂I，加入量为步 骤B所得铁水总量的0. 3-1.Owt%，球化反应开始时加入；随流孕育为在诱注时加入孕育剂 II，加入量为步骤B所得铁水总量的0. 1-0. 3wt% ;
[0022] 孕育剂I为娃巧领孕育剂，成分配方是；Si70-80wt%，Ca1. 5-2. 5wt%，Ba 8-12%，其余为铁；孕育剂II为含Bi随流孕育剂在诱注过程中加入的随流孕育剂，孕育剂 成分配方是；Si65-75wt%，Bi0. 5-2. 5wt%，其余为铁；在诱注时随铁水流加入。
[0023] 巧微量合金元素的加入；微量合金元素为訊，加入量为步骤B所得铁水总量的 0. 001~0. 006wt%。加入方法是通过与随流孕育剂混合均匀后，在诱注时随流加入，能明 显减少常见的大断面球墨铸铁中微量合金元素的偏析问题，获得良好的性能。
[0024] 巧造型；采用快喃树脂砂工艺铸造，并保证充足的吃砂量和型砂强度；
[0025] G)诱注；控制诱注温度在1330~1380°C，保证诱注速度平稳；
[0026] H)冷却；确保铸件在型内缓慢冷却，开箱温度控制在《400°C，开箱后空冷，得到 大断面（壁厚大于60mm)高强度高初性铁素体球墨铸铁。
[0027] 其中回炉料是指铁素体球墨铸铁回炉料。
[002引其中步骤F中所述的树脂砂工艺的具体步骤为；（1)将娃砂与快喃树脂、固化剂按 照一定比例混合均匀。（2)将混好的砂放至套在模具上的砂箱或巧盒中，紧实好后等待快喃 树脂砂自动硬化。（3)将硬化后的快喃树脂砂型起出来，进行装配合箱，等待诱注。
[0029] 本发明具有W下有益效果：
[0030] 通过对本发明方法制备得到的产品测试，壁厚大于300mm的铸块和壁厚大于80mm 的风电铸件上70mm厚附铸试块的抗拉强度> 540MPa，屈服强度> 430MPa，延伸率16% ;单 铸试块的抗拉强度> 580MPa，屈服强度> 450MPa，延伸率18%。并且材料的组织为纯铁素 体基体组织。该材料针对国外客户的特殊要求进行开发，在国内无相关研究和报道。
[0031] 发明是一种大断面铸态固溶强化铁素体球墨铸铁，与一般大断面铁素体球墨铸铁 不同之处在于，球墨铸铁经过固溶强化，强度高出很多，但延伸率相损失不是很多，一般球 墨铸铁在强度到580后，延伸率基本在3%。
【附图说明】
[00对 图1阶梯铸块结构图；S个阶梯分别是；300mmX300mmX300mm、 200mmX200mmX200mm、150mmX150mmX150mm，3个阶梯在一个水平面上，且该平面中屯、在 一条直线上。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合本发明的实施例对本发明的实施作详细说明，W下实施例是在W本发明 技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
[0034]实施例 1 ;300mmXSOOmmX300mm+200mmX200mmX200mm+150mmX150mmX150mm 的阶梯铸块的制备，该阶梯铸块的结构、尺寸见图1。
[0035]按照该发明的方法，球墨铸铁材料的元素组成；C: 3. 1~3. 5wt%，Si: 3. 0~ 4.Owt%，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%，剩余的是铁和制备过程中产生的杂质。
[0036] 上述配方的球墨铸铁材料（生铁；40-60wt%，废钢；10-30wt%，回炉料； 20-40wt% )，首先烙炼，控制铁水出炉温度为1430~1460°C。进行球化处理，球化剂的配 方是Mg5-7wt%，Si40-50wt%，Re0. 5-l.Owt%其余为铁，球化剂的加入量为总铁水量的 1. 0~1. 2wt%，在球化剂上加入覆盖剂，覆盖剂为一种低娃高铁含Ba娃铁覆盖剂，加入量 为总铁水量的0. 3~0. 8wt%。
[0037]球化反应开始后加入娃巧领孕育剂，成分配方是；Si70-80wt%，Ca 1. 5-2. 5wt%，Ba8-12wt%，其余为铁，加入量为0. 3-0. 8wt% ;球化处理后，在1330°C至 1380°C之间将所述铁液诱铸到铸型中，并在诱注过程中加入混合均匀的随流孕育剂和微量 合金化元素訊，訊加入量为总铁水量的0. 001~0. 006wt%，孕育剂加入量为总铁水量的 0. 10-0. 15wt%，成分配方是；Si65-75wt%，Bi0. 5-2. 5wt%，其余为铁。
[003引诱注结束后在砂型中缓慢冷却到300-400°C从铸型中清出。
[0039] 生产表明，采用本实施例方法制备得到的阶梯铸块，其单铸试块和70mm厚附铸试 块的性能分别如下；抗拉强度585MPa、550MPa，屈服强度457MPa、448MPa，延伸率18. 9%、 18% ;GB/T228金属材料室温拉伸试验方法，材料的组织为纯铁素体基体组织。
[0040] 实施例2;W 400mmX 400mmX 400mm的方形铸块作的制备