一种大断面铸态铁素体球墨铸铁及其制备方法技术

本发明专利技术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。通过原材料选择，铁水成分控制，球化剂、覆盖剂及工艺的优化，孕育剂及工艺的确定，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％)。

【技术实现步骤摘要】
一种大断面铸态铁素体球墨铸铁及其制备方法
本专利技术属于球墨铸铁
，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。
技术介绍
目前国家标准《GBT1348-2009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1GBT1348-2009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2QT580-15A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GBT1348只有QT500-10一种材料，并且要求低于DINEN1563。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。DINEN1563-2012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的中国专利技术专利申请“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，强度比本专利技术略高，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术提供了一种大断面(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。本专利技术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：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％)；球化剂选择稀土镁合金球化剂，覆盖剂选择一种低硅高铁含Ba硅铁覆盖剂(其成分配方：Si：30-40wt％，Ba：1.5-4.0wt％，其余为铁)，孕育剂选择硅钙钡孕育剂和含Bi随流孕育剂。B)熔炼：生铁、废钢、回炉料一起熔化，控制铁水出炉温度为1420～1480℃；C)球化处理：在步骤B中得到的铁水中加入球化剂，选择稀土镁合金球化剂，其中球化剂的成分配方是：Mg5-7wt％，Si40-50wt％，Re0.5-1.0wt％，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℃，在球化剂上加入覆盖剂，覆盖剂的成分配方：Si30-40wt％，Ba1.5-4.0wt％，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％；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0.3-1.0wt％，球化反应开始时加入；随流孕育为在浇注时加入孕育剂Ⅱ，加入量为步骤B所得铁水总量的0.1-0.3wt％；孕育剂Ⅰ为硅钙钡孕育剂，成分配方是：Si70-80wt％，Ca1.5-2.5wt％，Ba8-12％，其余为铁；孕育剂Ⅱ为含Bi随流孕育剂在浇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；在浇注时随铁水流加入。E)微量合金元素的加入：微量合金元素为Sb，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，在浇注时随流加入，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。F)造型：采用呋喃树脂砂工艺铸造，并保证充足的吃砂量和型砂强度；G)浇注：控制浇注温度在1330～1380℃，保证浇注速度平稳；H)冷却：确保铸件在型内缓慢冷却，开箱温度控制在≤400℃，开箱后空冷，得到大断面(壁厚大于60mm)高强度高韧性铁素体球墨铸铁。其中回炉料是指铁素体球墨铸铁回炉料。其中步骤F中所述的树脂砂工艺的具体步骤为：(1)将硅砂与呋喃树脂、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芯盒中，紧实好后等待呋喃树脂砂自动硬化。(3)将硬化后的呋喃树脂砂型起出来，进行装配合箱，等待浇注。本专利技术具有以下有益效果：通过对本专利技术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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大断面铁素体球墨铸铁，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。

【技术特征摘要】
1.一种大断面铁素体球墨铸铁，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；所述的铁素体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：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，废钢选择低碳钢；球化剂选择稀土镁合金球化剂，覆盖剂选择一种低硅高铁含Ba硅铁覆盖剂，孕育剂选择硅钙钡孕育剂和含Bi随流孕育剂；B)熔炼：生铁、废钢、回炉料一起熔化，控制铁水出炉温度为1420～1480℃；C)球化处理：在步骤B中得到的铁水中加入球化剂，选择稀土镁合金球化剂，其中球化剂的成分配方是：Mg5-7wt％，Si40-50wt％，Re0.5-1.0wt％，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℃，在球化剂上加入覆盖剂，覆盖剂的成分配方：Si30-40wt％，Ba1.5-4.0wt％，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％；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0.3-1.0wt％，球化反应开始时加入；随流孕育为在浇注时加入孕育剂Ⅱ，加入量为步骤B所得铁水总量的0.1-0.3％；孕育剂Ⅰ为硅钙钡孕育剂，成分配方是：Si70-80wt％，Ca1.5-2.5wt％，Ba8-12wt％，其余为铁；孕育剂Ⅱ为含Bi随流孕育剂，在浇注过程中随流加入，孕育剂成分配方是：Si65-75wt％，Bi0.5-2.5wt％，其余为铁；E)微量合金元素的加入：微量合金元素为Sb，加入量为步骤B所得铁水总量的0.001～0.006wt％，与随流孕育剂混合均匀后，在浇注时随流加入；F)造型：采用呋喃树脂砂工艺铸造，并保证充足的吃砂量和型砂强度；G)浇注：控制浇注温度在1330～1380℃，保证浇注速度平稳；H)冷却：确保铸件在型内缓慢冷却，开箱温度控制在≤400℃，开箱后空冷，得到铁素体球墨铸铁。2.权利要求1所述的铁素体球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：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，废钢选择低碳钢；球化剂选择稀土镁合金球化剂，覆盖剂选择一种低硅高铁含Ba硅铁覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星，王美喜，史学勇，闫兴义，陈柏林，
申请(专利权)人：江苏吉鑫风能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32