【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铸造合金，具体涉及一种离心球墨铸铁管用退火态高强韧球墨铸铁及其制备方法。
技术介绍
1、球墨铸铁管因强度高、塑性好、抗腐蚀性强且安装方便、操作灵活，已广泛应用于城市燃气、城市集中供热工程和给排水管道中。随着中国城镇化建设的不断推进，国家城市地下管网建设、新老城区改造建设等对球墨铸铁管的刚性需求仍然很大。近几十年钢铁生产技术得到迅猛发展，环境问题日益突出，节能降耗等环境理念得到重视。球墨铸管近几十年从成分到生产工艺没有变化，随着供水管网的复杂化、大型化，输水管材的安全运行问题被广泛关注，因此对输水管道的性能提出了更高的要求。球墨铸铁管轻量化、高性能是未来必然发展方向。
2、合金化法是获得高性能球墨铸铁的主要方法之一，通过向铁液中添加合适的合金元素改变铸铁的组织结构由此改变材料的力学性能。钒因为具有沉淀强化和明显的晶粒细化作用能显著提升材料性能，是一种被应用于高强度低合金钢铁材料中的重要元素。铜是铸铁中常用的合金元素可以有效促进促进石墨化和珠光体的形成，稳定和细化珠光体，减小和消除游离渗碳体的形成，可有效提高铸铁的性能。应用微量钒和铜合金化实现铸管薄壁轻量化及生产节能降耗具有具有重要的社会和经济效益。
3、cn 115679188 a公开了一种高伸长率和抗拉强度的球墨铸铁及其制备方法，所述球墨铸铁件由以下质量百分比的元素成分组成：c：3.2-3.3％、si：2.15-2.2％、mn：0.2-0.25％、p＜0.025％、s＜0.012％、cu：0.55-0.65％、mo：0.2-0.25％、ni
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种离心球墨铸铁管用退火态高强韧球墨铸铁及其制备方法，进一步提高现有离心球墨铸铁管的力学性能，为实现离心球墨铸铁管薄壁轻量化提供研究思路。
2、为实现上述目的，本专利技术提出了如下技术方案：
3、一种离心球墨铸铁管用退火态高强韧球墨铸铁，包括以下质量百分含量的组分：c：3.0～4.5％，si：1.0～4.0％，mn：0.1～0.4％，p≤0.08％，s≤0.02％，cu：0.01～0.4％，v：0.01～0.4％，mg：0.02～0.1％，re：0.01～0.1％，n：0.005～0.015％，余量为fe以及不可避免的微量元素，所述v以钒氮合金的形式加入。
4、优选的，所述高强韧球墨铸铁的质量百分含量如下：c：3.3～3.8％，si：1.8～2.6％，mn≤0.3％，p≤0.06％，s≤0.015％，cu：0.1～0.3％，v：0.1～0.4％，mg：0.03～0.08％，re：0.02～0.06％，n：0.006～0.010％，余量为fe以及不可避免的微量元素。
5、本专利技术的另外一方面，公开了所述离心球墨铸铁管用退火态高强韧球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)原料熔炼：首先将生铁、废钢放置到中频炉中熔炼，待所有炉料熔化为液态，当铁液温度达到1470-1490℃后，向铁液中依次添加硅铁合金、锰铁合金、纯铜和钒氮合金，加入合金后使感应炉在1480～1520℃保温十分钟使合金充分合金化，取样检测炉内化学成根据检测结果，对铁水中的元素化学成分进行微调整；
7、(2)球化处理及孕育处理：当步骤(1)中的成分调整好后，加入珍珠岩集渣剂进行扒渣，去除铁液中的杂质，控制感应炉温度在1450～1480℃，随后铁液出炉缓慢倒入球化包进行球化和一次孕育处理，为保证球化效果，浇注前浇包需要预热至650～750℃，球化处理包采用堤坝式处理包，在堤坝一侧放置球化剂，加入量为1.0-2.0wt％，并在其上面覆盖0.5-1.0wt％的孕育剂和0.5-1.0wt％的珍珠岩集渣剂，所述加入量以铁水质量计，最后覆盖纯铁铁皮，厚度约为2-3mm，并压紧压实；
8、(3)浇注及随流孕育：步骤(2)工序完成后，对铁液表面进行扒渣，待包内铁液反应平稳，对球化孕育后的铁液进行测温，待包内温度降至1330℃～1360℃时，将铁液浇注到预热好的模具中，浇注过程中进行随流孕育粒径为0.01～1mm，随流孕育剂加入量为铁水质量的0.05-0.15wt％；
9、(4)铸件热处理：首先将铸件加热升温至920～970℃奥氏体化保温10-30min进行高温石墨化退火处理，随后以80-120℃/min快速冷却至720～770℃进行低温石墨化退火，接着以5-20℃/min随炉缓慢冷却至600～700℃出炉，最后空冷至室温。
10、优选的，所述钒氮合金其组成成分为：c：0.5～1.0％，si：1.5～2.5％，p≤0.08％，s≤0.05％，v：50％～55％，n：5-15％，余量为fe以及不可避免的微量元素；更优选的，所述钒氮合金其组成成分为：c：0.6～0.9％，si：1.8～2.2％，p≤0.05％，s≤0.03％，v：52％～54％，n：8-12％，余量为fe以及不可避免的微量元素。
11、优选的，所述球化剂为稀土硅铁镁球化剂，粒径为5-15mm，包括以下质量百分含量的组分：si：40～45％，re：2.0～2.5％，mg:6.0～8.5％，余量为fe以及不可避免的微量元素。
12、优选的，所述孕育剂为75sife，其中步骤(2)中孕育剂粒径为5-10mm；步骤(3)中随流孕育剂粒径为0.01～1mm。
13、优选的，步骤(4)中高温石墨化退火温度选择为920-940℃，低温石墨化退火起始温度选择为750-780℃，出炉温度为640-660℃。
14、优选的，步骤(4)中高温石墨化退火处理后快速冷却速率为90～110℃/min，低温石墨化退火后的缓冷速率为10～15℃/min。
15、碳和硅：碳和硅是促进石墨化元素。在一定的冷却速度和孕育条件下，碳当量增加可以提高球墨铸铁的石墨化程度，碳以碳化物形态存在的数量减少，以石墨形态存在的数量增加。由于石墨化，使球墨铸铁在结晶凝固中产生体积膨胀。碳含量提高，体积膨胀，在铸型刚度较大的条件下可以使铸件致密，减少缩松。在冷却速度较慢的衬覆膜树脂砂和喷涂料热模法离心铸管生产中，铁液凝固后的组织基本没有共晶渗碳体，伴随着初生球状石墨从铁液中析出而产生显著的石墨化膨胀，因而在铸管内壁产生明显的龟纹。随着碳当量的进一步提高，使龟纹变得十分显著，纹片翘起十分严重，故必须对碳当量做严格的控制。对于水冷金属型离心铸造方法生产的铸管，尽管碳当量较高，由于冷却速度快，铸态组织中有较多的共晶渗碳体，石墨化膨胀不太充分，铸管内壁龟纹不明显。但是碳当量过高会引起石墨漂浮。对于冷速较慢的热模法铸管，石墨漂浮更严重。适当提高碳当量使之接近共晶成分，可以提高铁液的流动性。因此，小管径铸管的碳当量一般选的较高，ce＝4.35％～4.45％。碳含量高可以促进镁吸收率提高，改善球化效果。硅含量较低时，硅对石墨化的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离心球墨铸铁管用退火态高强韧球墨铸铁，其特征在于包括以下质量百分含量的组分：C：3.0～4.5％，Si：1.0～4.0％，Mn：0.1～0.4％，P≤0.08％，S≤0.02％，Cu：0.01～0.4％，V：0.01～0.4％，Mg：0.02～0.1％，RE：0.01～0.1％，N：0.005～0.015％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；所述V以钒氮合金的形式加入。
2.根据权利要求1所述球墨铸铁，其特征在于质量百分含量如下：C：3.3～3.8％，Si：1.8～2.6％，Mn≤0.3％，P≤0.06％，S≤0.015％，Cu：0.1～0.3％，V：0.1～0.4，Mg：0.03～0.08％，RE：0.02～0.06％，N：0.006～0.010％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
3.一种制备如权利要求1所述球墨铸铁的方法，其特征在于包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述钒氮合金包括以下质量百分含量的组分：C：0.5～1.0％，Si：1.5～2.5％，P≤0.08％，S≤0.05％，V：50％～55％，N：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述球化剂为稀土硅铁镁球化剂，粒径为5-15mm，包括以下质量百分含量的组分：Si：40～45％，RE：2.0～2.5％，Mg:6.0～8.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述一次孕育采用和随流孕育采用的孕育剂为75SiFe，其中步骤(2)中孕育剂粒径为5-10mm步骤(3)中随流孕育剂粒径为0.01～1mm。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(4)中步骤(4)中高温石墨化退火温度选择为920-940℃，低温石墨化退火起始温度选择为750-780℃，出炉温度为640-660℃。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(4)中高温石墨化退火处理后快速冷却速率为90～110℃/min，低温石墨化退火后的缓冷速率为10～15℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种离心球墨铸铁管用退火态高强韧球墨铸铁，其特征在于包括以下质量百分含量的组分：c：3.0～4.5％，si：1.0～4.0％，mn：0.1～0.4％，p≤0.08％，s≤0.02％，cu：0.01～0.4％，v：0.01～0.4％，mg：0.02～0.1％，re：0.01～0.1％，n：0.005～0.015％，余量为fe以及不可避免的微量元素；所述v以钒氮合金的形式加入。
2.根据权利要求1所述球墨铸铁，其特征在于质量百分含量如下：c：3.3～3.8％，si：1.8～2.6％，mn≤0.3％，p≤0.06％，s≤0.015％，cu：0.1～0.3％，v：0.1～0.4，mg：0.03～0.08％，re：0.02～0.06％，n：0.006～0.010％，余量为fe以及不可避免的微量元素。
3.一种制备如权利要求1所述球墨铸铁的方法，其特征在于包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述钒氮合金包括以下质量百分含量的组分：c：0.5～1.0％，si：1.5～2.5％，p≤0.08％，s≤0.05％，v：50％～55％，n：5-15％，余量为f...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟启杰，杨彬，陈湘茹，翟敢超，刘海宁，李莉娟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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