阅读说明：本技术 一种铸态全铁素体球墨铸铁材料生产工艺 (Production process of as-cast full-ferrite nodular cast iron material ) 是由 苗昕旺 马宇 臧玉郡 刘希德 李常金 李金红 王丹丹 宋佳健 孙明 于 2019-10-19 设计创作，主要内容包括：一种铸态全铁素体球墨铸铁的生产工艺,以生铁、废钢、硅铁、增碳剂、球化剂、孕育剂和随流孕育剂做为铁水冶炼原料,放入在中频炉进行熔化,获得前样铁水；对球化处理包进行烤包作业,装入球化剂、孕育剂和铁屑,保温,将铁水冲入球化处理包中；铁水完全冲入球化处理包后,扒渣,然后进行浇注,在浇注的同时加入随流孕育剂进行随流孕育,得到铸态全铁素体球墨铸铁。优点：工艺简单,操作方便；通过增加球墨铸铁中硅元素的含量,进行固溶处理,铸态得到100％铁素体基体金相组织和超高的韧塑性。(A production process of as-cast full-ferrite nodular cast iron comprises taking pig iron, scrap steel, ferrosilicon, a carburant, a nodulizer, an inoculant and a stream inoculant as molten iron smelting raw materials, and putting the molten iron smelting raw materials into an intermediate frequency furnace for melting to obtain a sample molten iron; carrying out ladle baking operation on the spheroidizing ladle, loading a nodulizer, an inoculant and scrap iron, preserving heat, and pouring molten iron into the spheroidizing ladle; and after the molten iron is completely flushed into the spheroidizing ladle, slagging off, then pouring, and adding a stream inoculant for stream inoculation while pouring to obtain the as-cast full-ferrite nodular cast iron. The advantages are that: the process is simple and the operation is convenient; by increasing the content of silicon element in the nodular cast iron and carrying out solid solution treatment, the metallographic structure of a 100% ferrite matrix and ultrahigh toughness and plasticity are obtained in an as-cast state.)

一种铸态全铁素体球墨铸铁材料生产工艺

技术领域

本发明涉及一种铸态全铁素体球墨铸铁的生产工艺。

背景技术

QT500-7球墨铸铁的强度与韧性较好，被切削性良好，多被用于轨道交通零部件的轴箱等关键部件。目前，国内QT500-7球墨铸铁的性能指标要求强度为≥500Mpa，屈服≥320Mpa，延伸率≥7％，金相组织为铁素体+珠光体，这种工艺还需要进行900℃高温退火处理，热处理获得的金相组织不稳定，得到的产品性能波动大，生产稳定性差，提高韧塑性的空间小，生产成本较高。提高传统轨道交通零部件材料的性能，更适宜我国的轨道交通的高速发展，在兼顾强度的同时，韧塑性也非常重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铸态全铁素体球墨铸铁的生产工艺，该球墨铸铁在无需热处理，固溶体固化后获得的铸态球墨铸铁金相组织为全铁素体，在保证正常的强度的同时，断后伸长率得到大部分提高，断后伸长率可达20％～20.5％之间。

本发明的技术解决方案是：

一种铸态全铁素体球墨铸铁的生产工艺，其具体步骤是：

(1)配料

铁水冶炼原料按重量百分含量组成如下：生铁58％～65％，废钢29％～36％，硅铁2.5％～3.35％，增碳剂0.4％～0.5％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1510℃-1530℃时熔炼10分钟后，取样检测冶炼得到的铁水成分，使铁水中的C的质量含量为3.3％、Si的质量含量为2.6％，得到前样铁水；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃～450℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂、1.0％孕育剂和0.65％铁屑装入浇包中，并铺平捣实，再将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

(5)、浇注处理

铁水温度控制在1380℃～1440℃进行浇注，铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，完成浇注，得到铸态全铁素体球墨铸铁。

进一步的，生铁成分C≥4.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.02％，Ti≤0.03％，其余为Fe。

进一步的，废钢成分C≤0.6％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，P≤0.02％，S≤0.015％，其余为Fe。

进一步的，硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B和FeSi75-C。

进一步的，球化剂为埃肯5800球化剂，Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re0.85％～1.15％，Ca 0.80％～1.20％，Al 1.0％max；增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％。

进一步的，孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm～8mm；随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm～0.7mm。

进一步的，前样铁水中成分C 3.3％、Si 2.6％、Mn≤0.15％、S 0.006％～0.018％、p≤0.03％。

进一步的，步骤(5)铸态全铁素体球墨铸铁成分为C 3.0％～3.2％、Si 3.6％-3.8％、Mn≤0.15％、S 0.006％～0.018％、p≤0.03％、Mg 0.03％～0.055％、Re≤0.02％。

进一步的，所述铸态全铁素体球墨铸铁的基体组织100％为铁素体。

进一步的，步骤(5)中整个浇注完成时间小于10min。

本发明的有益效果是：

工艺简单，操作方便。该球墨铸铁在无需热处理，通过增加球墨铸铁中硅元素的含量，进行固溶体固化，铸态得到100％铁素体基体金相组织和超高的韧塑性；获得的在保证正常的强度的同时，断后伸长率得到大部分提高，断后伸长率可达20％～20.5％之间。

附图说明

图1是本发明实施例1的经腐蚀后的100倍金相图；

图2是本发明实施例2的经腐蚀后的100倍金相图；

图3是本发明实施例4的经腐蚀后的100倍金相图；

图4是本发明实施例3的经腐蚀后的100倍金相图；

图5是本发明实施例5的经腐蚀后的100倍金相图；

图6是本发明实施例6的经腐蚀后的100倍金相图；

图7是本发明实施例1的拉伸性能力变形曲线；

图8是本发明实施例2的拉伸性能力变形曲线；

图9是本发明实施例3的拉伸性能力变形曲线。

具体实施方式

本发明实施例1-实施例6前样铁水标准要求和全铁素体球墨铸铁产品指标范围按下表执行：

表1前样铁水标准要求

成分

C％

Si％

Mn％

P％

S％

Mg％(残)

RE％(残)

范围

3.3

2.6

≤0.15

≤0.003

0.006-0.018

0.03-0.055

＜0.02

表2全铁素体球墨铸铁产品指标范围

成分

C％

Si％

Mn％

P％

S％

Mg％(残)

RE％(残)

范围

3.0-3.2

3.6-3.8

≤0.15

≤0.003

0.006-0.018

0.03-0.055

＜0.02

。

实施例1

(1)配料

称取铁水冶炼原料：

铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁60.0％，废钢34.75％，硅铁2.6％，增碳剂0.4％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

a生铁成分C≥4.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.02％，Ti≤0.03％，其余为Fe；

b.废钢成分C≤0.6％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，P≤0.02％，S≤0.015％，其余为Fe；

c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；

d.增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；

f.孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1510℃时，熔化并保温10分钟，取样检测冶炼得到的铁水成分，并根据取样结果调整铁水中的硅和碳的含量，获得前样铁水，停止冶炼；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂，1.0％孕育剂和0.65％铁屑装包，并铺平捣实，将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

e.球化剂为埃肯5800球化剂，质量百分含量为：Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re 0.85％～1.15％，Ca 0.80％～1.20％，Al 1.0％max；

f.孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；

(5)、浇注处理

铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；完成浇注；浇注温度控制在1380℃-1440℃进行浇注，整个浇注完成时间小于10min。

实施例2

(1)配料

称取铁水冶炼原料：

铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁63.0％，废钢31.85％，硅铁2.5％，增碳剂0.4％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

a生铁成分C≥4.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.02％，Ti≤0.03％，其余为Fe；

b.废钢成分C≤0.6％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，P≤0.02％，S≤0.015％，其余为Fe；

c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；

d.增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1510℃时，熔化并保温10分钟，取样检测冶炼得到的铁水成分，并根据取样结果调整铁水中的硅和碳的含量，获得前样铁水，停止冶炼；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂，1.0％孕育剂和0.65％铁屑装包，并铺平捣实将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

e.步骤(1)和步骤(4)球化剂为埃肯5800球化剂，Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re 0.85％～1.15％，

Ca 0.80％～1.20％，Al 1.0％max；

f.步骤(1)和步骤(4)孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；步骤(1)和步骤

(5)随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；

(5)、浇注处理

铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，完成浇注；浇注温度控制在1380℃-1440℃进行浇注，整个浇注完成时间小于10min。

实施例3

(1)配料

称取铁水冶炼原料：

铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁65.0％，废钢29％，硅铁3.35％，增碳剂0.4％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

a生铁成分C≥4.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.02％，Ti≤0.03％，其余为Fe；

b.废钢成分C≤0.6％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，P≤0.02％，S≤0.015％，其余为Fe；

c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1510℃时，熔化并保温10分钟，取样检测冶炼得到的铁水成分，并根据取样结果调整铁水中的硅和碳的含量，获得前样铁水，停止冶炼；

d.步骤(1)和步骤(2)增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂，1.0％孕育剂和0.65％铁屑装包，并铺平捣实将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

e.步骤(1)和步骤(4)球化剂为埃肯5800球化剂，Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re 0.85％～1.15％，Ca 0.80％～1.20％，Al 1.0％max

f.步骤(1)和步骤(4)孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；步骤(1)和步骤

(5)随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；

(5)、浇注处理

铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，完成浇注；浇注温度控制在1380℃-1440℃进行浇注，整个浇注完成时间小于10min。

实施例4

(1)配料

称取铁水冶炼原料：

铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁58.0％，废钢36％，硅铁3.35％，增碳剂0.4％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

a生铁成分(wt％)C≥4.0，Si≤0.4，Mn≤0.10，P≤0.025，S≤0.02，Ti≤0.03,其余为Fe；

b.废钢成分(wt％)C≤0.6，Si≤0.4，Mn≤0.3，P≤0.02，S≤0.015，其余为Fe；

c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；

d.增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1520℃时，熔化并保温10分钟，取样检测冶炼得到的铁水成分，并根据取样结果调整铁水中的硅和碳的含量，获得前样铁水，停止冶炼；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为400℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂，1.0％孕育剂和0.65％铁屑装包，并铺平捣实将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

e.步骤(1)和步骤(4)球化剂为埃肯5800球化剂，Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re0.85％～1.15％，

Ca 0.80％～1.20％，Al 1.0％max

f.步骤(1)和步骤(4)孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；步骤(1)和步骤

(5)随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；

(5)、浇注处理

铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，完成浇注；浇注温度控制在1380℃-1440℃进行浇注，整个浇注完成时间小于10min。

实施例5

(1)配料

称取铁水冶炼原料：

铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁62.0％，废钢32.75％，硅铁2.6％，增碳剂0.4％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

a生铁成分(wt％)C≥4.0，Si≤0.4，Mn≤0.10，P≤0.025，S≤0.02，Ti≤0.03,其余为Fe；

b.废钢成分(wt％)C≤0.6，Si≤0.4，Mn≤0.3，P≤0.02，S≤0.015，其余为Fe；

c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；

d.增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1510℃时，熔化并保温10分钟，取样检测冶炼得到的铁水成分，并根据取样结果调整铁水中的硅和碳的含量，获得前样铁水，停止冶炼；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为420℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂，1.0％孕育剂和0.65％铁屑装包，并铺平捣实将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

e.步骤(1)和步骤(4)球化剂为埃肯5800球化剂，Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re0.85％～1.15％，Ca0.80％～1.20％，Al 1.0％max；

f.步骤(1)和步骤(4)孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；步骤(1)和步骤

(5)随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；

(5)、浇注处理

铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，完成浇注；浇注温度控制在1380℃-1440℃进行浇注，整个浇注完成时间小于10min。

实施例6

(1)配料

称取铁水冶炼原料：

铁水冶炼原料按重量百分含量由以下成分组成：生铁61.00％，废钢32.85％，硅铁2.5％，增碳剂0.5％，球化剂1.15％，孕育剂1.0％，随流孕育剂0.1％；

a生铁成分(wt％)C≥4.0，Si≤0.4，Mn≤0.10，P≤0.025，S≤0.02，Ti≤0.03,其余为Fe；

b.废钢成分(wt％)C≤0.6，Si≤0.4，Mn≤0.3，P≤0.02，S≤0.015，其余为Fe；

c.硅铁的牌号按GB2272-87标准的FeSi75-B；

d.增碳剂牌号SQ-ZT-09，C≥99.5％，N和S的质量含量合计≤0.05％；

(2)熔化铁水

将铁水冶炼原料放入在中频炉进行冶炼，在冶炼温度达到1530℃时，熔化并保温10分钟，取样检测冶炼得到的铁水成分，并根据取样结果调整铁水中的硅和碳的含量，获得前样铁水，停止冶炼；

(3)烤包处理

装包前，对球化处理包进行烤包作业，烤包温度为450℃；

(4)、孕育处理

装包前，将球化剂、孕育剂和铁屑进行烘烤，烘烤温度为400℃，保温1小时；将烘烤后的占铁水总质量的1.15％球化剂，1.0％孕育剂和0.65％铁屑装包，并铺平捣实将步骤(2)中的前样铁水冲入浇包中；

e.步骤(1)和步骤(4)球化剂为埃肯5800球化剂，Si 44％～48％，Mg 5.55％～6.15％，Re 0.85％～1.15％，Ca 0.80％～1.20％，Al 1.0max；

f.步骤(1)和步骤(4)孕育剂为埃肯钙钡孕育剂，其粒度为3mm-8mm；步骤(1)和步骤

(5)中随流孕育剂为埃肯硫氧孕育剂，其粒度为0.2mm-0.7mm；

(5)、浇注处理

铁水完全冲入浇包后，包内进行扒渣，扒除全部渣子并覆盖上除渣剂，开始进行浇注，在浇注的同时加入0.1％随流孕育剂，完成浇注；浇注温度控制在1380℃-1440℃进行浇注，整个浇注完成时间小于10min。

表3本发明实施例1-6金相检验结果根据球墨铸铁金相＿石墨大小和评定GB/T9441-2009，评定结果为：

表3

样品编号	球化率(级)	石墨大小(级)	石墨球数/mm<sup>2</sup>	珠光体含量
					实施例1	2(90％)	7(29)	267	珠0
实施例2	2(90％)	6(35)	272	珠0
					实施例3	2(92％)	6(31)	327	珠0
实施例4	2(91％)	7(29)	272	珠0
					实施例5	2(91％)	7(26)	342	珠0
实施例6	3(87％)	7(28)	239	珠0

将本发明实施例1～6制成规格为Φ10的试样，进行拉伸性能试验，试验标准为GB/T228.1-2010，原始标距为50mm，试验温度为22℃，试验结果如表4所示：

表4拉伸性能试验表

表5本发明实施例1～6制备的高韧塑性球墨铸铁成分表

注：余量为铁。

由表2和表3可以看出，本发明实施例1～6生产的高韧塑性球墨铸铁均满足，国内QT500-7的性能指标要求，并且韧塑性提高明显，减少热处理环节，节约成本。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。