张军1 解戈奇2
陕西金鼎铸造有限公司1 陕西远大新材料技术有限公司2
某重型卡车公司自主研发的一体化铸造桥壳具有轻量化，技术要求高的特点。桥壳的一体化设计，大大提高其承载力，桥壳加工成本降低，因而该项技术具有广泛的发展前景。
摘要：采用优质的原材料，废钢增碳的合成工艺严格控制Mn、P、S及杂质元素总含量，并辅以适量Cu合金化处理，采用堤坝坑处理包、冲入法球化处理、铁水预处理、多次孕育处理等，制定了铸态下高强度高延伸率QT600-7铸态球墨铸铁的熔炼工艺，在保证高强度的同时稳定高延伸率。Abstract：Using high quality raw materials, the synthesis of scrap steel carburization process strictly control Mn, P, S, and total content of impurity elements, along with a moderate amount of Cu alloying processing, the dam pit processing package, into spheroidized, hot metal pretreatment, inoculation and so on for many times, made the rate of as-cast high strength Gao Yanshen under QT600-7 of as-cast nodular cast iron melting process, to ensure a stable Gao Yanshen rate of high strength at the same time.
关键词： 铸态QT600-7 高强度高延伸率 预处理 Cu合金化
Key Word：s-cast QT600-7 Cast state qt600-7 High strength high elongation Pretreatment Cu alloying
目前国内外主要采用铁型覆膜砂、添加合金及高硅铸铁方式进行组织生产高强度高延伸率铸态QT600-7，由于上述三种方式的局限性，本文将展开试验，旨在开发一种适用于树脂砂型铸造的铸态QT600-7熔炼工艺。
QT600-7材质机械性能
|
牌号 |
抗拉强度Rm （Mpa） |
屈服强度Rp0.2
（Mpa） |
延伸率A （%） |
布氏硬度HBW |
|
QT600- 7 |
≥600 |
≥380 |
≥7 |
190-270 |
为满足上述性能要求，必须提高球化率，细化晶粒度，增加石墨球数，并提高石墨球圆整度，因此金相应满足
|
球化级别 |
石墨大小 |
珠光体 |
硬度
|
|
1-3 |
5-8 |
55%—75% |
190-270 |
2.1铸造桥壳化学成分设计
（1）碳和硅
众所周知，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，调高碳当量，析出的石墨球数多，石墨球小，可调高石墨圆整度，并增加自补缩能力，减少碳化物。条但在一定的碳当量件下，随着硅含量的增加，特别是大断面，会产生碎块状石墨，同时高硅会显著降低材料的低温冲击性能，基于提高球化率（增加石墨圆整度及石墨球数方面考虑），在不漂浮的条件下，应尽可能提高碳当量，同时保证孕育的条件下，尽量降低硅含量。试验要求C3.6—3.75%，Si要求2.4—2.6%。
（2）锰和铜
通常Mn、Cu、Cr、Sn都是提高珠光体的元素。有所区别的是，Mn在促进珠光体形成的同时白口倾向增加，而Cu在共晶转变时能促进石墨化，减少白口倾向，在共析转变时，促进珠光体的形成，可减少促进或完全抑制铁素体的形成，改善断面组织及性能的均匀性；对基体固溶强化，对基体沉淀硬化，不形成流离渗碳体，不与碳形成碳化物，成负偏析，铜富集在共晶团内部。铜的熔点低且在熔化过程不烧损，因此为保证延伸率试验中Mn含量按＜0.20%控制，同时，为促进形成一定量的珠光体组织，Cu含量按0.55-0.65%控制
（3）磷、硫及一些反球化微量元素
在铸态球墨铸铁的生产过程中，P含量越多，形成的磷共晶会增多，磷共晶呈多角状分布于共晶团边界，会急剧恶化材料的韧性、塑性，因此要想获得高延伸率的铸态球铁材料，必须严格控制P含量。S为反球化元素，降低其含量是为确保球化效果的前提。上述可见P和S为有害元素，应严格控制其含量，按P＜0.04%，S＜0.02%，反球化元素∑＜0.12%。
铸造桥壳的化学成分（%）
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Mg |
Cu |
|
3.60-3.75 |
2.40-2.60 |
＜0.20 |
＜0.04 |
＜0.02 |
0.035-0.045 |
0.55-0.65 |
2.2熔炼用原材料
试验采用球墨铸铁用生铁Q10/Q12及优质废钢，并加入低S的锻石油焦增碳剂。为提高球化率（石墨球数及圆整度），球化剂采用陕西远大新材料技术有限公司提供的含微量Sb球化剂YD722BS；为提高增加石墨球数量，提高石墨圆整度，采用预处理剂（YC-2）覆盖球化剂，且采用含Ba、Ca等元素的长效复合孕育剂（J-10）及随流孕育剂；为强化基体，采用铜合金化处理。试验所用原材料见下表：
YD722BS球化剂化学成分（%）
|
Mg |
Re |
Si |
Ca |
其他 |
颗粒度 |
|
7.22 |
2.12 |
44.52 |
2.19 |
适量 |
3-23mm |
YC-2预处理剂化学成分（%）
|
C |
Si |
Ca |
颗粒度 |
|
28-32 |
65-70 |
0.5-1.5 |
0.2-3.0mm |
J-10普通复合孕育剂（%）
|
Si |
Ca |
其他 |
颗粒度 |
|
60.0-66.0 |
1.0-2.0 |
8.0-10.0 |
3-10mm |
P-1T随流孕育剂（%）
|
Si |
Ca |
颗粒度 |
|
64.0-68.0 |
1.0-2.0 |
0.1-0.7mm |
2.3采用废钢增碳的熔炼方式
基于废钢增碳工艺降低白口倾向，细化珠光体，增加珠光体数量这个特点，本试验采用废钢增碳工艺在6T中频感应电炉熔炼，按照废钢：回炉料：生铁=40%：30%：30%的配比及顺序加料快速熔化，为确保增碳剂的充分溶解，熔炼升温至出炉温度+30-50℃，静置8—12分钟，加料降温出炉。采用冲入法球化处理，辅以预处理，并结合多次符合孕育工艺对所需铁水做以处理。
球化包装包顺序依次为：含Sb球化剂+碳化硅+铁屑+出铁倒包孕育+浇注随流孕育
2.4试验方法
用上述处理的铁水浇注树脂砂造型的铸造桥壳，对所浇注桥壳对应部位取样，检测对应各部位本体的金相组织及力学性能。
3 试验结果及分析
3.1 Cu与Mn的影响
有关材料说明Cu与Mn共存时，Cu对强度的促进作用强于Mn，Cu含量每增加0.1%，材料强度提高约50Mpa；另一方面，Mn含量较低时，延伸率普遍较高，此时增加Cu含量，材料在提高强度的同时对延伸率的影响不大。分析原因为Cu在共晶转变时，促进石墨化，减少渗碳体，在共析出转变时，促进珠光体的形成，且对基体起固溶强化作用，虽然Mn也促进珠光体的形成，但由于较大的偏析倾向易富集于晶界上，影响到材料的延伸率。
4、生产过程的验证
实际生产中的化学成分：
|
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
|
原铁水 |
3.89 |
1.43 |
0.202 |
0.040 |
0.026 |
0.030 |
0.007 |
0.003 |
0.015 |
|
成品 |
3.71 |
2.51 |
0.196 |
0.036 |
0.013 |
0.027 |
0.005 |
0.002 |
0.591 |
|
成品 |
3.57 |
2.59 |
0.200 |
0.034 |
0.013 |
0.015 |
0.003 |
0.001 |
0.581 |
|
成品 |
3.63 |
2.63 |
0.161 |
0.038 |
0.012 |
0.011 |
0.003 |
|
0.572 |
|
成品 |
3.60 |
2.50 |
0.192 |
0.035 |
0.012 |
0.027 |
0.007 |
0.001 |
0.53 |
|
Al |
Ti |
V |
Mg |
Sb |
Sn |
Pb |
Zn |
Ce |
La |
|
0.004 |
0.027 |
0.009 |
|
0.002 |
0.004 |
0.002 |
0.058 |
0.004 |
|
|
0.021 |
0.027 |
0.009 |
0.041 |
0.007 |
0.005 |
0.002 |
0.043 |
0.020 |
0.002 |
|
0.027 |
0.022 |
0.007 |
0.047 |
0.005 |
0.003 |
0.034 |
0.012 |
0.018 |
0.002 |
|
0.021 |
0.030 |
0.009 |
0.052 |
0.007 |
0.002 |
0.002 |
0.011 |
0.021 |
0.002 |
|
0.021 |
0.025 |
0.008 |
0.047 |
0.009 |
0.004 |
0.002 |
0.002 |
0.021 |
0.001 |
随型冷却Y型试块力学性能及金相组织检验结果
|
取样部位 |
球化等级 |
石墨大小 |
珠光体 |
抗拉强度—延伸率 |
|
随型冷却试块1 |
3 |
6 |
65 |
790-8 |
|
随型冷却试块2 |
3 |
6 |
75 |
827-10 |
|
随型冷却试块3 |
3 |
6 |
75 |
838-12 |
|
随型冷却试块4 |
3 |
6 |
75 |
835-10 |
|
随型冷却试块5 |
3 |
6 |
55 |
796-10 |
对应本体部位力学性能及金相组织检验结果
|
取样部位 |
球化等级 |
石墨大小 |
珠光体 |
抗拉强度—延伸率 |
硬度 |
|
取样1 |
3 |
6 |
65 |
686-9 |
217 |
|
取样2 |
3 |
6 |
55 |
624-8 |
212 |
|
取样3 |
3 |
6 |
65 |
636-8 |
207 |
|
取样4 |
3 |
6 |
45 |
686-10 |
201 |
|
取样5 |
3 |
6 |
55 |
585-14 |
197 |
|
取样6 |
3 |
6 |
55 |
655-10 |
217 |
|
取样7 |
3 |
6 |
45 |
636-8 |
207 |
|
取样8 |
3 |
6 |
65 |
650-10 |
223 |
|
取样 1 |
3 |
6 |
45 |
624-8 |
223 |
|
取样2 |
3 |
6 |
45 |
636-8 |
207 |
|
取样3 |
3 |
6 |
55 |
624-8 |
217 |
|
取样4 |
3 |
6 |
55 |
615-9 |
223 |
|
取样5 |
3 |
6 |
45 |
561-10 |
192 |
|
取样6 |
3 |
6 |
55 |
612-7 |
207 |
|
取样7 |
3 |
6 |
55 |
649-8 |
217 |
|
取样8 |
3 |
6 |
65 |
637-10 |
229 |
金相图片（选取）
经过SiC预处理后使用陕西远大YD722BS球化剂的金相组织，明显石墨球数增多，石墨球圆整度增加，球化率也增加。 采用上述工艺生产的铸造桥壳，各项性能仍满足技术要求,台架试验中后桥双双通过11.5吨定额载荷100万次的技术要求。
5、结论
5.1 含Sb球化剂，辅以SiC预处理，可以有效增加石墨球数，改善石墨圆整度，提高球化率；
5.2废钢增碳合成熔炼，辅以多次复合孕育处理是获得铸态QT600-7成分、金相及性能的保证；
5.3 充分利用Cu在共晶转变时，促进石墨化，在共析出转变时，促进珠光体的形成，且对基体起固溶强化作用在低锰的条件下保证强度的同时保证一定的延伸率。
参考文献：
【1】 陈子华.预处理技术在球墨铸铁上的应用[J].现代铸铁，2008（01）：54-59
【2】 五德海，钱立，胡家骢.灰铁球墨铸铁及其熔炼[M].北京：中国水利水电出版社，2006
【3】 高广阔，石力军，常世俭等，高强度铸态球墨铸铁整体桥壳材质及工艺的研究开发.《第12届全国铸造年会暨2011中国铸造活动论文集》2011.10
【4】 林钰杰，吴宝成.铸态QT600-10的生产工艺【J】.现代铸铁，2014，（04）：32-34
