本发明涉及铸造材料领域，特别是涉及一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料。本发明提供一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料，按质量百分比计，由如下组分组成：C 3.1-3.4%；Si 3.1-3.3%；Mn 0.2-0.3%；S ＜0.015%；P ＜0.04%；Cu ＜0.1%；Sn ＜0.01%；Cr ＜0.1%；Mo ＜0.1%；Ni ＜0.1%；Mg 0.03-0.05%；余量为Fe和不可避免的微量杂质。该材料具有良好的综合强韧特性：-30℃无缺口冲击值≥100J/cm2；抗拉强度≥480MPa，屈服强度≥360MPa，延伸率≥18%，硬度HB165-200；铁素体大于90%；具有很高的抗疲劳性能，抗疲劳检测高载10万次以上，低载100万次以上，均未见裂纹。
1.一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料，按质量百分比计，由如下组分组成：余量为Fe和不可避免的微量杂质；
所述轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将原料置于感应电炉中进行熔炼，并加入低硫增碳剂补充碳量，所述原料为生铁、回炉料和废钢；
(2)熔炼过程中对感应电炉中的铁水进行取样检测和元素调整；
2.如权利要求1所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将原料置于感应电炉中进行熔炼，并加入低硫增碳剂补充碳量，所述原料为生铁、回炉料和废钢；
(2)熔炼过程中对感应电炉中的铁水进行取样检测和元素调整；
3.如权利要求2所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述生铁为Q10生铁，由如下质量百分比组分组成：C：≥3.40％；Si：0.50-
1.00％；Mn：≤0.20％；S：≤0.02％；P：≤0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述废钢按质量百分比计，由如下组分组成：C：＜0.10％；Si：＜0.20；Mn：0.1-0.3％；S：＜0.01％；
P：＜0.02％；Cu：＜0.05％；Sn：＜0.01％；Cr：＜0.05％；Mo：＜0.05％；Ni：＜0.1％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
4.如权利要求2所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述感应电炉为中频感应电炉。
5.如权利要求2所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述原料的重量百分比例为：生铁10-20％、回炉料40-60％、废钢30-40％；低硫增碳剂的加入量为铁水重量的0.9-2.0％；所述熔炼的温度为1490-1525℃，保温时间为3-30分钟。
6.如权利要求5所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述低硫增碳剂中，碳的质量百分含量大于99％，硫的质量百分含量小于
7.如权利要求2所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，取样检测的具体方法为：从感应电炉中舀取铁水，并浇注碳硫和光谱试样，分别用碳硫仪和光谱仪检测，获得铁水成分。
8.如权利要求2所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述球化处理采用凹坑式冲入法，凹坑内，加入量为处理铁水重量1.25-1.35％的稀土镁硅铁球化剂；在球化处理的同时，在凹坑内加入为处理铁水重量
0.10-0.12％的铋硅铁孕育剂和为处理铁水重量0.29-0.31％的稀土硅铁孕育剂进行包内孕育。
9.如权利要求8所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述稀土镁硅铁球化剂的质量百分比组成为：镁：5.5-6.2％；硅：44-48％；钙：
0.8-1.2％；稀土：0.8-1.2％；铝：≤1.0％；余量为铁；粒度为3-25mm。
10.如权利要求8所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述铋硅铁孕育剂的质量百分比组成为：铋0.75-1.30％，硅63-70％，钙0.8-
2.8％，钡1.0-3.0％，余量为铁；粒度为2-8mm。
11.如权利要求8所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述稀土硅铁孕育剂的质量百分比组成为：稀土1.5-2.0％，硅70-76％，钙0.75-
1.25％，铝0.75-1.25％，余量为铁；粒度为2-8mm。
12.如权利要求2所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述浇注的温度为1435-1390℃；所述随流孕育的孕育剂为硅锆铁孕育剂，加入量为浇注铁水重量的0.1-0.2％；所述浇注的铸型选自粘土砂湿型，水平分型，高压造型。
13.如权利要求12所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，其特征在于，所述硅锆铁孕育剂质量百分比组成为：硅62-69％，锆4.0-5.0％，锰4.0-
5.0％，钙1.0-2.0％，余量为铁；粒度为0.2-0.7mm。
14.如权利要求1所述一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的用途，所述用途在于：具有较高低温冲击韧性、抗拉强度、屈服强度、延伸率和优异的抗疲劳性能的铸态低温强韧铁素体球铁材料轿车转向节制造。
一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料及其制备
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及铸造材料领域，特别是涉及一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 铁素体球铁材料，是指基体以铁素体为主的球铁材料，通常铁素体含量达70％以上。为得到铸态低温强韧铁素体球铁材料，通常的做法要点是：主要元素含量(质量百分比)C：3.6-3.8％；Si：1.9-2.2％；Mn：＜0.3％，结果铸件铁素体达85％以上，-30℃无缺口冲击2
值60-90J/cm ，抗拉强度400-450MPa，屈服强度250-300MPa，延伸率15-20％，硬度HB150-
180。这种方法主要基于这样的认识：低温时，随着硅量增加，脆性转变温度提高，冲击值下降。为确保低温冲击值，硅保持在较低区域内。显而易见，这种材料抗拉强度和屈服强度都不高，屈服强度和抗拉强度之比(屈强比)在0.65左右，主要原因在于硅含量低，铁素体基体得不到足够的固溶强化；同时，在低硅前提下，为保持一定的碳当量，含碳量较高，而碳在铁素体基体中溶解度较小，故石墨析出量较多，使材料力学性能有所减损。对于轿车转向节，一般疲劳检测加载通过5万次即可。
[0003] 某轿车铸态球铁转向节本体要求抗拉强度大于480MPa，屈服强度大于360MPa，延伸率大于18％，硬度HB165-200；球化率不低于85％和铁素体含量不低于90％；-30℃无缺口冲击值大于100J/cm2；抗疲劳检测加高载要通过10万次以上，低载要通过100万次以上，材料综合性能要求大大高于目前通常做法所得材料性能。为达到这些材料指标，必须寻找新的制备方法。
发明内容
[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料及其制备方法，该材料具有较高的低温冲击韧性、抗拉强度、屈服强度、延伸率和优异的抗疲劳性能。
[0005] 为实现上述目的，本发明第一方面提供一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料，按质量百分比计，由如下组分组成：
[0006]
[0007]
[0008] 余量为Fe和不可避免的微量杂质。
[0009] 本发明所提供的一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料-30℃无缺口冲2
击值大于100J/cm ；抗拉强度大于480MPa，屈服强度大于360MPa，延伸率大于18％，硬度HB165-200；球化率不低于85％和铁素体含量不低于90％；具有很高的抗疲劳性能，抗疲劳检测高载通过10万次以上、低载通过100万次以上。
[0010] 本发明第二方面提供一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011] (1)将原料置于感应电炉中进行熔炼，并加入低硫增碳剂补充碳量，所述原料为生铁、回炉料和废钢；
[0012] (2)熔炼过程中对感应电炉中的铁水进行取样检测和元素调整；
[0013] (3)熔炼出铁后，进行球化处理和包内孕育处理；
[0014] (4)浇注，并同时进行随流孕育；
[0015] (5)自然冷却。
[0016] 优选的，所述生铁为Q10生铁，由如下组分组成(质量百分比)：C：≥3.40％；Si：0.50-1.00％；Mn：≤0.20％；S：≤0.02％；P：≤0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
[0017] 优选的，所述回炉料为一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料的回炉料，其组分组成(质量百分比)：C3.1-3.4％；Si3.1-3.3％；Mn0.2-0.3％；S＜0.015％；P＜0.04％；Cu＜0.1％；Sn＜0.01％；Cr＜0.1％；Mo＜0.1％；Ni＜0.1％；Mg0.03-0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
[0018] 优选的，所述废钢化学成分(质量百分比)为：C：＜0.10％；Si：＜0.20；Mn：0.1-0.3％；S：＜0.01％；P：＜0.02％；Cu：＜0.05％；Sn：＜0.01％；Cr：＜0.05％；Mo：＜0.05％；
Ni：＜0.1％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
[0019] 优选的，所述感应电炉为中频感应电炉。
[0020] 优选的，所述步骤(1)中，所述原料的重量百分比例为：生铁10-20％、回炉料40-60％、废钢30-40％；低硫增碳剂的加入量为铁水重量的0.9-2.0％；所述熔炼的温度为
1490-1525℃，保温时间为3-30分钟。
[0021] 更优选的，所述低硫增碳剂中，碳的质量百分含量大于99％，硫的质量百分含量小于0.05％；粒度为0.5-5mm。
[0022] 优选的，所述步骤(2)中，取样检测的具体方法为：从感应炉中舀取铁水，并浇注碳硫和光谱试样，分别用碳硫仪和光谱仪检测，获得铁水成分。
[0023] 优选的，所述步骤(3)中，所述球化处理采用凹坑式冲入法，凹坑内，加入为处理铁水重量1.25-1.35％的稀土镁硅铁球化剂；在球化处理的同时，在凹坑内加入为处理铁水重量0.10-0.12％的铋硅铁孕育剂和为处理铁水重量0.29-0.31％的稀土硅铁孕育剂进行包内孕育。
[0024] 更优选的，所述稀土镁硅铁球化剂的质量百分比组成为：镁：5.5-6.2％；硅：44-48％；钙：0.8-1.2％；稀土：0.8-1.2％；铝：≤1.0％；余量为铁；粒度为3-25mm。
[0025] 更优选的，所述铋硅铁孕育剂的质量百分比组成为：铋0.75-1.30％，硅63-70％，钙0.8-2.8％，钡1.0-3.0％，余量为铁；粒度的为2-8mm。
[0026] 更优选的，所述稀土硅铁孕育剂的质量百分比组成为：稀土1.5-2.0％，硅70-76％，钙0.75-1.25％，铝0.75-1.25％，余量为铁；粒度为2-8mm。
[0027] 优选的，所述步骤(4)中，所述浇注的温度为1435-1390℃；所述随流孕育的孕育剂为硅锆铁孕育剂，加入量为浇注铁水重量的0.1-0.2％；所述浇注的铸型选自粘土砂湿型。水平分型，高压造型。
[0028] 更优选的，所述硅锆铁孕育剂质量百分比组成为：硅62-69％，锆4.0-5.0％，锰4.0-5.0％，钙1.0-2.0％，余量为铁；粒度为0.2-0.7mm。
[0029] 本发明用途在于：具有较高低温冲击韧性、抗拉强度、屈服强度、延伸率和优异的抗疲劳性能的铸态低温强韧铁素体球铁材料轿车转向节制造。
[0030] 本发明选择低碳和适当高的硅，一方面增加石墨化能力，获得并稳定更多的铁素体；另一方面，碳在铁素体中的溶解度较低，碳绝大多数以石墨形式出现，低碳有利于减少石墨析出量；适当高的硅固溶于铁素体内，使铁素体得到较大的固溶强化，使抗拉强度、屈服强度和硬度明显提高，又兼顾所需的延伸率和低温冲击韧性。其他元素的选择，也充分考虑它们对抗拉强度、屈服强度、硬度、延伸率和低温冲击韧性的影响后确定。此外，采用优质的稀土镁硅铁球化剂，确保石墨球化，减少缩松。采用铋硅铁孕育剂和稀土硅铁孕育剂进行包内孕育、硅锆铁孕育剂随流孕育，由这些孕育组合而成的高效强化孕育，可提高石墨球圆整度，晶粒细化，石墨细小。因为：(1)铋是表面活性元素，能增加铁液过冷度而使铁液形核率增加，增加石墨和铁素体数量，细化石墨，细化铁素体晶粒；(2)稀土硅铁孕育剂含有一定量的Ca、Ce。Ca、Ce与铁液中的硫、氧反应形成硫化物、氧化物及硫氧复合化合物，这些化合物与石墨有共格关系，成为石墨核心；这些核心结合力强，较稳定，贯穿整个凝固过程，故石墨形核率高，增加石墨数量，细化晶粒；(3)硅锆铁孕育剂含有锆、锰，锆与铁水中的氧结合，有利于消除铸件中的气孔。同时，形成的ZrC作为石墨核心，增加石墨数量。锰可降低硅锆铁孕育剂熔点，有利于硅锆铁孕育剂在铁水中溶解扩散，适用铁水浇注温度范围较宽。这种孕育剂抗衰退能力强，减少白口倾向，改善石墨形态，细化晶粒。综合上述孕育叠加效果：晶粒细化，石墨细小，对强度和低温韧性提高均具有重要作用。浇注后自然冷却，所得铸态材料基体组织稳定，力学性能符合所需要求。
[0031] 本发明投入生产，操作简便，所得铸态材质稳定，满足要求，适合大规模批量生产。
附图说明
[0032] 图1为本发明实施例1铸态低温强韧铁素体球铁材料转向节本体的金相照片。
具体实施方式
[0033] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。
[0034] 实施例1
[0035] 制备一种轿车转向节用铸态低温强韧铁素体球铁材料，其化学组成质量百分比为：C：3.37％，Si：3.29％，Mn：0.26％，S：0.008％，P：0.026％，Cu：0.02％，Sn：0.003％，Cr：0.010％；Mo：0.02％；Ni：0.007％；Mg：0.036％，其余为Fe及不可避免的微量杂质。
[0036] 具体制备方法如下：
[0037] 第一步，采用Q10生铁(由如下质量百分比组分组成：C：≥3.40％；Si：0.50-1.00％；Mn：≤0.20％；S：≤0.02％；P：≤0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。)、回炉料(由如下质量百分比组分组成：C3.1-3.4％；Si3.1-3.3％；Mn0.2-0.3％；S＜0.015％；P＜
0.04％；Cu＜0.1％；Sn＜0.01％；Cr＜0.1％；Mo＜0.1％；Ni＜0.1％；Mg0.03-0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质)、废钢(废钢质量百分比组分组成为C：＜0.10％；Si：＜0.20；
Mn：0.1-0.3％；S：＜0.01％；P：＜0.02％；Cu：＜0.05％；Sn：＜0.01％；Cr：＜0.05％；Mo：＜
0.05％；Ni：＜0.1％；余量为Fe和不可避免的微量杂质)，三者配比：生铁500kg，回炉料
3000kg，废钢1500kg；在中频电炉熔炼中进行熔炼，并添加低硫增碳剂(其中，碳的质量百分含量大于99％，硫的质量百分含量小于0.05％；粒度为0.5-5mm)在炉中补充碳量，熔炼温度为1490-1525℃，保温时间为3-30分钟；
[0038] 第二步，熔炼过程中对中频感应炉中的铁水进行取样检测，所述取样检测过程为：从中频感应电炉中舀取一勺铁水，浇注碳硫试样和光谱试样，分别用碳硫仪和光谱仪检测并进行元素调整；
[0039] 第三步，熔炼出铁后采用凹坑式冲入法进行球化处理和第一次孕育处理(包内孕育处理)：凹坑内，加入为处理铁水重量的1.25-1.35％粒度为3-25mm的稀土镁硅铁球化剂(质量百分比组成为：Mg：5.5-6.2％；Si：44-48％；Ca：0.8-1.2％；稀土0.8-1.2％；Al：≤1.0％；余量为Fe；粒度为3-25mm)；以及为处理铁水重量的0.10-0.12％粒度为2-8mm铋硅铁孕育剂(质量百分组成为：铋0.75-1.30％，硅63-70％，钙0.8-2.8％，钡1.0-3.0％，余为铁)和为处理铁水重量的0.29-0.31％粒度为2-8mm稀土硅铁孕育剂(质量百分组成为：稀土
1.5-2.0％，硅70-76％，钙0.75-1.25％，铝0.75-1.25％，余为铁)进行包内孕育；
[0040] 第四步：然后进行浇注，浇注温度1435-1390℃，进行随流孕育，孕育剂为硅锆铁孕育剂(质量百分比组成为：硅62-69％，锆4.0-5.0％，锰4.0-5.0％，钙1.0-2.0％，余为铁)，粒度为0.2-0.7mm，加入量为浇注铁水重量的0.1-0.2％；铸型为粘土砂湿型、水平分型或高压造型。
[0041] 第五步：浇注后自然冷却。
[0042] 转向节本体材质检测结果见表1、图1所示；表1中金相组织按GB/T9441-2009《球墨铸铁金相检验》检测评判。
[0043] 实施例2
[0044] 该实施例中，所得铸态低温强韧铁素体球铁材料的化学组成质量百分比为：C：3.13％，Si：3.12％，Mn：0.24％，S：0.010％，P：0.025％，Cu：0.03％，Sn：0.003％，Cr：
0.020％，Mo：0.03％；Ni：0.006％；Mg：0.046％，其余为Fe及不可避免的微量杂质。
[0045] 具体制备方法参见实施例1。本实施例中，Q10生铁、回炉料、废钢三者配比为：Q10生铁1000kg，回炉料2000kg，废钢2000kg；其余内容步骤均与实施例1中相同。
[0046] 转向节本体材质检测结果见表1，金相照片与图1类似。
[0047] 实施例3
[0048] 该实施例中，所得铸态低温强韧铁素体球铁材料的化学组成质量百分比为：C：3.25％，Si：3.21％，Mn：0.25％，S：0.007％，P：0.028％，Cu：0.04％，Sn：0.004％，Cr：
0.015％，Mo：0.02％；Ni：0.006％；Mg：0.041％，其余为Fe及不可避免的微量杂质。
[0049] 具体制备方法参见实施例1。本实施例中，Q10生铁、回炉料、废钢三者配比为：Q10生铁750kg，回炉料2500kg，废钢1750kg。其余内容步骤均与实施例1中相同。
[0050] 转向节本体材质检测结果见表1，金相照片与图1类似。
[0051] 表1
[0052]
[0053] 将实施例1-3制备的铸态低温强韧铁素体球铁材料用于制造轿车中的某转向节，具有综合较高的低温冲击韧性、抗拉强度、屈服强度、延伸率和优异的抗疲劳性能特点。
[0054] 综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0055] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
