球铁微量元素

球铁450-10的标准成分球墨铸铁450-10是一种高强度、高韧性的铸铁材料，其标准成分具有严格的控制范围。

在全球范围内，球墨铸铁450-10的标准得到了广泛的应用，尤其在汽车、建筑、机械等领域。

本文将对球墨铸铁450-10的标准成分及其应用进行详细解析。

一、球墨铸铁450-10标准的背景介绍球墨铸铁450-10的标准起源于20世纪50年代，经过多年的发展与完善，现已成为全球铸铁行业的重要参考标准。

我国参照国际标准，结合国内生产实际，制定了一系列球墨铸铁450-10的产品标准。

二、球墨铸铁450-10的标准成分概述球墨铸铁450-10的标准成分主要包括：碳（C）含量为2.8%-3.2%，硅（Si）含量为1.8%-3.2%，锰（Mn）含量为0.3%-0.8%，磷（P）含量小于0.1%，硫（S）含量小于0.025%，镁（Mg）含量为0.05%-0.15%，稀土（Re）含量为0.025%-0.1%。

此外，球墨铸铁450-10还含有少量的镍（Ni）、铜（Cu）等元素。

三、球墨铸铁450-10的主要性能特点球墨铸铁450-10具有以下主要性能特点：1.高强度：经过适当的热处理，球墨铸铁450-10的抗拉强度可达到450MPa以上。

2.高韧性：球墨铸铁450-10具有良好的韧性和延展性，其冲击韧度AK值大于6J/cm。

3.良好的耐磨性：球墨铸铁450-10的耐磨性优于普通铸铁，可提高零件的使用寿命。

4.良好的铸造性能：球墨铸铁450-10的流动性好，收缩率低，可获得复杂零件的铸件。

四、球墨铸铁450-10的应用领域球墨铸铁450-10广泛应用于以下领域：1.汽车：球墨铸铁450-10适用于制造汽车发动机、变速器、车架等关键部件。

2.建筑：球墨铸铁450-10用于制造各类建筑五金件、管道、水泵等。

3.机械：球墨铸铁450-10适用于制造重型机械、工程机械、石油化工设备等。

4.电力：球墨铸铁450-10用于制造发电厂、变电站等高压电力设备。

知识篇——球铁中的Mg含量Mg通常是用加入硅铁镁合金（MgFeSi或FeSiMg）的办法进入铁水中的。

当加入Mg时，它的第一个作用是同存在于铁水中的S和O 结合成硫化物和氧化物。

为促进球状石墨的形成，在所有的S和O 已被消耗掉了以前，铁水中是不可能出现成溶解状态的“游离”Mg的。

为了克服基铁中S和O含量的变化，通常都是加入比确实需要多的镁。

此外，也是为了弥补Mg在加入期间因汽化而产生的损失。

仅有部分镁在球化反应结束后溶解于铁水中。

处理后立刻进行分析，铁水的全镁或残镁量包括：·溶解镁；·由镁的化合物（氧化物和硫化物）组成的微小夹杂物；·较大的含Mg渣颗粒。

在随后的铁水停留过程中，构成全镁的这些物质将以不同的途径发生反应。

下图示出的是镁含量在铁水停留过程中的衰退特性。

用仅能给出全镁含量的常规分析方法将构成残余镁的这三种组成之间分离开是不可能的。

石墨球化率随时间衰退的示意图。

第二次加入孕育剂可再次获得充分球化的石墨组织，尽管分析镁含量还在继续下降Mg含量和Mg衰退随停留时间变化的重要特点·分球铁析出来的总残镁量不是溶解镁含量；·Mg含量随处理过的铁水的停留时间的衰退可能是渣分离、夹杂物上浮和溶解镁的汽化损失的结果。

在有些情况下，Mg衰退可以对铁水的洁净度和免除渣的夹带产生好的作用，这是由于有害的渣粒将随铁水的停留而上浮到熔池表面，并因此可以被去除；·采用常规的分析方法只能分析出试样中的全镁含量（渣+微小夹杂物+溶解Mg）；·已经表明：铁水溶解镁随停留时间的损失一般都很小，常常归罪于Mg衰退的球状石墨组织的恶化实际上是孕育衰退造成的。

通过最后加入少量孕育剂常常可以再次获得充分球化的石墨组织。

铁水的取样从铁水取样时，通常是用取样勺将铁水浇入激冷铸模中，这样就可以保证供分析用的试样是同一标样的。

从铁水中得到一个有代表性的试样并不是如此简单的，因为就微量元素和合金化元素的浓度而言，从其取样的大多数铁水是不均匀的。

龙源期刊网 微量元素铋对厚断面球铁组织及性能的影响作者：高文理岑鸽等来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第06期摘要：通过添加不同质量分数的微量Bi和调整残余稀土量，研究其对厚断面球铁组织、抗拉强度、伸长率、硬度和-40 ℃低温冲击韧度的影响.结果表明，对于180 mm × 180 mm ×200 mm试块，添加0.012%Bi可以明显消除其碎块石墨；而对于250 mm × 250 mm × 300 mm 试块，加Bi只能在一定程度上抑制碎块石墨产生，随着Bi量的增加，其抑制作用呈先增强后减弱的趋势，加入Bi的质量分数最佳值为0.010%～0.012%，此时抗拉强度达337 MPa，伸长率为10.4%，-40 ℃低温冲击功可达到10.5 J.适当降低残余稀土量，调整wRE /wBi加=1.3～1.5，可以进一步抑制碎块石墨和改善综合力学性能.关键词：球墨铸铁；铋；微观组织；力学性能中图分类号：TG255 文献标识码：A厚断面球墨铸铁（简称球铁）由于冷却速度缓慢，共晶凝固时间长，易导致球化衰退和孕育衰退，使得铸件中尤其是厚壁中心或热节处出现球化不良、石墨畸变、球数减少、球径增大、成分偏析、晶间碳化物增多及缩松缩孔等等缺陷，特别是碎块石墨的出现，严重影响了铸件的综合性能[1-3].国内外有众多研究者发现，当球铁中某些微量元素（如Bi）与稀土元素以适当比例共存时，则会消除变异石墨，改善球铁性能[2，4-5].但该技术还不够成熟，国内多数铸造企业又没有掌握关键技术，如果直接用于生产，则会存在一定风险.本文制定了严格而合适的化学成分和实验工艺，通过添加不同质量分数的微量Bi和调整残余稀土量，研究了其对球铁心部碎块石墨的抑制作用以及对球铁组织和综合力学性能的影响，从而为获得更好的球铁组织和性能提供依据，为同行提供参考.1实验方法11化学成分原铁液纯净度要高，尽可能排除杂质等干扰因素.遵循高碳，低硅，低锰、磷、硫的原则[6]，球铁主要化学成分范围见表1，其中碳质量分数为原铁水成分要求，其余为处理后要求.采用300 kg 中频电炉熔炼，树脂砂造型，原材料采用本溪Q10生铁和废钢混合配比.熔炼过程中通过浇注白口试样进行光谱分析，并调整原铁液C和Si成分分别为：C 3.70±0.05%，Si。

高质量球墨铸铁微量元素和合金元素的选择与控制1 对球墨铸铁原铁液质量的要求球墨铸铁的生产控制包括原铁液化学成分的选择和控制、球化处理和孕育处理等，其中化学成分的选择和控制非常重要。

球墨铸铁化学成分基本可以分为4类：主要元素为C、Si、Mn、P和S；球化元素为Mg和Ce；合金元素主要有Cu、Ni和Mo等和一些微量元素。

微量元素在球墨铸铁中主要指不是特意加入的，由炉料带来，含量很少的元素。

国内外铸造专家很早就对微量元素的作用进行了研究。

微量元素的作用非常复杂，有些元素有多重作用。

有些元素如Bi、Ti、As、Sn、Pb、Al和Sb等阻碍石墨球化，产生片状石墨或蠕虫状石墨或者造成石墨球不圆整、形状不规则，形成团块状、絮团状石墨等畸变石墨，这些元素常常被称为球化干扰元素。

干扰元素的作用往往有加乘的效果，即一起加入时对石墨形状有更强的有害作用。

纯镁处理时由于微量干扰元素造成的片状石墨如图1所示。

有些元素是很强的合金化元素，促进珠光体形成，如Sn、Pb和Bi等就是很强的珠光体促进元素。

有些微量元素是很强的碳化物形成元素，如Cr、V、Mo、Ti和B 等，都是正偏析元素，易偏析于铸件最后凝固的部位，在晶界处浓度很高，造成晶界碳化物和夹杂。

由于Mn、S 和其他微量合金元素含量较高时造成的晶间碳化物和夹杂[3]如图2所示。

值得注意的是，通常晶间夹杂物尺寸很小，在普通显微镜下很难发现，但是只要有，就会对力学性能有影响，特别是对冲击韧性和疲劳强度等动力学性能有严重的影响。

所以，对于要求低温冲击韧度，或者其他要求的球墨铸铁件，如高铁、风电、核废料储运容器及其他关键运动件和与安全有关的零件，必须严格控制所有可能造成晶间夹杂物的有害元素含量。

白新社，白佳鑫 ，刘武成（河北龙凤山铸业有限公司，河北 武安 056300）摘要：摘要：在球墨铸铁的生产中，化学成分的选择和控制是非常重要的。

论述了铁液纯净度的重要性以及高纯和超高纯生铁对球墨铸铁的显微组织及力学性能的影响。

通常很多元素在铸铁中的含量是很少的，但是会对组织和性能有很大的影响。

一些是工艺添加的，但还有一些是原材料中带入的。

这些元素中的一些元素对铸件是有益的，特别是在灰铁当中；但也有一些元素是非常有害的应该尽可能避免的。

以下表格列出了这些元素的通常来源、通常的含量范围及主要作用。

这些元素中的一些元素作为主要工艺添加元素不被包含在下列表格中。

Al铝铝脱氧废钢、孕育剂、铁合金、轻合金零部件、工艺添加最大 0.03 在薄壁铸件中超过0.005%的Al含量就会促进氢气孔的产生。

中和氮；促进渣的形成。

超过0.08%的含量就会对球型石墨不利。

可以被铈中和，同时有强烈的稳定石墨作用。

Sb锑废钢、搪瓷釉废料、轴承壳体、工艺添加最大0.02 强烈的珠光体和渗碳体促进作用。

在没有稀土元素中和的情况下，抑制球型石墨产生。

As砷生铁、废钢最大0.05 强烈的促进珠光体和碳化物，改善球型石墨形状。

Ba钡含钡孕育剂最大0.003 促进石墨形核和减少衰退，降低白口倾向和促进石墨形成。

Bi铋工艺添加，铸型涂料中含铋很少超过0.01 促进白口化和非预期石墨形态。

在含稀土元素（铈）的球体俄中能够增加石墨球数，过量的石墨球可能产生缩松问题。

B硼搪瓷釉废料、工艺添加硼铁最大0.01 超过5PPM促进铁素体形成，超过10PPM促进碳化物形成（特别在球铁中），超过20PPM促进可锻铸铁的回火效果。

Ca钙铁合金、球化剂、孕育剂最大0.01 提高球型石墨圆整度，改善石墨形核，减少白口倾向和促进石墨化。

Ce铈大部分镁合金或者以铈镧稀土合金或者其它稀土形式添加最大0.02 通常不在灰铁中使用，在球铁中主要是消除有害元素，改善石墨球圆整度。

在偏析的时候会对碳化物其稳定作用。

Cr铬合金钢、涂铬层、一些生铁、铬铁最大0.3 促进白口化和珠光体形成，增加强度。

球体中高于0.05%的含量形成碳化物偏析。

Co钴工具钢最大0.02 在铸铁中午显著影响Cu铜铜线、铜合金、废钢、工艺添加最大0.5 促进珠光体、改善强度、在球体中减少铁素体形成。

问题：球铁的主要微量元素，它们的作用是什么？
1) 碳和硅是组成球铁的基本成分
碳是石墨源泉，碳量不足铁水凝固时石墨就少，因此要求铁水中要有足够高的含碳量；硅是为了保证石墨化和控制机体组织而加入的，硅量不足，铁水凝固的石墨化结晶就困难，尽管铁水在高碳前提下球化了，但不能保证凝固时的石墨化。

尽管碳和硅都是有利成分，但并不是越多越好。

2) 硫及磷对球铁冶金特性的影响
硫与球化元素反应生成硫化物，通过消耗镁而阻碍石墨球化作用；硫与锰形成硫化锰，它抑制球化石墨生长，起阻碍球化作用。

磷促进共晶阶段石墨化，但有阻碍共析渗碳体分解的作用，即阻碍了共析时的石墨化，磷过量还可能形成三元磷晶体，从而导致球管缩松或冷裂。

（备注：共晶和共析反应都会形成相应的成分，共晶是液相铁碳合金转变为奥氏体和渗碳体；共析是奥氏体转变为铁素体和渗碳体，即珠光体。

）
3）必要的合金因素
锰一般情况是炉料带入的，锰无石墨化作用，我们认为它或多或少与硫形成硫化锰，通过硫化锰而间接的阻碍球化。

总而言之，为了提高球化效果，圣戈班管道系统在工艺和质量控制上严格控制C、SI 含量，消除S、Mn的影响，有效控制P的含量，加上我们退火炉及其闭环反馈的全自动控制系统，使我们的球墨铸铁管成为以铁素体为主要成分，石墨球化级别很高的高性能材料，它不仅有良好的强度和硬度，而且有优异的塑性和韧性。

一般碳在3%到4%，硅2%到4%，硫不大于0.015%。