本發明涉及球墨鑄鐵材料制造，尤其涉及一種低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料及其制備方法。
背景技術：
1、球墨鑄鐵因其良好的強度、韌性和鑄造性能，在工程機械、汽車零部件、管道系統等領域應用廣泛。對于在腐蝕環境下服役的部件，如某些閥門、泵體及耐磨結構件，除了要求材料具備基本的力學性能外，還對耐腐蝕性和耐磨性提出了更高要求。
2、目前，提升球墨鑄鐵耐腐蝕性的傳統途徑主要有兩種：一是采用高鎳鉻合金化，例如開發鎳含量較高（如2%—3%）的奧氏體球墨鑄鐵或使用雙相不銹鋼，但這會導致原材料成本顯著增加，生產周期長；二是依賴中鉻鑄鐵（鉻含量≥5%），其通過形成m7c3型碳化物獲得耐磨性，通過鉻形成的氧化鉻膜獲得一定耐蝕性，但鉻不僅成本較高，且存在韌性較差，在沖擊載荷下易出現脆性斷裂或碳化物剝落的問題，同時也帶來更大的環境負擔。
3、普通的珠光體或鐵素體球墨鑄鐵，在腐蝕介質中，基體容易優先被腐蝕，特別是在珠光體含量較高時，晶界處的滲碳體與鐵素體易形成微電池加速腐蝕。此外，過量的鉻（如質量分數大于0.5%）也會嚴重損害球墨鑄鐵的沖擊韌性。因此，亟需一種能兼顧優良耐腐蝕性、高強高硬、沖擊韌性高以及合理成本的新型球墨鑄鐵材料。
4、為此，本發明特提出本發明以解決上述技術問題。
技術實現思路
1、本發明的第一目的在于提供一種低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵，以質量百分含量計，由以下化學組分組成：c:3.0%～3.8%；si:2.8%～3.2%；mn:0.4%～0.8%；ni:1.0%～1.4%；nb:0.15%～0.2%；cr:0.2%～0.4%；p≤0.03%；s≤0.02%；mg:0.03%～0.06%；re:0.01%～0.02%；余量為鐵。
2、優選的，所述球墨鑄鐵的抗拉強度為934~960mpa，布氏硬度為280~295hbw，最小沖擊功為12～14j。
3、本發明的第二目的在于提供一種低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、原料準備與預處理：將高碳生鐵、廢鋼、硅鐵、鉻鐵于120℃烘干2～3h，將鈮鐵、鎳板切割成≤50mm的小塊備用；
5、s2、中頻爐熔煉：將高碳生鐵、廢鋼、硅鐵、鉻鐵加入中頻感應爐內，通電升溫至1440~1460℃使原料完全熔化；然后加入鎳板，攪拌；升溫至1470~1490℃后加入鈮鐵，充分攪拌并保溫；
6、s3、球化孕育：將鐵水溫度降至1410~1430℃，首先取樣進行快速光譜分析。確認鐵水基體成分符合設計要求。若成分不符，于此處向熔煉爐內加入所需合金元素進行調整，攪拌均勻后再次取樣分析，直至基體成分合格，將占原料總質量1.0%～1.2%的球化包芯線和占原料總質量0.7%～0.9%的孕育包芯線同時加入，球化孕育完成后扒渣出鐵液，調運至澆注裝置；
7、s4、澆注冷卻：將所述合格鐵液澆注至砂型中，澆注時隨流加入原料總質量0.1%～0.2%的硅鐵孕育劑進行隨流孕育；鑄件在砂型中自然冷卻1.5～2.5小時后打箱，打箱時鑄件溫度≤200℃；
8、s5、熱處理：對鑄件進行正火和回火的復合熱處理。
9、優選的，所述步驟s2中，加入鎳板后攪拌時間為2～3min，加入鈮鐵后保溫18～22min。
10、優選的，所述步驟s3中，合金元素包括碳粉、錳粉、硅粉、鉻塊、鎳塊、鈮塊、鎂粉中的一種或多種。
11、優選的，所述步驟s3中，所述球化包芯線為稀土鎂合金包芯線，其中鎂的質量含量為7%～9%，re的質量含量為2%～4%；所述孕育包芯線為硅鋇合金包芯線，其中硅的質量含量為68%～72%，鋇的質量含量為3%～5%。
12、優選的，所述步驟s4中，鐵液溫度控制在1370~1410℃，澆注總時間為8～10min。
13、優選的，所述正火處理為：將鑄件以10~15℃/min的速率加熱至900~940℃，保溫1～2h后空冷；所述回火為以10~15℃/min的速率加熱至550~600℃，保溫1.5～3h，出爐空冷。
14、本發明的有益效果是：
15、本材料通過成分優化和熱處理獲得了強韌性配合良好的細珠光體基體，從而實現了硬度與韌性的最佳平衡，實現了細晶強化、第二相強化與耐腐蝕性能的協同提升。具體而言，鈮在凝固和熱處理過程中形成高熔點的碳化鈮，一方面作為異質形核核心細化基體晶粒，通過細晶強化機制提高材料硬度和強度；另一方面，這些細小、彌散分布的碳化鈮硬質相（nbc）本身具有極高的硬度，能有效抵抗磨料磨損，且因其尺寸細小、分布均勻，避免了粗大碳化物易從基體剝落的風險，從而顯著提升材料的耐磨性。此外，晶粒的細化增加了晶界面積，使得由ni元素作用形成的保護性氧化膜nio能夠更均勻、致密地覆蓋于晶界，有效阻隔腐蝕介質的侵入，增強了材料的耐晶間腐蝕能力。
1.一種低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵，其特征在于，以質量百分含量計，由以下化學組分組成：c:3.0%～3.8%；si:2.8%～3.2%；mn:0.4%～0.8%；ni:1.0%～1.4%；nb:0.15%～0.2%；cr:0.2%～0.4%；p≤0.03%；s≤0.02%；mg:0.03%～0.06%；re:0.01%～0.02%；余量為鐵。
2.根據權利要求1所述的一種低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵，其特征在于，所述球墨鑄鐵的抗拉強度為934~960mpa，布氏硬度為280~295hbw，最小沖擊功為12～14j。
3.一種根據權利要求1所述的低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，加入鎳板后攪拌時間為2～3min，加入鈮鐵后保溫18～22min。
5.根據權利要求3所述的低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，合金元素包括碳粉、錳粉、硅粉、鉻塊、鎳塊、鈮塊、鎂粉中的一種或多種。
6.根據權利要求3所述的低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，所述球化包芯線為稀土鎂合金包芯線，其中鎂的質量含量為7%～9%，re的質量含量為2%～4%；所述孕育包芯線為硅鋇合金包芯線，其中硅的質量含量為68%～72%，鋇的質量含量為3%～5%。
7.根據權利要求3所述的低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，鐵液溫度控制在1370~1410℃，澆注總時間為8～10min。
8.根據權利要求3所述的低鉻型硅鎳鈮球墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，所述正火處理為：將鑄件以10~15℃/min的速率加熱至900~940℃，保溫1～2h后空冷；所述回火為以10~15℃/min的速率加熱至550~600℃，保溫1.5～3h，出爐空冷。