專利名稱：：一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鑄態(tài)球鐵及其生產(chǎn)方法，尤其是一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵及其生產(chǎn)方法。背暈技術(shù)大斷面高韌性球鐵在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用，包含輪轂、機艙底座等大型鑄件，單件重量可達515噸。國外一般采用EN1563材料標(biāo)準(zhǔn)，通常材料牌號為ENGJS400-18-LT(該牌號要求-2(TC的低溫沖擊性能)和ENGJS350-22-LT(該牌號要求-40'C的低溫沖擊性能)的高韌性球鐵，前者相當(dāng)于中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB1348-88中的牌號QT400-18-AL，而后者國內(nèi)尚未有此牌號標(biāo)準(zhǔn)。部件檢驗要求取聯(lián)鑄試塊進行性能和金相組織檢驗；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，聯(lián)鑄試塊的厚度為70mm。其技術(shù)要求是A、常溫機械性能要求為。b》370MPa、oQ.2》220MPa、S>12%、HB130~180。B、球化率要求90%以上(球化等級2級)；基體中鐵素體》90%。C、-20"/-40匸低溫沖擊值要求為三個試樣平均》10J，最低》7J。由于風(fēng)電鑄件的使用條件十分苛刻，且要求使用壽命為20年以上，不允許出現(xiàn)鑄件斷裂、失效等多種質(zhì)量事故，每個部件都要求具有可追溯性，因此部件的質(zhì)量要求、特別是質(zhì)量穩(wěn)定性的要求極為嚴(yán)格。國外一般采用加NiO.2-2%生產(chǎn)此類鑄件。但Ni屬于貴重金屬，成本很高，不適合我國國情。國內(nèi)公開的申請專利CN03811060.1采取了加Ni、Cu、Mo的方法，并結(jié)合熱處理，結(jié)果會導(dǎo)致成本更高。在國內(nèi)公布的另一項專利CN100337770中，取消了加Ni的方法，但所述的球化劑的配方是Rel-2%，Mg7-9%，Si40-46%。該配方為生產(chǎn)普通球鐵的常規(guī)配方，生產(chǎn)對-20'C至-4(TC的低溫沖擊性能有特殊要求的大斷面球鐵鑄件，采用這種常規(guī)球化劑是很難保證優(yōu)異的材料性能及其穩(wěn)定性的。此外，該專利對于Si的規(guī)定其上限值過高，為3.0%，會造成鑄件的脆性轉(zhuǎn)變溫度的急劇降低，從而導(dǎo)致鑄件的低溫沖擊韌性的急劇下降，存在安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的技術(shù)問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵及其生產(chǎn)方法，該耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵較現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的球鐵具有更高的低溫沖擊韌性和延伸率，不含Ni，可滿足對-20'C至-4(TC的低溫沖擊性能有特殊要求的大斷面球鐵鑄件的要求；采用該方法生產(chǎn)的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵，以普通鑄鐵為原料，球化率高，機械性能達到或超出EN1563標(biāo)準(zhǔn)中GJS400-18-LT牌號的要求。解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵，該球鐵成分中不含Ni，所述耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的化學(xué)成分為C3.63.8%、Si2.02.5%、Mn《0.350%、S《0.020/o、P《0.05%、Ti《0.05%、Mg0.040.06o/。、Re0.020.03%、余量為Fe。一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，所述耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵是按照如下工藝生產(chǎn)的調(diào)整爐中的原鐵水化學(xué)成分為C3.73.9%、Si0.81.2%、Mn《0.38%、S《0.035%、P《0.05%、Ti《0.05%、余量為Fe;采用沖入法進行球化處理，同時進行爐前一次孕育，球化處理的溫度為1380143(TC,球^劑加入總量為鐵水重量的1.41.6%，孕育劑添加比例為鐵水重量的0.40.5%;待沖入的鐵水達到鐵水總量的2/3時，進行出鐵槽二次孕育，孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.40.5%，直至全部鐵水沖入完畢，完成出鐵槽二次孕育;將經(jīng)球化、二次孕育處理后的熔融鐵水在1320136(TC溫度條件下澆注到樹脂砂鑄型中，在澆注過程中同時采取瞬時三次孕育，瞬時孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.2%;澆注后的液態(tài)鐵水在鑄型中凝固成型，并在鑄型中緩慢冷卻至420°C以下后落砂取出。所述球化劑為釔基重稀土球化劑和輕稀土-鎂球化劑的復(fù)合球化劑。所述復(fù)合球化劑中釔基重稀土球化劑的加入量為處理鐵水重量的0.80.9%，輕稀土-鎂球化劑的加入量為處理鐵水重量0.60.7%。所述復(fù)合球化劑中釔基重稀土球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、YRE0.5-2.0%、Ba2-3%、Ca2-3%、Si41-43%、余量為Fe;所述復(fù)合球化劑中輕稀土-鎂球化劑化學(xué)成分為Mg7-8。/。、CeREl-2%、Ba2-3%、Ca2-3%、Si41-43%、余量為Fe。所述爐前一次孕育和出鐵槽二次孕育過程中所用的孕育劑化學(xué)成分為Ba4-6%、Cal-2%、Si66-69%、余量為Fe。所述瞬時三次孕育過程中所用的瞬時孕育劑化學(xué)成分為CeREl-2%、Ba2-3%、CaO-3%、Si65-68%、余量為Fe。有益效果Si在球墨鑄鐵中對性能的影響較大，主要表現(xiàn)在Si可以代替Ni對基體的固溶強化作用，同時Si能細化石墨，提高石墨球的圓整度，而且球墨鑄鐵經(jīng)過球化處理過的鐵水有較大的結(jié)晶過冷和形成白口傾向，Si能夠減少這種傾向，但是Si量控制過高，會促使大斷面球鐵中碎塊狀石墨的生成，降低低溫沖擊韌性，因此，本發(fā)明將Si的含量控制在2.02.5。/。；Mn具有嚴(yán)重的正偏析傾向，往往富集于共晶團晶界處，促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性，對厚大斷面球鐵來說，Mn的偏析傾向更嚴(yán)重，同時Mn含量的提高，基體中的珠光體含量提高，所以提高強度指標(biāo)的同時，降低韌性，因此對高韌性球墨鑄鐵中Mn含量控制應(yīng)更嚴(yán)格，在原材料可能的情況下Mn越低越好，對于厚大鑄件，Mn的控制上限為0.35%;P在球墨鑄鐵中有嚴(yán)重的偏析傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴(yán)重降低球墨鑄鐵的韌性，特別是低溫沖擊韌性，P還增大球墨鑄鐵的縮松傾向，因此，應(yīng)將P控制在0.05%以下；S在球墨鑄鐵中與球化元素有很強的化合能力，生成硫化物和硫氧化物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，而且還使夾雜物數(shù)量增多，球化衰退速度加快，因此，本發(fā)明將S最終控制在0.02%以下；Ti是反球化元素，會造成石墨畸變，降低球化率，所以必須加以嚴(yán)格控制，因此，本發(fā)明中Ti的含量控制在小于0.05y。。由于本發(fā)明對上述元素的含量進行了合理的限定，使得采用本發(fā)明球鐵的鑄件具有更好的低溫沖擊韌性，可滿足對-2(TC至-4(TC的低溫沖擊性能有特殊要求的大斷面球鐵鑄件的要求。在本發(fā)明的生產(chǎn)方法生產(chǎn)厚大斷面球鐵件時，為了提高抗衰退能力，在球化劑中加入一定比例的重稀土，這樣既可以保證起球化作用的Mg的含量，同時也可以增加具有較高抗衰退能力的重稀土元素，其中Y的球化能力僅次于Mg，但其抗衰退能力比Mg強的多，且不回硫，Y可過量加入，高碳孕育良好時，不會出現(xiàn)滲碳體。另外，Y與P可形成高熔點夾雜物，使磷共晶減少并彌散，從而迸一步提高球鐵的延伸率。因此本發(fā)明在球化過程中采用的球化劑為釔基重稀土球化劑和輕稀土-鎂球化劑的復(fù)合球化劑，使得本發(fā)明的球化效果較現(xiàn)有技術(shù)有很大的提高，球化率可穩(wěn)定達到卯一95%;孕育處理是耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵，為了保證孕育效果，本發(fā)明采用了爐前一次孕育——出鐵槽二次孕育——瞬時三次孕育的三級孕育工藝，并采用特殊的孕育劑，有效地防止了孕育衰退，使石墨球的直徑、石墨球數(shù)和石墨球的園整度等指標(biāo)均超出現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的球鐵。由于采用了釔基重稀土球化劑和輕稀土-鎂球化劑的復(fù)合球化劑和三級孕育工藝使得本發(fā)明的工藝穩(wěn)定性得到大大提高，同時材料性能有較大的提高，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵鑄成的鑄件不經(jīng)熱處理，在滿足常溫機械性能的前提下，低溫沖擊性能可以穩(wěn)定地超過標(biāo)準(zhǔn)要求20%以上，常溫延伸率可以超出標(biāo)準(zhǔn)1倍以上。表1是采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵鑄件的機械性能與GJS400-18-LT牌號的機械性能對照表，表2是采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵鑄件的機械性能與GJS350-22-LT牌號的機械性能對照表(表中的試樣檢驗數(shù)據(jù)分別來自沈陽鑄造研究所和大連重工集團檢測中心)表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具體實施例方式實施例1生產(chǎn)的耐-20'C的低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵，該球鐵成分中不含Ni，其化學(xué)成分為C3.6%、Si2.0%、Mn0.35%、S0.02%、P0.05%、Ti0.05%、Mg0.04%、Re0.02%、余量為Fe。耐-2(TC的低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法對爐中熔化的鐵水進行調(diào)溫、調(diào)質(zhì)，使其化學(xué)成分達到C3.7%、Si0.8%、Mn0.38%、S0.035%、P0.05%、Ti0.05%、余量為Fe;先將處理包預(yù)熱至50(TC，清除包底殘渣鐵塊，向堤壩或凹坑內(nèi)裝入球化劑，平底包可放入一側(cè)，上面覆蓋孕育劑，其粒度等于或小于球化劑，然后再覆蓋無銹鐵屑或草灰、蘇打、珍珠巖集渣劑等，將鐵水溫度控制在1380143(TC間，采用沖入法進行球化處理，同時進行爐前一次孕育，球化劑加入總量為處理鐵水重量的1.4%,—次孕育劑添加比例為處理鐵水重量的0.4%;待倒入處理包的鐵水達到鐵水總量的2/3時，從出鐵槽將二次孕育劑沖入處理包內(nèi)，進行出鐵槽二次孕育，孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.4%,直至全部鐵水倒入處理包，完成出鐵槽二次孕育；將經(jīng)球化、二次孕育處理后的熔融鐵水在1320136(TC溫度條件下澆注到樹脂砂鑄型中，在澆注過程中在水口箱中加入瞬時孕育劑，進行瞬時三次孕育，瞬時孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.2%;澆注后的液態(tài)鐵水在鑄型中凝固成型，并在鑄型中緩慢冷卻至42(TC以下后落砂取出。所述球化劑為釔基重稀土球化劑和輕稀土-鎂球化劑的復(fù)合球化劑，復(fù)合球化劑中釔基重稀土球化劑的加入量為處理鐵水重量的0.8%,輕稀土-鎂球化劑的加入量為處理鐵水重量0.6%。釔基重稀土球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、YRE0.5-2.0%、Ba2-3%、Ca2-3°/o、Si41-43%、余量為Fe;輕稀土-鎂球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、CeREl-2%、Ba2-3%、Ca2-3%、Si41-43%、余量為Fe。爐前一次孕育和出鐵槽二次孕育過程中所用的孕育劑化學(xué)成分為Ba4-6%、Cal-2%、Si66-69%、余量為Fe。在瞬時三次孕育過程中所用的瞬時孕育劑化學(xué)成分為CeREl-2%、Ba2-3%、CaO-3%、Si65-68%、余量為Fe。實施例2生產(chǎn)的耐-4(TC的低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵，該球鐵成分中不含Ni，其化學(xué)成分為C3.8%、Si2.5%、Mn0.35%、S0.02%、P0.05%、Ti0.05%、Mg0.06%、Re0.03°/。、余量為Fe。耐-40'C的低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法對爐中融化的鐵水進行調(diào)溫、調(diào)質(zhì)，使其化學(xué)成分達到C3.9%、Si1.2%、Mn0.38Q/。、S《0.035%、P《0.05%、Ti《0.05%、余量為Fe;先將處理包預(yù)熱至500°C，清除包底殘渣鐵塊，向堤壩或凹坑內(nèi)裝入球化劑，平底包可放入一側(cè)。上面覆蓋孕育劑，其粒度等于或小于球化劑，然后再覆蓋無銹鐵屑或草灰、蘇打、珍珠巖集渣劑等。將鐵水溫度控制在1380143(TC間，采用沖入法進行球化處理，同時進行爐前一次孕育，球化劑加入總量為處理鐵水重量的1.6%，一次孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.5%;待倒入處理包的鐵水達到鐵水總量的2/3時，從出鐵槽將二次孕育劑沖入處理包內(nèi)，進行出鐵槽二次孕育，孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.5%，直至全部鐵水倒入處理包，完成出鐵槽二次孕育；將經(jīng)球化、二次孕育處理后的熔融鐵水在13201360'C溫度條件下澆注到樹脂砂鑄型中，在澆注過程中在水口箱中加入瞬時孕育劑，進行瞬時三次孕育，瞬時孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.2%;澆注后的液態(tài)鐵水在鑄型中凝固成型，并在鑄型中緩慢冷卻至42(TC以下后落砂取出。所述球化劑為釔基重稀土球化劑和輕稀土-鎂球化劑的復(fù)合球化劑，復(fù)合球化劑中釔基重稀土球化劑的加入量為處理鐵水重量的0.9%，輕稀土-鎂球化劑的加入量為處理鐵水重量0.7%。紀(jì)基重稀土球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、YRE0.5-2.0%、Ba2-3%、Ca2-3°/o、Si41-43%、余量為Fe;輕稀土-鎂球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、CeREl-2%、Ba2-3%、Ca2-3%、Si41-43%、余量為Fe;爐前一次孕育和出鐵槽二次孕育過程中所用的孕育劑化學(xué)成分為Ba4-6%、Cal-2%、Si66-69%、余量為Fe。在瞬時三次孕育過程中所用的瞬時孕育劑化學(xué)成分為CeREl-2%、Ba2-3%、Ca0-3%、Si65-68%、余量為Fe。本發(fā)明中各化學(xué)成分的百分比均為重量比。本發(fā)明生產(chǎn)的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵鑄成的鑄件可用于1.5MW風(fēng)電機組輪轂、機艙底座等大斷面、工作環(huán)境惡劣、對低溫沖擊性能有特殊要求的大型鑄件。權(quán)利要求1.一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵，該球鐵成分中不含Ni，其特征是所述耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的化學(xué)成分為C3.6～3.8％、Si2.0～2.5％、Mn≤0.350％、S≤0.02％、P≤0.05％、Ti≤0.05％、Mg0.04～0.06％、Re0.02～0.03％、余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵是按照如下工藝生產(chǎn)的調(diào)整爐中的原鐵水化學(xué)成分為C3.73.9%、Si0.81.2%、Mn《0.38%、S《0.035%、P《0.05%、Ti《0.05%、余量為Fe;采用沖入法進行球化處理，同時進行爐前一次孕育，球化處理的溫度為13801430°C，球化劑加入總量為鐵水重量的1.41.6%，孕育的加入量為處理鐵水重量的0.40.5%;待沖入的鐵水達到鐵水總量的2/3時，進行出鐵槽二次孕育，孕育劑添加比例為處理鐵水重量的0.40.5%，直至全部鐵水沖入完畢，完成出鐵槽二次孕育；將經(jīng)球化、二次孕育處理后的熔融鐵水在13201360'C溫度條件下澆注到樹脂砂鑄型中，在澆注過程中同時采取瞬時三次孕育，瞬時孕育劑的加入量為處理鐵水重量的0.2%;澆注后的液態(tài)鐵水在鑄型中凝固成型，并在鑄型中緩慢冷卻至420°C以下后落砂取出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述球化劑為釔基重稀土球化劑和輕稀土-鎂球化劑的復(fù)合球化劑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述復(fù)合球化劑中釔基重稀土球化劑的加入量為處理鐵水重量的0.80.9%，輕稀土-鎂球化劑的加入量為處理鐵水重量0.60.7%。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述復(fù)合球化劑中釔基重稀土球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、YRE0.5-2.0%、Ba2-3%、Ca2-3%、Si41-43%、余量為Fe;所述復(fù)合球化劑中輕稀土-鎂球化劑化學(xué)成分為Mg7-8%、CeREl-2%、Ba2-3%、Ca2-3%、Si41-43%、余量為Fe。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述爐前一次孕育和出鐵槽二次孕育過程中所用的孕育劑化學(xué)成分為Ba4-6%、Cal-2%、Si66-69%、余量為Fe。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述瞬時三次孕育過程中所用的瞬時孕育劑化學(xué)成分為CeREl-2%、Ba2-3%、Ca0-3%、Si65-68%、余量為Fe。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述爐前一次孕育和出鐵槽二次孕育過程中所用的孕育劑化學(xué)成分為Ba4-6°/。、Cal-2%、Si66-69%、余量為Fe。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵的生產(chǎn)方法，其特征是所述瞬時三次孕育過程中所用的瞬時孕育劑化學(xué)成分為CeREl-2%、Ba2-3°/。、Ca0-3%、Si65-68%、余量為Fe。全文摘要本發(fā)明公開了一種耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵及其生產(chǎn)方法，該耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵較現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的球鐵具有更高的低溫沖擊韌性和延伸率，不含Ni，可滿足對-20℃至-40℃的低溫沖擊性能有特殊要求的大斷面球鐵鑄件的要求；采用該方法生產(chǎn)的耐低溫沖擊大斷面鑄態(tài)球鐵，以普通鑄鐵為原料，球化率高，機械性能達到或超出EN1563標(biāo)準(zhǔn)中GJS400-18-LT牌號的要求。文檔編號C21C7/00GK101363097SQ20081001352公開日2009年2月11日申請日期2008年10月7日優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日發(fā)明者宮俊波,李瑞學(xué),英陳申請人:遼寧隆達集團百星達鑄造有限責(zé)任公司