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专利名称：一种铸态超低温球墨铸铁及其生产方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310319387.6

专利申请（专利权）人：共享装备股份有限公司
权利人地址：宁夏回族自治区银川市西夏区北京西路550号

专利发明（设计）人：潘骏,韩军,骆坤,田鑫,马秉平

专利摘要：本发明属于铸造技术领域，主要涉及一种铸态超低温球墨铸铁及其生产方法，所述铸态超低温球墨铸铁中各成分的重量百分比含量包括：3.70％～3.90％的C，1.90％～2.10％的Si，≤0.10％的Mn，≤0.030％的P，≤0.012％的S，0.45％～0.55％的Ni，0.035％～0.055％的Mg，≤0.006％的Ce，≤0.03％的Cu，≤0.004％的Sn，≤0.0015％Pb，≤0.001％的Bi，≤0.002％的Sb，≤0.035％的Cr，≤0.002％的As，余量为Fe和杂质元素；所述铸态超低温球墨铸铁的珠光体系数Px＜2.0。本发明公开的铸态超低温球墨铸铁，无需进行铁素体化退火，铸态即可达到QT350?22LT材质指标要求，?60℃低温冲击韧性良好，简化生产工艺，降低生产能耗，质量稳定；使用硅镁合金球化剂搭配稀土球化剂进行球化处理，球化反应平稳，球化率高，具有石墨球圆整度高、石墨球细小等优点。

主权利要求：
1.一种铸态超低温球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述铸态超低温球墨铸铁的化学成分按重量百分比含量计，包括：
3.70％～3.90％的C，1.90％～2.10％的Si，≤0.10％的Mn，≤0.030％的P，≤0.012％的S，0.45％～0.55％的Ni，0.035％～0.055％的Mg，≤0.006％的Ce，≤0.03％的Cu，≤0.004％的Sn，≤0.0015％Pb，≤0.001％的Bi，≤0.002％的Sb，≤
0.035％的Cr，≤0.002％的As，余量为Fe和杂质元素；
所述铸态超低温球墨铸铁的珠光体系数Px＜2.0；
所述珠光体系数的计算公式为：
Px＝3.0Mn?2.65(Si?2.0)+7.75Cu+90Sn+357Pb+333Bi+20.1As+9.6Cr+71.7Sb；
所述生产方法，包括以下步骤：
熔炼，称取60％～70％高纯生铁、30％～40％低锰废钢，0.80％～1.00％增碳剂，
0.60％～0.80％硅铁加入熔炼炉内熔化；
预处理，向熔炼炉内加入0.40％～0.60％的碳化硅；
变质处理，将出铁重量0.40％～0.50％的硅镁合金球化剂、出铁重量0.50％～0.60％的稀土球化剂、出铁重量0.40％～0.60％的硅钡孕育剂和出铁重量0.60％～0.80％的硅钢片提前置于浇包内，将预处理后的铁水倒入浇包内进行变质处理，变质处理结束后扒渣；
浇注，提前在浇包的孕育斗内置入浇注重量0.1％～0.15％的复合孕育剂，浇注时将孕育斗打开，孕育剂流在变质处理后的铁水流上一同进入型腔；
所述硅镁合金球化剂包括43％～48％的Si、6.5％～7.5％的Mg和0.5％～2.0％的Ca；
所述稀土球化剂包括44％～48％的Si、5.5％～6.2％的Mg、0.5％～1.5％的RE和0.8％～1.2％的Ca；
所述硅钡孕育剂包括65％～75％的Si、2％～4％Ba和≤1.5％的Ca；
所述复合孕育剂包括65％～75％的Si、0.6％～1.2％Sr、≤0.10％的Ca和≤0.50％的Al。
2.根据权利要求1所述的铸态超低温球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述铸态超低温球墨铸铁的Rm≥330MPa，Rp0.2≥210MPa，A≥18％；V型缺口冲击试样的?60℃冲击吸收功单个值≥9J，平均值≥12J。
3.根据权利要求1所述的铸态超低温球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述铸态超低2
温球墨铸铁的球化率≥90％，石墨个数≥120个/mm。
4.根据权利要求1所述的铸态超低温球墨铸铁的生产方法，其特征在于，在所述变质处理步骤，所述硅镁合金球化剂和所述稀土球化剂放置于浇包包底的球化反应室中，所述硅钡孕育剂置于两种球化剂上，所述硅钢片置于所述硅钡孕育剂上。
5.根据权利要求4所述的铸态超低温球墨铸铁的生产方法，其特征在于，所述硅镁合金球化剂的粒度为10mm～30mm，所述稀土球化剂的粒度为10mm～30mm，所述硅钡孕育剂的粒度为1mm～6mm，所述硅镁合金球化剂、所述稀土球化剂、所述硅钡孕育剂和所述硅钢片均捣实；所述复合孕育剂的粒度为0.20mm～0.80mm。 说明书 : 一种铸态超低温球墨铸铁及其生产方法技术领域[0001] 本发明属于铸造技术领域，主要涉及一种铸态超低温球墨铸铁及其生产方法。背景技术[0002] 球墨铸铁在低温环境使用时，其韧性急剧下降，使球墨铸铁转变为脆性材料，无法抵抗各种使用环境所产生的冲击，可能导致零件的突然脆断，从而引发重大的经济损失。对球墨铸铁的配料、球化、孕育处理工艺的改进可得到低温高韧性球墨铸铁。低温高韧性球墨铸铁主要用于寒冷地区的重要设备部件，如风电的轮毂、底座等构件，铁路及地铁配件，石油及石化配件等。[0003] 随着风电场的逐步开发，环境恶劣但风能资源丰富地区也要开发为风。饩鸵罂⒉闹饰猀T350?22LT的超低温型球墨铸铁零部件。当温度降至?60℃时，冲击功随着温度下降的应变速率大幅度提高，故对基体组织中珠光体含量有更高的要求。就现有生产工艺而言，基体组织中珠光体含量控制不稳定，为达到材料?60℃冲击性能要求，一般需对铸件进行铁素体化退火处理，以消除铸件基体组织中的珠光体，这导致成本增加，运转周期增长，劳动生产率下降。发明内容[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种铸态超低温球墨铸铁及其生产方法，不需要铁素体化退火，即可生产高强度、高韧性超低温球墨铸铁，铸态材料在?60℃具有高的冲击功。[0005] 为了达到上述目的，本发明技术方案如下：[0006] 一种铸态超低温球墨铸铁，化学成分按重量百分比含量计，包括：[0007] 3.70％～3.90％的C，1.90％～2.10％的Si，≤0.10％的Mn，≤0.030％的P，≤0.012％的S，0.45％～0.55％的Ni，0.035％～0.055％的Mg，≤0.006％的Ce，≤0.03％的Cu，≤0.004％的Sn，≤0.0015％Pb，≤0.001％的Bi，≤0.002％的Sb，≤0.035％的Cr，≤0.002％的As，余量为Fe和杂质元素；所述铸态超低温球墨铸铁的珠光体系数Px＜2.0；所述珠光体系数的计算公式为：[0008] Px＝3.0Mn?2.65(Si?2.0)+7.75Cu+90Sn+357Pb+333Bi+20.1As+9.6Cr+71.7Sb。[0009] 优选地，所述铸态超低温球墨铸铁的珠光体系数Px＜1.7。[0010] 进一步地，所述铸态超低温球墨铸铁的Rm≥330MPa，Rp0.2≥210MPa，A≥18％；V型缺口冲击试样的?60℃冲击吸收功单个值≥9J，平均值≥12J。[0011] 进一步地，所述铸态超低温球墨铸铁的球化率≥90％，石墨个数≥120个/mm2。[0012] 上述任意所述的铸态超低温球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：[0013] 熔炼，称取60％～70％高纯生铁、30％～40％低锰废钢，0.80％～1.00％增碳剂，0.60％～0.80％硅铁加入熔炼炉内熔化；[0014] 预处理，向熔炼炉内加入0.40％～0.60％的碳化硅；[0015] 变质处理，将出铁重量0.40％～0.50％的硅镁合金球化剂、出铁重量0.50％～0.60％的稀土球化剂、出铁重量0.40％～0.60％的硅钡孕育剂和出铁重量0.60％～0.80％的硅钢片提前置于浇包内，将预处理后的铁水倒入浇包内进行变质处理，变质处理结束后扒渣；[0016] 浇注，提前在浇包的孕育斗内置入浇注重量0.1％～0.15％的复合孕育剂，浇注时将孕育斗打开，孕育剂流在变质处理后的铁水流上一同进入型腔。[0017] 进一步地，所述硅镁合金球化剂包括43％～48％的Si、6.5％～7.5％的Mg和0.5％～2.0％的Ca。[0018] 进一步地，所述稀土球化剂包括44％～48％的Si、5.5％～6.2％的Mg、0.5％～1.5％的RE和0.8％～1.2％的Ca。[0019] 进一步地，所述硅钡孕育剂包括65％～75％的Si、2％～4％Ba和≤1.5％的Ca。[0020] 进一步地，所述复合孕育剂包括65％～75％的Si、0.6％～1.2％Sr、≤0.10％的Ca和≤0.50％的Al。[0021] 进一步地，在所述变质处理步骤，所述硅镁合金球化剂和所述稀土球化剂放置于浇包包底的球化反应室中，所述硅钡孕育剂置于两种球化剂上，所述硅钢片置于所述硅钡孕育剂上。[0022] 进一步地，所述硅镁合金球化剂的粒度为10mm～30mm，所述稀土球化剂的粒度为10mm～30mm，所述硅钡孕育剂的粒度为1mm～6mm，所述硅镁合金球化剂、所述稀土球化剂、所述硅钡孕育剂和所述硅钢片均捣实。。[0023] 进一步地，所述复合孕育剂的粒度为0.20mm～0.80mm。[0024] 由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：[0025] 本发明公开的铸态超低温球墨铸铁，无需进行铁素体化退火，铸态即可达到QT350?22LT材质指标要求，?60℃低温冲击韧性良好，简化生产工艺，降低生产能耗，质量稳定。[0026] 本发明公开的铸态超低温球墨铸铁，使用硅镁合金球化剂搭配稀土球化剂进行球化处理，球化反应平稳，球化率高，具有石墨球圆整度高、石墨球细小等优点；采用碳化硅进行预处理，浇注过程中使用复合孕育剂进行瞬时孕育，有效增强铁液形核能力，延长孕育效果，细化晶粒，促进组织铁素体化，有效防止珠光体组织的产生。具体实施方式[0027] 下面具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围。[0028] 实施例中的百分比、％、分数，如无特别说明指的是以重量计算。[0029] 本发明实施例公开一种铸态超低温球墨铸铁，炉后化学成分的重量百分比含量包括：[0030] 3.70％～3.90％的C，1.90％～2.10％的Si，≤0.10％的Mn，≤0.030％的P，≤0.012％的S，0.45％～0.55％的Ni，0.035％～0.055％的Mg，≤0.006％的Ce，≤0.03％的Cu，≤0.004％的Sn，≤0.0015％Pb，≤0.001％的Bi，≤0.002％的Sb，≤0.035％的Cr，≤0.002％的As，余量为Fe和杂质元素。为有效降低基体组织中的珠光体含量，该铸态超低温球墨铸铁的珠光体系数Px＜2.0，其中，珠光体系数的计算公式为：[0031] Px＝3.0Mn?2.65(Si?2.0)+7.75Cu+90Sn+357Pb+333Bi+20.1As+9.6Cr+71.7Sb。[0032] 本发明实施例公开的铸态超低温球墨铸铁，原料配比包括60％～70％的高纯生铁，30％～40％的低锰废钢，0.8％～1.0％的增碳剂和0.6％～0.8％的硅铁，原料中采用高纯生铁和低锰废钢，有效控制珠光体系数Px＜2.0，避免形成珠光体组织，不进行铁素体化退火即可达到材料所需的?60℃低温冲击韧性；材料力学性能达到Rm≥330MPa，Rp0.2≥210MPa，A≥18％；V型缺口冲击试样的?60℃冲击吸收功单个值≥9J，平均值≥12J，金相组2织达到球化率≥90％，石墨个数≥120个/mm，并且基体组织中未出现珠光体组织。[0033] 本发明实施例公开的铸态超低温球墨铸铁，使用感应电炉进行熔炼，熔炼工艺过程包括：[0034] 用电子秤称取60％～70％的高纯生铁，30％～40％的低锰废钢，0.8％～1.0％的增碳剂和0.6％～0.8％的硅铁放入感应电炉中熔化，加料顺序为废钢先于高纯生铁，熔化温度＜1380℃；熔化完成后可以取样使用光谱仪检测炉前成分，取样温度可以为1420℃～1440℃，过热温度可以为1470℃～1490℃。[0035] 本发明实施例公开的铸态超低温球墨铸铁，熔化完成后进行炉前预处理，预处理工艺过程包括：[0036] 感应电炉中加入0.40％～0.60％碳化硅，加入碳化硅进行预处理可以增加共晶团数量，降低铁液过冷度，并且碳化硅还具有脱氧作用，使脱氧产物在铁液中进行一系列反应，减轻锈蚀炉料中氧化物的有害影响，有效净化铁液。优选地，碳化硅的粒度为1mm～4mm，SiC含量≥98％。[0037] 本发明实施例公开的铸态超低温球墨铸铁，预处理完成后进行变质处理，变质处理工艺过程包括：[0038] S1、将硅镁合金球化剂和稀土球化剂放入浇包包底的球化反应室中并捣实，其中，硅镁合金球化剂的加入量为出铁重量的0.40％～0.50％，稀土球化剂的加入量为出铁重量的0.50％～0.60％。[0039] 硅镁合金球化剂可以包括43％～48％的Si、6.5％～7.5％的Mg和0.5％～2.0％的Ca，其粒度可以为10mm～30mm。稀土球化剂可以包括44％～48％的Si、5.5％～6.2％的Mg、0.5％～1.5％的RE和0.8％～1.2％的Ca，其粒度可以为10mm～30mm。[0040] S2、在两种球化剂上放置硅钡孕育剂并捣实，硅钡孕育剂的加入量为出铁重量的0.40％～0.60％。[0041] 硅钡孕育剂可以包括65％～75％的Si、2％～4％Ba和≤1.5％的Ca，其粒度可以为1mm～6mm。[0042] S3、在硅钡孕育剂上覆盖硅钢片，硅钢片的加入量为出铁重量的0.60％～0.80％，硅钢片在出铁完成时熔化完，有效防止铁液与孕育剂、球化剂提前反应，稳定球化反应过程。[0043] S4、将浇包运至感应电炉处，调整浇包至炉口正前方，倾炉向浇包中出铁，出铁完成开始孕育、球化反应，球化反应结束后扒渣并取样检测炉后化学成分。[0044] S5、球化反应结束后，10min之内完成浇注，避免球化孕育衰退。[0045] 需要说明的是，出铁之前需要在浇包的孕育斗内提前放入复合孕育剂，在浇注过程中将孕育斗打开，使孕育斗中的复合孕育剂均匀地流在铁液流上。复合孕育剂的瞬时孕育可以增强铁液的形核能力，延长孕育效果，细化晶粒，促进铁素体化，避免形成珠光体降低材料低温冲击韧性。[0046] 复合孕育剂的加入量可以为浇注重量的0.1％～0.15％，复合孕育剂的粒度可以为0.20mm～0.80mm，可以为锶、钙、钡复合孕育剂。具体地，复合孕育剂可以包括65％～75％的Si、0.6％～1.2％Sr、≤0.10％的Ca和≤0.50％的Al。[0047] 本发明实施例公开的铸态超低温球墨铸铁，无需铁素体化退火处理即可在保证强度、塑性的同时，达到高的低温冲击韧性，简化了处理工艺，降低生产能耗，质量稳定。本发明使用硅镁合金球化剂搭配稀土球化剂进行球化处理，其中，稀土对于过共晶成分的铁液具有稳定球化的作用，可中和反球化元素、抗干扰的能力强，密度大、沸点高，熔点与铁液温度相近，球化处理时无沸腾及火光烟尘；稀土球化剂与硅镁合金球化剂配合使用，可以优化球化反应的动力学条件，具有球化反应平稳、球化率高、石墨球圆整度高、石墨球细小、分布均匀等优点。[0048] 本发明实施例公开的铸态超低温球墨铸铁，取样检测炉后化学成分，检测结果如表1所示。浇注铸件时同步浇注U40的附铸试块，并检测力学性能和金相组织，检测结果如表2所示。[0049] 表1化学成分检测结果(％)[0050] C Si Mn P S Cu Cr Sn Pb Ce Mg Ni Bi As Sb试块1 3.71 1.95 0.09 0.014 0.009 0.030 0.028 0.001 0.001 0.003 0.048 0.46 0.0005 0.0014 0.0012试块2 3.79 1.99 0.08 0.019 0.008 0.026 0.033 0.001 0.001 0.005 0.051 0.51 0.0009 0.0019 0.0005试块3 3.81 2.01 0.09 0.021 0.009 0.022 0.026 0.001 0.001 0.005 0.054 0.49 0.0008 0.0018 0.0007试块4 3.83 2.04 0.08 0.023 0.011 0.026 0.031 0.001 0.001 0.004 0.046 0.50 0.0009 0.0015 0.0005试块5 3.77 2.00 0.08 0.016 0.011 0.029 0.030 0.001 0.001 0.004 0.049 0.54 0.0005 0.0012 0.0005[0051] 表2力学性能及金相检测结果[0052][0053] 以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2023-03-29

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN116377316B