一种高强度高延展性球墨铸铁卷筒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及球墨铸铁材料技术领域，尤其是设及一种高强度高延展性球墨铸铁卷 筒及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 卷筒是大型起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的关键部件之一，由于承重的钢丝绳 直接缠绕在卷筒上，卷筒直接承受起吊载荷，其质量优劣对起重设备、旋挖钻和卷扬减速机 的安全运行有着至关重要的影响。随着现代工程的发展趋向大型化，工程机械行业大型或 超大型起重设备、钻孔设备和卷扬减速机的应用越来越广泛，起吊的重量和扬程均大幅度 增加。例如：超大型起重设备的起吊重量已达到几千吨；超大型卷扬机的扬程达到了数百 米。因此，对卷筒的材质及其制备方法提出了更高的要求。
[0003] 目前，采用普通球墨铸铁制造的卷筒，其抗拉强度和延伸率的综合力学性能指标 一般偏低，因此在高负荷条件下使用卷筒时，由于卷筒的塑性和初性偏低而易于诱发脆性 裂纹产生，造成安全隐患，严重制约了卷筒在大型或超大型工程机械行业的推广应用。
[0004] 为了提高卷筒使用的安全性能，近年来国内开始研究高强度高延展性球墨铸铁卷 筒。专利号为CN1900340的中国专利公开了一种铸态高强度高伸长率球墨铸铁材料，该专利 各组分及其重量百分比为：〔3.5~3.8%，512.6~3.1%，]?11<0.3%，5<0.03%，口< 0.05%，余量为化。其铸件的力学性能为抗拉强度〇b含480MPa，屈服强度〇日.2含310MPa，延伸 率δ ^ 20%，布式硬度皿在150-200，铸件的金相组织基体为铁素体^ 85%，渗碳体^ 3%，憐 共晶含1% ;该专利公布的球墨铸铁强度偏低，不能满足高性能卷筒的应用技术指标。专利 号为CN101603142的中国专利公开了一种高强度高初性球墨铸铁铸件及其制备方法，该专 利各组分及其重量百分比为：〔3.6~3.8%，512.4~2.8%，]?11〇.8~0.9%，加0.5~ 0.6%，化0.1~0.2%，5<0.02%，口<0.07%，余量为化。其铸件的力学性能为抗拉强度> 590MPa，屈服强度^ 380MPa，延伸率^ 8% ;该铸件的儘含量偏高，综合力学性能指标偏低。 专利号为CN102747268B的中国专利公开了一种高强度、高塑性球墨铸铁及其制造方法，该 专利各组分及其重量百分比为:C 3.4~3.8%，Si 2.3~2.7%，Mn 0.3~0.5%，Cu 0.3~ 0.5%，Cr0.02~0.10%，S<0.03%，P<0.04%，Sb0.001~0.005%，Mg0.03~0.06%， Re 0.001~0.003%，余量为Fe;其铸件的基体组织由一定比例含量的铁素体和珠光体组 成，具有较高强度和较高的伸长率，可W满足重型载重汽车驱动桥桥壳、支架类铸件的使用 要求。该铸件的基体含有一定比例的珠光体组织，所W铸件的延展性偏低。
[0005] 因此，如何提供一种具有高强度高延展性的，且适用于大型或超大型起重设备、旋 挖钻W及卷扬减速机的球墨铸铁卷筒是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种高强度高延展性球墨铸铁卷筒，该球墨铸铁卷筒所用球 墨铸铁具有较高的强度和较高的延展性，且能够适用于大型或超大型起重设备、旋挖钻W 及卷扬减速机。本发明的另一目是提供一种上述球墨铸铁卷筒的制备方法。
[0007] 为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
[0008] -种高强度高延展性球墨铸铁卷筒，由球墨铸铁材料加工而成，所用球墨铸铁包 括W下重量百分比的组分：3.0%~3.3 %的C; 3.8 %~4.2 %的Si ;Mn<0.3% ; 0.03 %~ 0.05 % 的 Mg ;0.0!% ~0.025 % 的RE; S<0.02 % ;P<0.03 % ; 0.2 % ~0.3% 的Mo; 0.12 % ~ 0.15%的Ni;余量为化W及不可避免的杂质。
[0009] 优选的，所述Mo的重量百分比为0.22%~0.28%。
[0010] 优选的，所述Ni的重量百分比为0.125 %~0.145 %。
[00川优选的，所用球墨铸铁的抗拉强度Ob含620MPa，屈服强度00.2^30M化，延伸率δ M2%。
[0012] 本发明还提供一种上述球墨铸铁卷筒的制备方法，包括W下步骤：
[0013] 1)冶炼:将生铁、废钢、回炉料、娃铁、钢铁W及金属儀的混匀料加热烙化成铁水；
[0014] 当铁水溫度达到1490°C~1520°C时，炉前调整铁水成分使得铁水包括W下重量百 分比的组分：3.0% ~3.3% 的C;3.8% ~4.2%的51;]?11<0.3%;5<0.02%;?<0.03%;0.2% ~0.3%的Mo;0.12%~0.15%的Ni;余量为化W及不可避免的杂质；
[0015] 当铁水成分合格后，化渣；
[0016] 然后，保溫3min~5min，然后准备铁水出炉。
[0017] 2)球化处理:将低稀±儀合金球化剂置于诱包底部，其上覆盖长效娃领巧孕育剂， 采用盖包堤巧式铁水冲入法球化工艺对铁水进行球化处理;控制球化处理后铁水中Mg的重 量百分比为0.03%~0.05%，且Re的重量百分比为0.01 %~0.025%。
[0018] 3)-次孕育处理：向球化处理后的铁水中加入长效娃领巧合金孕育剂，进行一次 孕育处理，W消除反球化元素所造成的白口倾向，细化石墨球，延缓球化衰退；
[0019] 4)诱铸：当一次孕育处理后的铁水溫度达到1420°C~1430°C时，诱注卷筒;诱注过 程中随流加入娃巧领祕长效随流孕育剂进行二次孕育处理，控制二次孕育处理后铁水中化 的重量百分比为0.003%~0.010%，Ba的重量百分比为0.005%~0.010%，且0.010% <Ca +Ba< 0.020%，Bi的重量百分比为< 0.003%;
[0020] 5)去应力退火:诱注12h~24h后，开箱清理，得到一次结构成型的卷筒;然后将一 次结构成型的卷筒装入退火炉中，升溫到500°C~550°C，保溫地~化后，降溫至200°C~260 °C，出炉空冷，得到卷筒成品。
[0021] 优选的，步骤1)中，所添加的生铁的重量百分比为40%~50%、废钢的重量百分比 为20%~30%、回炉料的重量百分比为30%~40%、娃铁的重量百分比为1.6%~2.0%且 所述娃铁中娃的重量百分比为75%、钢铁的重量百分比为0.4%~0.5%且所述钢铁中钢的 重量百分比为60%、金属儀的重量百分比为0.15%~0.18%且其纯度为99.90%。
[0022] 优选的，步骤2)中，低稀±儀合金球化剂包括W下重量百分比的组分:Mg:5%~ 7%，36:1%~1.5%，51:40%~44%，]\111、41、1'1、5^及口的总量<0.5%，余量为铁；低稀± 儀合金球化剂的加入量为铁水总重量的1.3%~1.4%;球化处理溫度为1490°C~1520°C;
[0023] 且步骤2)中，长效娃领巧孕育剂包括W下重量百分比的组分:Si : 65 %~70 %，Ba: 0.8%~1.0%，Ca :0.6%~1.0%，其余为铁或不可避免的杂质；长效娃领巧孕育剂的加入 量为铁水总重量的0.3%~0.4%。
[0024] 优选的，步骤3)中，长效娃领巧合金孕育剂包括W下重量百分比的组分：Si :65% ~70%，Ba:0.8%~1.0%，Ca:0.6%~1.0%，其余为铁或不可避免的杂质；长效娃领巧合 金孕育剂的加入量为铁水总质量的0.5%~0.6%。
[0025] 优选的，步骤4)中，娃巧领祕长效随流孕育剂包括W下重量百分比的组分：Si: 65%~70%，Ba:0.8%~1.0%，Ca:0.6%~1.0%，81:1%~2.5%，其余为铁或不可避免的 杂质;娃巧领祕长效随流孕育剂的加入量为铁水总质量的0.08%~0.1 %。
[00%]本发明的有益技术效果：
[0027] 1)本发明是一种高强度高延展性球墨铸铁卷筒及其制备方法;在成分配比上;通 过增加 Si含量，重量百分比达到了3.8%~4.2%，促进石墨化，强化铁素体，同时Si在铁基 体中起到了固溶强化效果，实现了较高的强度;通过增加 Mo细化了石墨，强化了基体，改善 提高了强度、硬度、初性等综合性能;通过增加 Μ强化铁素体，细化石墨，增加石墨球数量， 提高球化效果，强化基体，消除了由于Si含量的增加所带来的娃脆性影响，提高了基体的初 性。本配比成分使球墨铸铁中石墨球的数量、大小、形态和分布，获得100%的铁素体基体和 细小、均匀、弥散分布的大量球状石墨的铸态组织。本发明工艺方法简单，原料和生产成本 较低，易于推广应用。
[002引2)本发明铸造生产过程中采用了 ：新型长效娃领巧孕育剂，BaXa元素起到了净化 铁水，延缓了球化衰退，促进石墨化形成，抑制了白口倾向，稳定铁素体，保证了球化率;采 用低稀±儀合金球化剂，有效的控制了稀±的残留含量，控制了碳化物的形成，提高石墨球 的圆整度和球化率。同时采用树脂砂一次铸造成型工艺，达到了组织致密、尺寸精确、外观 型线清晰的要求。
[0029] 3)本发明采用娃领巧祕长效随流孕育剂进行二次随流孕育处理，通过采用随流诱 注孕育处理工艺，延缓了球铁在凝固过程中的衰退，提高了组织均匀性、稳定了石墨球的圆 整度、大小，通过孕育剂中的微量Bi使石墨球数量增加，消除碳化物，促使球铁的二次球墨 化能力增强，获得铸态铁素体。
[0030] 4)本发明提供了一种高强度高延展性球墨铸铁卷筒，所用球墨铸铁的强度高、延 展性好，具有良好的综合力学性能，