高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及球墨铸铁领域，具体涉及一种高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为：碳3.2％?3.5％，硅2.1％?2.3％，锰0.4％?0.5％，铜0.4％?0.6％，镍0.2％?0.4％，钼0.2％?0.4％，镁0.04％?0.06％，铬0.05％?0.08％，钛0.005％?0.008％，钒0.002％?0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.02％，余量为铁。其制备方法包括以下步骤：(1)原料熔炼；(2)球化处理及孕育处理；(3)热处理，本发明通过合理配置各元素成分，使球墨铸铁抗拉强度增强，并配制合适的孕育剂，采用包内孕育配合型内孕育，加强孕育效果，同时在热处理时合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式，有效提高其强度及耐低温性，本发明中的球墨铸铁强度高、耐低温性优异，制备方法简单高效。
【专利说明】
高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及球墨铸铁领域，具体涉及一种高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法。 【背景技术】
[0002]球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。高强度耐低温球墨铸铁因其特殊的使用性能，日益成为国内高寒地区机器等重要设备重要部件，比如风电、机车及车辆、石油及化工管道配件等等。普通的球墨铸铁的耐低温性不够，强度仍需要做进一步提高，不能满足低温及高强度下的使用要求。
[0003]中国专利CN 105420592A公开了一种“耐低温球墨铸铁及其制备方法”，其提供的球墨铸铁具有较好的耐低温性能及韧性，但对于在低温环境下，其强度需要做进一步提高。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法，所述球墨铸铁具有较好的耐低温性及优异的强度，且制备方法简单高效。
[0005]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0006] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.2%-3.5%，硅2.1%-2.3%，锰0.4%-0.5%，铜0.4%-0.6%，镍0.2%-0.4%，钼0.2%_ 0.4%，镁0.04%-0.06%，铬0.05%-0.08%，钛0.005%-0.008%，钒0.002%-0.003%，磷 <0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0007]优选地，所述球墨铸铁中各元素成分的质量百分比为:碳3.3 %，硅2.2 %，锰 0.45%，铜0.5%，镍0.3%，钼0.3%，镁0.05%，铬0.07%，钛0.006%，钒0.002%，磷彡 0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0008]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0009](1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450-1500°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
[0010](2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量〇.4 %-0.6 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400-1430 °C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4%-0.6 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
[0011](3)热处理:将所述铸件升温至890-920°C，保温3-5h，以5-8°C/min的速度降温至 650-700°C，保温2-4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至890-920°C，以13-15°C/min的速度降温至400-450°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0012]优选地，所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2-3:7_9。
[0013]优选地，所述球化剂的加入量为铁水总重量的1.4%_1.6%，所述球化剂的粒度为 2-4mm〇[〇〇14] 优选地，所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅42%-50%、钙1.5%-2.5%、锆0.3%-0.6%、锰2%-3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%-55%、钡 2%-3%、铼0.1%-0.3%，余量为铁。
[0015]本发明的有益效果为:本发明加入的铜为正偏析元素，其与锰复合使用，可以部分抵消锰的偏析趋势，使锰的用量提高，从而促使抗拉强度提高。同时，加入铜可以在一定程度上改善球化，提高强度。第一孕育剂中的硅与钙在1400-1430 °C下同时使用效果倍增，其中加入锆能延缓衰退时间，锰能够降低熔点，使孕育均匀，第二孕育剂中的铼在铁水含硫量低时，可提高抗拉强度，抑制白口化。包内孕育配合型内孕育，增加了石墨形核能力，细化晶粒，孕育效果好，使得铸件的球墨化程度好，提高成品强度和低温冲击性能。在热处理中，合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式，有效提高球墨铸铁的强度及耐低温性。本发明中的球墨铸铁强度高、耐低温性优异，制备方法简单高效。【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。[0〇17] 实施例1:
[0018]—种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.3%，硅2.2%，锰0.45%，铜0.5%，镍0.3%，钼0.3%，镁0.05%，铬0.07%，钛0.006%，钒 0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0019]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0020](1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1500°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
[0021](2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.4%的球化剂(粒度为 4mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.4%的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1430°C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇22](3)热处理:将所述铸件升温至920°C，保温5h，以5°C/min的速度降温至700°C，保温2h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至920 °C，以15 °C/min的速度降温至400°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0023]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为3:7。[〇〇24]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅50%、钙1.5%、锆0.6%、锰 2%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅55%、钡2%、铼0.3%，余量为铁。[〇〇25] 实施例2:
[0026] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳3.5%，硅2.1%，锰0.5%，铜0.4%，镍0.4%，钼0.2%，镁0.06%，铬0.05%，钛0.008%，钒 0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0027]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0028](1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇29](2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.6 %的球化剂(粒度为2mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.6 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400 °C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.6 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
[0030](3)热处理:将所述铸件升温至890°C，保温3h，以8°C/min的速度降温至650°C，保温4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至890°C，以13°C/min的速度降温至450°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0031]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:9。[〇〇32]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅42%、钙2.5%、锆0.3%、锰 3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%、钡3%、铼0.1%，余量为铁。[〇〇33] 实施例3:[〇〇34] 一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.2%，硅2.3%，锰0.4%，铜0.6%，镍0.2%，钼0.4%，镁0.04%，铬0.08%，钛0.005%，钒 0.003%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0035]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0036](1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1480°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇37](2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.5%的球化剂(粒度为3mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.6 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1430°C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇38](3)热处理:将所述铸件升温至900°C，保温4h，以8°C/min的速度降温至650°C，保温3h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至900 °C，以14°C/min的速度降温至400°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0039]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:7。
[0040]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅50%、钙2.5%、锆0.3%、锰 2%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅55%、钡3%、铼0.1%，余量为铁。[〇〇41 ] 实施例4:
[0042] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.5%，硅2.3%，锰0.4%，铜0.6%，镍0.2%，钼0.4%，镁0.06%，铬0.05%，钛0.008%，钒0.003%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。[0043 ]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0044](1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇45](2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.6 %的球化剂(粒度为2mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.5 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1410°C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.5 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇46](3)热处理:将所述铸件升温至920°C，保温5h，以7°C/min的速度降温至680°C，保温4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至920 °C，以13 °C/min的速度降温至430°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0047]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为3:9。[〇〇48]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅46%、钙2%、锆0.5%、锰 2.5%，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅50%、钡2.5%、铼 0.2%，余量为铁。
[0049]实施例5:
[0050]—种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.4%，硅2.3%，锰0.45%，铜0.56%，镍0.2%，钼0.4%，镁0.04%，铬0.07%，钛0.007%， 钒0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。[0051 ]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0052](1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇53](2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.4 % -1.6 %的球化剂(粒度为4mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.5%的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400 °C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇54](3)热处理:将所述铸件升温至910°C，保温3h，以5°C/min的速度降温至700°C，保温3h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至910 °C，以13 °C/min的速度降温至410°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0055]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:8。[〇〇56]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%、钙2.5%、锆0.6%、锰 3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%、钡3%、铼0.3%，余量为铁。[〇〇57]性能测试:对由实施例1-5所制得的高强度耐低温球墨铸铁进行性能测试，经检测，本发明高强度耐低温球墨铸铁件的抗拉强度为650-658MPa，屈服强度为448-456MPa，延伸率为7.2-8.6%，球化等级为1-2级，环境温度为-40°C时的冲击性能为14.8-15.3J。
【主权项】
1.一种高强度耐低温球墨铸铁，其特征在于，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比 为:碳3.2%-3.5%，硅2.1%-2.3%，锰0.4%-0.5%，铜0.4%-0.6%，镍0.2%-0.4%，钼 0.2%-0.4%，镁0.04%-0.06%，铬0.05%-0.08%，钛0.005%-0.008%，钒0.002%-0.003%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。2.根据权利要求1所述的高强度耐低温球墨铸铁，其特征在于，所述球墨铸铁中各元素 成分的质量百分比为:碳3.3%，硅2.2%，锰0.45%，铜0.5%，镍0.3%，钼0.3%，镁0.05%， 铬0.07%，钛0.006%，钒0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。3.根据权利要求1或2所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，具体包 括以下步骤:(1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应 电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450-1500°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静 置扒渣处理；(2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上 覆盖铁水总重量0.4%-0.6%的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温 度为1400-1430°C，完成球化处理和包内孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4%-0.6% 的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；(3)热处理:将所述铸件升温至890-920°C，保温3-5h，以5-8°C/min的速度降温至650-700°C，保温2-4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至890-920°C，以13-15°C/min的速度降 温至400-450°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。4.根据权利要求3所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述生铁和 优质碳素结构废钢的重量比为2-3:7-9。5.根据权利要求3所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述球化剂 的加入量为铁水总重量的1.4%-1.6%，所述球化剂的粒度为2-4_。6.根据权利要求3所述的高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述第一孕 育剂中各元素成分的质量百分比为:硅42%-50%、钙1.5%-2.5%、锆0.3%-0.6%、锰2%-3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%-55%、钡2%-3%、 铼0.1%-0.3%，余量为铁。
【文档编号】C22C37/08GK105970076SQ201610496150
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】张福新
【申请人】含山县兴达球墨铸铁厂