本发明涉及铁道或风电铸件
技术领域：
，尤其涉及一种低温球墨铸铁材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：球墨铸铁是经过球化和孕育处理得到的具有球状石墨的铸铁材料，具有优良的力学性能、加工性能、耐磨性能、吸震性能和生产成本较低等优点，它的综合性能类似于钢，也正是因为其优异的性能，使其成功地用于铁道或风电铸件中。但现有的球墨铸铁的低温抗冲击性能较差，其在低温承受动载荷的铸钢件中的应用受到一定的制约。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种低温球墨铸铁材料及其制备方法和应用。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种低温球墨铸铁材料，按质量百分比计，包括以下合金元素：c3.50～3.80％，si2.05～2.15％，mn≤0.20％，s≤0.015％，p≤0.028％，cr≤0.023％，ni0.77～0.83％，mg0.38～0.54％，re0.005～0.009％、ti≤0.018％以及余量的铁和不可避免的杂质。本发明还提供了上述技术方案所述的低温球墨铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：将具有上述元素配比的合金液依次进行球化处理、孕育处理和浇铸，得到具有上述元素配比的铸锭；将所述具有上述元素配比的铸锭进行热处理，得到所述低温球墨铸铁材料。优选的，所述球化处理采用的球化剂为elmag5800；所述球化剂的粒度为3～20mm。优选的，所述球化剂的质量为所述合金液质量的1.0％～1.2％。优选的，所述孕育处理采用的孕育剂的质量为所述合金液质量的1.1％～1.2％。优选的，所述孕育剂，按质量百分比计，包括以下元素：si74％～78％，ba2～3％，al0.8～1.5％和ca0.5～1.0％和余量的铁。优选的，所述球化处理和孕育处理在球化包中进行；所述球化包的包底为凹坑状；所述凹坑状的高度与直径比≥1.8；所述球化剂置于球化包的凹坑内。优选的，所述合金液质量的0.25％的孕育剂覆盖在所述球化剂的表面；在所述孕育剂上表面覆盖钢片；所述合金液质量0.15％的孕育剂置于所述合金液倒入球化包的包底直冲处；剩余的孕育剂置于出铁槽漏斗中以随流孕育剂的加入形式，加入所述合金液中。优选的，所述热处理的过程为：先将所述具有上述元素配比的铸锭由80～120℃/min的升温速率升至640～660℃，保温0.5～1.5h后，以80～120℃/min的升温速率继续升温至870～890℃，保温2～4h，冷却。本发明还提供了上述技术方案所述的低温球墨铸铁材料或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的低温球墨铸铁材料在制备铁道用铸钢件中的应用。本发明提供了一种低温球墨铸铁材料，按质量百分比计，包括以下合金元素：c3.50～3.80％，si2.05～2.15％，mn≤0.20％，s≤0.015％，p≤0.028％，cr≤0.023％，ni0.77～0.83％，mg0.38～0.54％，re0.005～0.009％、ti≤0.018％以及余量的铁和不可避免的杂质。本发明通过调整合金各组分的种类和用量，在保证所述低温球墨铸铁材料具有较高的机械强度的同时，还具有较好的低温抗冲击性能。根据实施例的记载，本发明所述的合金钢的抗拉强度418～431mpa，屈服强度268～276mpa，延伸率21.4～24.5％，在-20℃下的冲击吸收功14.3～15.1j，具有较好的机械强度和低温冲击性能。具体实施方式本发明提供了一种低温球墨铸铁材料，按质量百分比计，包括以下合金元素：c3.50～3.80％，si2.05～2.15％，mn≤0.20％，s≤0.015％，p≤0.028％，cr≤0.023％，ni0.77～0.83％，mg0.38～0.54％，re0.005～0.009％、ti≤0.018％以及余量的铁和不可避免的杂质。在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括3.50～3.80％的c，所述c的含量优选为3.55～3.75％，更优选为3.60～3.70％。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括2.05～2.15％的si，所述si的含量优选为2.08～2.12％，更优选为2.10％，所述si的添加控制在上述范围内，具有提高铁素体的固溶强化作用，决定着所述低温球墨铸铁材料的综合力学性能(抗拉强度、屈服强度和冲击吸收功等)。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括≤0.20％的mn，所述mn的含量优选为0.80～1.00％，更优选为0.80～0.82％；所述mn的添加可以消除和减少由硫引起的所述低温球墨铸铁材料的热脆性，提高所述低温球墨铸铁材料的热加工性能。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括≤0.015％的s，所述s的含量优选为0.008～0.01％；所述s的添加可以提高所述低温球墨铸铁材料的切削性能。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括≤0.028％的p，所述p的含量优选为0.01～0.02％；所述p的添加可以提高合金钢的强度和耐大气腐蚀性。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括≤0.023％的cr，所述cr的含量优选为0.015～0.022％，更优选为0.016～0.018％；所述cr的添加可以使合金钢中的组织碳化物和晶粒细化，提高合金钢的韧性。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括0.77～0.83％的ni，所述ni的含量优选为0.78～0.82％，更优选为0.80％；所述ni的添加能够提高所述低温球墨铸铁材料的强度。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括0.38～0.54％的mg，所述mg的含量优选为0.42～0.50％，更优选为0.44～0.47％；所述镁的添加可以进一步降低所述低温球墨铸铁材料中s的含量。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括0.005～0.009％的re，所述re的含量优选为0.006～0.008％，更优选为0.007％；所述用量范围的re可以减少所述低温球墨铸铁材料中磷的偏析，提高所述低温球墨铸铁材料的耐大气腐蚀性、改善其韧性和塑性。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料包括≤0.018％的ti，所述ti的含量优选为0.011～0.016％，更优选为0.012～0.013％；所述用量范围的ti可以提高所述低温球墨铸铁材料的力学性能和使用性能。按质量百分比计，本发明所述低温球墨铸铁材料还包括余量的铁和不可避免的杂质。本发明还提供了上述技术方案所述的低温球墨铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：将具有上述元素配比的合金液依次进行球化处理、孕育处理和浇铸，得到具有上述元素配比的铸锭；将所述具有上述元素配比的铸锭进行热处理，得到所述低温球墨铸铁材料。本发明将具有上述元素配比的合金液依次进行球化处理、孕育处理和浇铸，得到具有上述元素配比的铸锭；在本发明中，所述具有上述元素配比的合金液的制备优选为：按照上述配比，将上述对应的合金原料进行熔炼，得到具有上述元素配比的合金液；在本发明中，所述铁的来源优选为生铁，其他合金元素的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。在所述熔炼过程中，当温度达到1440℃时，优选对得到的合金液进行取样，并进行组分含量的测定，当所述合金液中的各元素含量在上述配比范围内则无需再对合金元素进行调整；当所述合金液中的各元素含量不在上述配比范围内，调整至上述配比范围内。在本发明中，熔炼完成后优选对得到的合金液进行扒渣，本发明对所述扒渣没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述合金液的温度优选为1530～1550℃，更优选为1535～1545℃，最优选为1540℃。在本发明中，所述球化处理采用的球化剂优选为elmag5800，所述球化剂的粒度优选为3～20mm；所述球化剂的质量优选为所述合金液质量的1.0～1.2％，更优选为1.05～1.15％，最优选为1.10％。在本发明中，所述球化处理优选在球化包中进行，所述球化包的包底优选为凹坑状，所述凹坑状的高度与直径比优选≥1.8，更优选为1.8～2.0，最优选为1.9；所述球化包的凹坑处优选放置球化剂、孕育剂和钢片，所述球化剂优选置于所述凹坑处的底部；所述孕育剂优选覆盖在所述球化剂表面；所述钢片优选覆盖在所述孕育剂表面。在本发明中，所述球化剂置于所述凹坑处后，优选将所述球化剂扒平或捣实；所述孕育剂的质量优选为所述合金液质量的0.25％。所述钢片与所述合金液的质量比优选为(13～15)：1500或(18～20)：2000。在本发明中，上述设置能够更进一步的保证在将合金液倒入球化包中时，避免合金液直冲球化剂，保证球化反应的稳定性。在本发明中，所述球化处理的时间优选为70～120s，更优选为80～100s。在本发明中，所述孕育处理采用的孕育剂，按质量百分比计，优选包括以下元素：si74％～78％，ba2～3％，al0.8～1.5％和ca0.5～1.0％和余量的铁。所述孕育剂的质量优选为所述合金液质量的1.1～1.2％。在本发明中，所述孕育剂优选分为三部分，第一部分即为上述覆盖球化剂孕育剂(为所述合金液质量的0.25％)；第二部分为所述合金液质量的0.15％，所述第二部分的孕育剂优选置于所述合金液倒入球化包的包底直冲处；第三部分为剩余的孕育剂部分，所述第三部分孕育剂优选在所述合金液在浇铸过程中在浇包口处加入，并优选以随流孕育剂的形式加入所述合金液中。即所述第一部分和第二部分的孕育剂在球化处理过程中同时对所述合金液进行孕育处理；所述第三部分的孕育剂在浇铸过程中对合金液进行孕育处理，在浇铸过程中，当合金液的2/3～3/4倒入浇包时，加入所述孕育剂；本发明对所述加入的速度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的加入速度即可。本发明对所述浇铸没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述热处理的过程优选为：先将所述具有上述元素配比的铸锭由80～120℃/min的升温速率升至640～660℃，保温0.5～1.5h后，以80～120℃/min的升温速率继续升温至870～890℃，保温2～4h，冷却；更优选为先将所述具有上述元素配比的铸锭由90～110℃/min的升温速率升至645～655℃，保温0.8～1.2h后，以90～110℃/min的升温速率继续升温至875～885℃，保温2.5～3.5h，冷却；最优选为先将所述具有上述元素配比的铸锭由100℃/min的升温速率升至650℃，保温1.0h后，以100℃/min的升温速率继续升温至880℃，保温3.0h，冷却；在本发明中，所述冷却优选为风冷。本发明还提供了上述技术方案所述的低温球墨铸铁材料或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的低温球墨铸铁材料在制备铁道或风电用铸件中的应用。下面结合实施例对本发明提供的低温球墨铸铁材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1低温球墨铸铁材料的组分：按质量百分比计，包括以下合金元素：c3.50％，si2.13％，mn0.20％，s0.015％，p0.02％，cr0.014％，ni0.77％，mg0.43％，re0.008％、ti0.018％以及余量的铁和不可避免的杂质；按照上述配比，将生铁和其他元素对应合金原料进行熔炼，得到具有上述元素配比的合金液(1550℃)；将所述合金液依次进行球化处理(球化剂为elmag5800、粒度为3～20mm，质量为所述合金液质量的1.2％)、孕育处理(孕育剂：si78％，ba2％，al0.8％和ca1.0％和余量的铁；质量为所述合金液质量的1.1％)和浇铸，得到具有上述配比的铸锭；先将所述具有上述元素配比的铸锭由100℃/min的升温速率升至650℃，保温1.0h后，以100℃/min的升温速率继续升温至880℃，保温3.0h，风冷，得到低温球墨铸铁材料。实施例2低温球墨铸铁材料的组分：按质量百分比计，包括以下合金元素：c3.8％，si2.15％，mn0.16％，s0.012％，p0.023％，cr0.014％，ni0.83％，mg0.54％，re0.005％、ti0.01％以及余量的铁和不可避免的杂质；按照上述配比，将生铁和其他元素对应合金原料进行熔炼，得到具有上述元素配比的合金液(1550℃)；将所述合金液依次进行球化处理(球化剂为elmag5800、粒度为3～20mm，质量为所述合金液质量的1.2％)、孕育处理(孕育剂：si78％，ba2％，al0.8％和ca1.0％和余量的铁；质量为所述合金液质量的1.1％)和浇铸，得到具有上述配比的铸锭；先将所述具有上述元素配比的铸锭由100℃/min的升温速率升至650℃，保温1.5h后，以100℃/min的升温速率继续升温至890℃，保温4h，风冷，得到低温球墨铸铁材料。实施例3低温球墨铸铁材料的组分：按质量百分比计，包括以下合金元素：c3.5％，si2.05％，mn0.16％，s0.015％，p0.02％，cr0.01％，ni0.83％，mg0.38％，re0.006％、ti0.018％以及余量的铁和不可避免的杂质；按照上述配比，将生铁和其他元素对应合金原料进行熔炼，得到具有上述元素配比的合金液(1550℃)；将所述合金液依次进行球化处理(球化剂为elmag5800、粒度为3～20mm，质量为所述合金液质量的1.2％)、孕育处理(孕育剂：si78％，ba2％，al0.8％和ca1.0％和余量的铁；质量为所述合金液质量的1.1％)和浇铸，得到具有上述配比的铸锭；先将所述具有上述元素配比的铸锭由100℃/min的升温速率升至660℃，保温1.0h后，以120℃/min的升温速率继续升温至870℃，保温4h，风冷，得到低温球墨铸铁材料。测试例1对实施例1～3所述的球墨铸铁材料进行力学性能测试，结果如表1和表2所示：表1实施例1～3所述的球墨铸铁材料的机械性能机械性能抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％)实施例141826824.5实施例243127621.4实施例342627223.6表2实施例1～3所述的合金钢在-20℃时的冲击吸收功的比较所述1,2,3指的是分别的三次平行试验。由以上实施例可知，本发明提供的合金钢具有较好的机械性能和较好的低温耐冲击性能，稳定性高。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12