CN102071353A - 一种耐低温高韧性铸态球铁、生产方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C 3.4～3.6％、Si 2.0～2.3％、Mn≤0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mg_残留0.035～0.05％、∑Re_残留0.015～0.025％、Sr 0.05～0.1％、Ni 0.15～0.25％、Ti 0.10～0.15％，余量为Fe。本发明还公开了所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法及其在制备风力发电机配件、汽车配件、船用配件和石油化工中的应用。本发明生产的耐低温高韧性铸态球铁，在铸态下能够达到GB/T1348-2009之QT400-18L各项技术指标，免除了石墨化退火热处理，降低了能耗，同时具有操作简便、质量稳定等突出优点。

Description

一种耐低温高韧性铸态球铁、生产方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种铸态球铁、生产方法及其应用，尤其涉及一种耐低温高韧性铸态球铁、生产方法及其应用。

背景技术

球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，具有优异的力学性能，如较高的抗拉强度和屈服强度，较高的伸长率和一定的冲击韧性。在常温工作条件下，球墨铸铁可以代替铸钢来铸造复杂零件，生产成本低廉，具有广泛的用途，目前我国球墨铸铁的年产量可达1000多万吨(2009年我国铸件总产量3560万吨居世界第一，有资料表明2006年我国球铁产量已达600多万吨)。但是，一般的球墨铸铁在低温使用时，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，可能造成零件的突然脆断，从而引发重大的人员伤亡和经济损失。人们对现有球墨铸铁的配料、熔炼工艺、球化处理和孕育处理进行改进，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的部件，如风电的变速箱、轮毂、底座、轴承、主框架等构件，铁路及地铁配件，机车及车辆配件，石油及石化配件等。

现有的低温高韧性球墨铸铁的化学成分是：C 3.7～4.0％、Si 2.1～2.4％、Mn≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.03％、Mg_残留0.030～0.05％、∑Re_残留(∑Re_{残 留}是稀土残留总量)0.02～0.040％，余量为Fe。其生产方法为：1、包底一侧堤坝式反应室；2、单层装包，球化剂顶面加装铁屑和孕育剂，或有加一块球铁盖板；3、先出2/3铁水，待球化反应完成后出剩余铁水；4、加粉状脱硫剂；5、石墨化热处理。采用该生产方法时的铁水包装包后的示意图如图1所示。图1所示为传统的设置在铁水包底部一侧的堤坝式半月形底窝，所述堤坝式半月形底窝2内分层装有球化剂3、铁屑4和孕育剂5。目前的生产工艺存在以下缺陷：

1、反应室位于包底一侧，反应中对铁水的搅拌不均匀，影响铁水对球化剂的吸收及孕育剂在铁水中的均匀性；

2、球化剂单层装包处理中球化剂反应剧烈易导致球化不良；

3、先出2/3铁水，待球化反应完成后出剩余铁水，后出的铁水靠“稀释”前面已经球化处理铁水中的球化剂来球化，显然会降低球化率；

4、加入粉状脱硫剂，在铁水冲击和高温作用下大量飞扬严重污染环境并且脱硫效果不佳，导致多加脱硫剂或球化剂；

5、达不到要求的低温冲击韧性指标，要进行提高韧性的热处理，导致成本增加，劳动生产率下降。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种耐低温高韧性铸态球铁，以解决现有低温高韧性球墨铸铁存在的球化不良、脱硫效果不佳、球化剂和脱硫剂用量大、要进行提高韧性的热处理等上述多项缺陷。

为了实现本发明的目的，本发明提供的耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C 3.4～3.6％、Si 2.0～2.3％、Mn≤0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mg_残留0.035～0.05％、∑Re_残留0.015～0.025％、Sr 0.05～0.1％、Ni 0.15～0.25％、Ti 0.10～0.15％，余量为Fe。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的一种优选实施方式，其中，按重量百分比计，所述耐低温高韧性铸态球铁的化学成分为：C 3.6％、Si 2.06％、Mn0.18％、P 0.02％、S 0.01％、Mg_残留0.048％、∑Re_残留0.021％、Sr 0.08％、Ni 0.23％、Ti 0.13％，余量为Fe。

本发明的另一个目的在于提供所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法，包括如下步骤：

(1)在铁水包底部中心设置圆柱形底窝反应室，用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理；

(2)分层装包，球化剂层间加装缓冲剂和装孕育剂

将球化剂分成等量的2～5份，分层装进底窝反应室，每一层装一份球化剂，每一层球化剂上面加装层分量的稻草灰和/或珍珠岩做缓冲剂，以及加装层分量的75％硅铁和层分量的含硅、钙、钡的复合孕育剂，球化剂的加入量为铁水重量的1.2～2.0％，缓冲剂的总加入量为铁水重量的0.5～1.5％，75％硅铁的总加入量为铁水重量的0.6～1.0％，孕育剂的总加入量为铁水重量的1.0～1.5％，所述球化剂装包的层数为2～5层；

(3)加球铁盖板

在球化剂、缓冲剂、孕育剂装入底窝反应室后，在其上装入占铁水重量0.5～1.0％的铁屑，再在铁屑的上面加装一块比底窝直径大50mm、厚10mm～15mm的球铁盖板，并用少量加装的铁屑调整使球铁盖板比底窝顶沿高5～10mm的间隙以便铁水渗入；

(4)加锶镍钛中间合金

在铁水包内球铁盖板的上面居中堆放加装锶镍钛中间合金，所述锶镍钛中间合金的加入量为铁水重量的0.1～0.3％；

(5)加柱块状脱硫剂

将作为脱硫剂的苏打粉(Na₂CO₃)用压实制成柱块状，加装到步骤(4)的锶镍钛中间合金层上面，所述脱硫剂的加入量为铁水重量的0.3～1.0％；

(6)一次性出铁水

采用向铁水包内一次性出够全部铁水；

(7)球化反应结束，进行浇注，得到耐低温高韧性铸态球铁。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法的一种优选实施方式，其中，所述生产方法还包括对壁厚＞50mm的铸态球铁进行二次孕育，用粒度1～2mm的锶、钙、钡复合孕育剂，加进抬包中或随流孕育，所述孕育剂用量为铁水重量的0.05～0.1％。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法的一种优选实施方式，其中，步骤(1)中的铁水包的平均直径与高度的比例为1∶1.5～1∶1.8，其中容量为0.5吨的铁水包高度为1020～1220mm，容量为1吨的铁水包高度为1080～1300mm。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法的一种优选实施方式，其中，步骤(1)中的底窝采用耐火材料，所述耐火材料包括：外层为粘土耐火砖，内层为耐火敷料，所述耐火敷料用粘土10～15％、红煤粉20～25％、余量为40/70目石英砂，加适量水拌匀成结块状。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法的一种优选实施方式，其中，步骤(2)中的球化剂装包的层数为3层。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法的一种优选实施方式，其中，在步骤(2)中的分层装包过程中，所述球化剂、缓冲剂、孕育剂装包时均需要进行捣实。

本发明的另一个目的在于提供上述耐低温高韧性铸态球铁在制备风力发电机配件、汽车配件、船用配件中的应用。

在本发明中，Mg_残留是指铁水中镁的残留量，∑Re_残留是指铁水中稀土残留总量，层分量是指把要使用的原材辅料总量按装包层数等分的量。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、在铁水包底部中心设置圆柱形底窝，用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理，与传统的设置在铁水包底部一侧的堤坝式半月形底窝相比，圆柱形底窝反应室居中向周围360°放射状对铁水进行搅拌，更利于镁和稀土的吸收、利于孕育和除渣除气；

2、传统的堤坝式底窝，将球化剂全部装在底部，上面依次装入铁屑和孕育剂，球化反应很容易产生起爆剧烈反应导致球化不良；本发明将球化剂分层装进底窝，层间加装稻草灰和/或珍珠岩做缓冲剂，再加装一定量75％硅铁和含硅、钙、钡的长效孕育剂。使铁水进包后逐层进行平稳的球化反应，避免了球化不良，还减少了铁水喷溅，孕育剂装在球化剂层间，借助球化反应的升腾、搅拌得以在包内立体全方位充分孕育，此外，孕育剂分三次进入铁水，延长了孕育有效时间；

3、在球化剂、缓冲剂、孕育剂和其上的铁屑装包后，本发明在铁屑的上面加装一块比底窝直径大50mm左右、厚约10mm～15mm左右的球铁板，并用加装的铁屑量调整使其与底窝顶沿留有5mm～10mm左右的间隙以便铁水渗入。其作用是让铁水先与装在其顶面的脱硫剂、中间合金进行反应，还可延缓球化反应开始时间，让铁水上升到一定高度才开始球化反应以促进球化效果；

4、传统的脱硫剂基本上都是粉状的，这主要是为了增加比表面积提高脱硫效果，但在铁水的冲击和高温下产生飞扬，一半以上飞扬在空中，然后逐渐沉降附着在所有暴露的的物品表面，不仅严重污染环境，脱硫效果反而不好。本发明将作为脱硫剂的苏打粉(Na₂CO₃)用机械压实方法制成柱块状，大大减少了飞扬损耗，增进了脱硫效果；

5、在铁水包内铁板的上面加装一定量的锶镍钛中间合金，增强形核能力，延长孕育效果，细化晶粒，促进铁素体化；

6、球化率高低的关键是铁水对球化剂的吸收率有多少，而影响铁水对球化剂的吸收率的诸因素中，镁蒸气泡在铁水中的上升距离无疑是最重要的工艺参数之一。传统的工艺方法是，先向铁水包中出铁2/3左右进行球化处理，待球化反应结束再冲入其余约1/3的铁水。本发明采用一次性出够全部铁水，使镁蒸气泡在铁水中的上升距离增加1/3，有效提高球化剂吸收率，还有，全部铁水同时参加反应，也比传统方法后1/3铁水靠“稀释”前面2/3铁水中的球化剂进行球化，效果显然更好；

7、本发明具有球化反应平稳、球化率高、石墨球圆整度高、石墨球细小、铸态下达到GB/T1348-2009之QT400-18L各项技术指标等突出优点，特别是在-40℃下夏比冲击韧性值＞12J/cm²，免除了石墨化退火热处理，降低了能耗，同时还具有操作简便、质量稳定等优点，可用于制造780kW至2MW风力发电机变浆减速器、偏航减速器的发动机安装座、输入法兰等零件，还可用于一些有耐低温高韧性要求的汽车配件、石油化工配件、船用配件等。

附图说明

图1为传统的制备耐低温高韧性铸态球铁的铁水包底部堤坝式半月形底窝的装包示意图；

图2为本发明制备耐低温高韧性铸态球铁的优选实施例的装包示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C＝3.6％、Si＝2.06％、Mn＝0.18％、P＝0.02％、S＝0.01％、Mg_残留＝0.048％、∑Re_残留＝0.021％、Sr＝0.08％、Ni＝0.23％、Ti＝0.13％，余量为Fe。

所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法，包括如下步骤：

(1)准备铁水包、修搪底窝

选取容量为0.5吨铁水包，按常规工艺规定修搪耐火层(靠铁水包壁使用粘土耐火砖铺设，其上敷搪一层耐火敷料，耐火敷料为10～15％耐火粘土、20～25％红煤粉、余量为40/70目石英砂加适量水混匀成结块状)，在底部中间用粘土耐火砖和耐火敷料修搪Φ300×350圆柱状底窝用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理，铁水包修搪后内部随外壳形状为倒置圆台形，顶部直径为Φ460mm，底部直径为Φ420mm，高度(不含底窝)为720mm。铁水包采用常规工艺烘干。

(2)选择炉料和辅料

新生铁、废钢、回炉铁、球化剂、孕育剂、缓冲剂、脱硫剂、中间合金以及铁屑、球铁盖板都必须符合工艺规定，并严格计量入炉、进包；

(3)分层装包，球化剂层间加装缓冲剂和装孕育剂

将9kg球化剂分成3等份，分层装包，先将3kg球化剂平铺在窝底，捣实，装入1.0kg75％硅铁后再装入0.5kg硅钙钡复合孕育剂，捣实，再装入一铁铲稻草灰铺开，捣实，再装入珍珠岩1kg，捣实；重复以上方法装第二层；同样方法第三层球化剂装入后，在顶面装入剩余量的75％硅铁与剩余量的硅钙钡复合孕育剂，捣实；

(4)在球化剂、缓冲剂、孕育剂装入底窝反应室后，在其上装入4kg的铁屑，再在铁屑的上面加装一块直径为350mm、厚10mm的球铁盖板，并用少量加装的铁屑调整使球铁盖板比底窝顶沿高约10mm的间隙以便铁水渗入；

(5)加锶镍钛中间合金

在铁水包内球铁盖板的上面加装1.5kg锶镍钛中间合金堆放在中间；

(6)加柱块状脱硫剂

将作为脱硫剂用的苏打粉(Na₂CO₃)压实制成柱块状，加装5kg脱硫剂盖在步骤(5)的锶镍钛中间合金上面；

(7)铁水用中频电炉熔炼，出铁温度为1550～1600℃，冷铁水包偏下限，热铁水包偏上限，行车吊铁水包至炉前盛接铁水，铁水入包避免直接冲击中间部位，宜靠向一侧，将预计处理铁水量一次性出完；

(8)一般出完铁水后才开始球化反应，若出完铁水20秒后还没开始反应，行车工可点动升降开关使铁水包短促上、下产生振动促使球化反应开始；

(9)球化反应结束，尽快判定球化效果，扒净液面熔渣，及早进行浇注并在15分钟之内浇注完毕；

因为本实施例铸件壁厚＞50mm故要进行二次孕育，用粒度1～2mm的锶钙钡复合孕育剂共1kg，因一包铁水浇注5件铸件，所以将锶钙钡复合孕育剂分成5等份，浇注时随流孕育，所述孕育剂用量为铁水重量的0.05～0.1％。浇注得到Y形单铸试块1。

步骤(3)～(6)的装包过程中，对球化剂、缓冲剂、孕育剂的捣实，由操作者根据球化反应时间的工艺要求范围与何种捣实力下实际的球化反应时间进行比较、调节，积累经验掌握操作方法。通常不宜过紧，否则易导致起爆或反应迟缓。

图2示意的铁水包底部中心设置的圆柱形底窝，用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理，与传统的设置在铁水包底部一侧的堤坝式半月形底窝相比(见图1)，圆柱形底窝反应室居中向周围360放射状对铁水进行搅拌，更利于镁和稀土的吸收、利于孕育和除渣除气。

实施例2

一种耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C＝3.6％、Si＝2.08％、Mn＝0.16％、P＝0.019％、S＝0.008％、Mg_残留0.048％、∑Re_残留＝0.016％、Sr 0.10％、Ni 0.25％、Ti 0.15％，余量为Fe。

所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法，包括如下步骤：

(1)准备铁水包、修搪底窝

选取容量为1吨铁水包，按常规工艺规定修搪耐火层(靠铁水包壁使用粘土耐火砖铺设，其上敷搪一层耐火敷料，耐火敷料为10～15％耐火粘土、20～25％红煤粉、余量为40/70目石英砂加适量水混匀成结块状)，在底部中间用粘土耐火砖和耐火敷料修搪Φ350×450圆柱状底窝用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理，铁水包修搪后内部随外壳形状为倒置圆台形，顶部直径为Φ550mm，底部直径为Φ510mm，高度(不含底窝)为750mm。铁水包采用常规工艺烘干。

(2)选择炉料和辅料

新生铁、废钢、回炉铁、球化剂、孕育剂、缓冲剂、脱硫剂、中间合金以及铁屑、球铁盖板都必须符合工艺规定，并严格计量入炉、进包；

(3)分层装包，球化剂层间加装缓冲剂和装孕育剂

将20kg球化剂分成3等份，分层装包，先将一份球化剂平铺在窝底，捣实，装入75％硅铁3.0kg后再装入硅钙钡复合孕育剂1.5kg，捣实，再装入二铁铲(约1kg)稻草灰铺开，捣实，再装入珍珠岩2kg，捣实；重复以上方法装第二层；同样方法第三层球化剂装入后，在顶面装入剩余的75％硅铁约3.0kg、剩余的硅钙钡复合孕育剂1.5kg，捣实。

(4)在球化剂、缓冲剂、孕育剂装入底窝反应室后，在其上装入烘烤过的铁屑约10kg，再在铁屑的上面加装一块直径为400mm、厚15mm的球铁盖板，并用少量加装的铁屑调整使球铁盖板比底窝顶沿高约10mm的间隙以便铁水渗入；

(5)加锶镍钛中间合金

在铁水包内球铁盖板的上面加装3kg锶镍钛中间合金堆放在中间；

(6)加柱块状脱硫剂

将作为脱硫剂用的苏打粉(Na₂CO₃)压实制成柱块状，加装脱硫剂10kg到步骤(5)的锶镍钛中间合金层上面；

(7)铁水用中频电炉熔炼，出铁温度为1550～1600℃，冷铁水包偏下限，热铁水包偏上限，行车吊铁水包至炉前前盛接铁水，铁水入包避免直接冲击中间部位，宜靠向一侧，将预计处理铁水量一次性出完；

(8)一般出完铁水后才开始球化反应，若出完铁水20秒后还没开始反应，行车工可点动升降开关使铁水包短促上、下产生振动促使球化反应开始；

(9)球化反应结束，尽快判定球化效果，扒净液面熔渣，及早进行浇注并在15分钟之内浇注完毕；

因为本实施例铸件壁厚＞50mm故要进行二次孕育，用粒度1～2mm的锶钙钡复合孕育剂共1kg，因一包铁水浇注5件铸件，所以将锶钙钡复合孕育剂分成5等份，浇注时随流孕育，所述孕育剂用量为铁水重量的0.05～0.1％。浇注得到Y形单铸试块2。

步骤(3)～(6)的装包过程中，对球化剂、缓冲剂、孕育剂的捣实力无法进行量值化，需要在技术人员指导下，由操作者根据球化反应时间的工艺要求范围与何种捣实力下实际的球化反应时间进行比较、调节，积累经验掌握操作方法。通常不宜过紧，否则易导致起爆或反应迟缓。

见图2，铁水包1底部中心设置的圆柱形底窝2，用于分层预装球化剂3、孕育剂和缓冲剂4进行球化处理，在所述孕育剂和缓冲剂4上加装一层球铁铁屑5，所述球铁铁屑5上加球铁盖板6，所述球铁盖板6上分别加装中间合金7和块柱状脱硫剂8。与传统的设置在铁水包底部一侧的堤坝式半月形底窝相比，圆柱形底窝反应室居中向周围360°放射状对铁水进行搅拌，更利于镁和稀土的吸收、利于孕育和除渣除气。

实施例3

一种耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C＝3.4％、Si＝2.3％、Mn＝0.18％、P＝0.019％、S＝0.009％、Mg 0.036％、∑Re＝0.016％、Sr 0.10％、Ni 0.25％、Ti 0.15％，余量为Fe。

所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法，包括如下步骤：

(1)准备铁水包、修搪底窝

选取容量为1吨铁水包，按常规工艺规定修搪耐火层(靠铁水包壁使用粘土耐火砖铺设，其上敷搪一层耐火敷料，耐火敷料为10～15％耐火粘土、20～25％红煤粉、余量为40/70目石英砂加适量水混匀成结块状)，在底部中间用粘土耐火砖和耐火敷料修搪Φ350×450圆柱状底窝用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理，铁水包修搪后内部随外壳形状为倒置圆台形，顶部直径为Φ550mm，底部直径为Φ510mm，高度(不含底窝)为750mm。铁水包采用常规工艺烘干。

(2)选择炉料和辅料

新生铁、废钢、回炉铁、球化剂、孕育剂、缓冲剂、脱硫剂、中间合金以及铁屑、球铁盖板都必须符合工艺规定，并严格计量入炉、进包；

(3)分层装包，球化剂层间加装缓冲剂和装孕育剂

将12kg球化剂分成3等份，分层装包，先将一份球化剂平铺在窝底，捣实，装入75％硅铁2.0kg后再装入硅钙钡复合孕育剂1.5kg，捣实，再装入二铁铲(约1kg)稻草灰铺开，捣实，再装入珍珠岩2kg，捣实；重复以上方法装第二层；同样方法第三层球化剂装入后，在顶面装入剩余的75％硅铁约2kg、剩余的硅钙钡复合孕育剂1.5kg，捣实。

(4)在球化剂、缓冲剂、孕育剂装入底窝反应室后，在其上装入烘烤过的铁屑约8kg，再在铁屑的上面加装一块直径为400mm、厚15mm的球铁盖板，并用少量加装的铁屑调整使球铁盖板比底窝顶沿高约10mm的间隙以便铁水渗入；

(5)加锶镍钛中间合金

在铁水包内球铁盖板的上面加装3kg锶镍钛中间合金堆放在中间；

(6)加柱块状脱硫剂

将作为脱硫剂用的苏打粉(Na₂CO₃)压实制成柱块状，加装脱硫剂10kg到步骤(5)的锶镍钛中间合金层上面；

(7)铁水用中频电炉熔炼，出铁温度为1550～1600℃，冷铁水包偏下限，热铁水包偏上限，行车吊铁水包至炉前前盛接铁水，铁水入包避免直接冲击中间部位，宜靠向一侧，将预计处理铁水量一次性出完；

(8)一般出完铁水后才开始球化反应，若出完铁水20秒后还没开始反应，行车工可点动升降开关使铁水包短促上、下产生振动促使球化反应开始；

(9)球化反应结束，尽快判定球化效果，扒净液面熔渣，及早进行浇注并在15分钟之内浇注完毕；

因为本实施例铸件壁厚＞50mm故要进行二次孕育，用粒度1～2mm的锶钙钡复合孕育剂共1kg，因一包铁水浇注5件铸件，所以将锶钙钡复合孕育剂分成5等份，浇注时随流孕育，所述孕育剂用量为铁水重量的0.05～0.1％。浇注得到Y形单铸试块3。

步骤(3)～(6)的装包过程中，对球化剂、缓冲剂、孕育剂的捣实，由操作者根据球化反应时间的工艺要求范围与何种捣实力下实际的球化反应时间进行比较、调节，积累经验掌握操作方法。通常不宜过紧，否则易导致起爆或反应迟缓。

见图2，铁水包1底部中心设置的圆柱形底窝2，用于分层预装球化剂3、孕育剂和缓冲剂4进行球化处理，在所述孕育剂和缓冲剂4上加装一层球铁铁屑5，所述球铁铁屑5上加球铁盖板6，所述球铁盖板6上分别加装中间合金7和块柱状脱硫剂8。与传统的设置在铁水包底部一侧的堤坝式半月形底窝(见图1)相比，圆柱形底窝反应室居中向周围360°放射状对铁水进行搅拌，更利于镁和稀土的吸收、利于孕育和除渣除气。

比较实施例4

采用原有的低温高韧性球墨铸铁生产工艺，选取实施例的化学成分是：C＝3.8％、Si＝2.4％、Mn＝0.3％、P＝0.06％、S＝0.03％、Mg_残留＝0.048％、∑Re_残留＝0.032，余量为Fe。其生产方法为：

选取容量为1吨铁水包，在包底一侧修搪深300mm堤坝式半月形反应室，并常规烘干；取球化剂20kg全部装进反应室，捣实；在球化剂顶面加装铁屑10kg、75％硅铁5kg，捣实；在硅铁上面加装10kg苏打粉(Na₂CO₃)；铁水用中频电炉熔炼，出铁温度为1500～1550℃，冷铁水包偏下限，热铁水包偏上限，将铁水包用行车吊至中频电炉前，先出2/3铁水进行球化反应，待球化反应完成后出剩余约1/3铁水，并用5kg75％硅铁进行随流孕育；球化反应结束，尽快判定球化效果，扒净液面熔渣，及早进行浇注并在15分钟之内浇注完毕；得到Y形单铸试块4。

实施例5

将本发明技术实施例1～3的方法制备得到的耐低温高韧性铸态球铁浇注Y形单铸试块1-3，与原有方法制备的低温高韧性铸态球铁浇注Y形单铸试块4(即比较实施例4制得的Y形单铸试块4)，根据GB/T1348-2009《球墨铸铁件》、GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》、GB/T231-2009《金属材料布氏硬度试验》和GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行相关技术指标检测，得到的结果如表1所示。

表1 本发明技术实施例与原有技术实施例的技术指标比较

由表1可以看出，本发明的生产的耐低温高韧性铸态球铁的方法的球化率为90％，球化率高，球化反应平稳、完全。本发明生产的耐低温高韧性铸态球铁材料不仅可以达到GB/T1348-2009之QT400-18L各项技术指标，特别是-40℃下夏比冲击韧性值＞12J/cm²，可用于制造780kW至2MW风力发电机变浆减速器、偏航减速器的发动机安装座、输入法兰等零件，还可用于一些有耐低温高韧性要求的汽车配件、船用配件。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.耐低温高韧性铸态球铁，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分为：C 3.4～3.6％、Si 1.9～2.3％、Mn≤0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mg_{残 留}0.035～0.05％、∑Re_残留0.015～0.025％、Sr 0.05～0.1％、Ni 0.15～0.25％、Ti 0.10～0.15％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐低温高韧性铸态球铁，其特征在于，按重量百分比计，所述耐低温高韧性铸态球铁的化学成分为：C 3.6％、Si 2.06％、Mn 0.18％、P 0.02％、S 0.01％、Mg_残留0.048％、∑Re_残留0.021％、Sr 0.08％、Ni 0.23％、Ti 0.13％，余量为Fe。

3.一种如权利要求1所述的耐低温高韧性铸态球铁的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在铁水包底部中心设置圆柱形底窝反应室，用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理；

(2)分层装包，球化剂层间加装缓冲剂和加装孕育剂

将球化剂分成等量的2～5份，分层装进底窝反应室，每一层装一份球化剂，每一层球化剂上面加装层分量的稻草灰和/或珍珠岩做缓冲剂，以及加装层分量的75％硅铁和层分量的含硅、钙、钡的复合孕育剂，球化剂的总加入量为铁水重量的1.2～2.0％，缓冲剂的总加入量为铁水重量的0.5～1.5％，75％硅铁的总加入量为铁水重量的0.6～1.0％，孕育剂的总加入量为铁水重量的1.0～1.5％，所述球化剂装包的层数为2～5层；

(3)加球铁盖板

在球化剂、缓冲剂、孕育剂装入底窝反应室后，在其上装入占铁水重量0.5～1.0％的铁屑，再在铁屑的上面加装一块比底窝直径大50mm、厚10mm～15mm的球铁盖板，并用少量加装的铁屑调整使球铁盖板比底窝顶沿高5～10mm的间隙以便铁水渗入；

(4)加锶镍钛中间合金

在铁水包内球铁盖板的上面居中堆放加装锶镍钛中间合金，所述锶镍钛中间合金的加入量为铁水重量的0.1～0.3％；

(5)加柱块状脱硫剂

将作为脱硫剂的苏打粉(Na₂CO₃)压实制成柱块状，加装到步骤(4)的锶镍钛中间合金层上面，所述脱硫剂的加入量为铁水重量的0.3～1.0％；

(6)一次性出铁水

采用向铁水包内一次性出够全部铁水；

(7)进行球化反应结束，进行浇注，得到耐低温高韧性铸态球铁。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括对壁厚＞50mm的铸态球铁进行二次孕育，用粒度1～2mm的锶、钙、钡复合孕育剂，加进抬包中或随流孕育，所述孕育剂用量为铁水重量的0.05～0.1％。

5.根据权利要求3或4所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中的铁水包的平均直径与高度的比例为1∶1.5～1∶1.8，容量为0.5吨的铁水包高度为1020～1220mm，容量为1吨的铁水包高度为1080～1300mm。

6.根据权利要求3或4所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中的底窝采用耐火材料，所述耐火材料包括：外层为粘土耐火砖，内层为耐火敷料，所述耐火敷料用粘土10～15％、红煤粉20～25％、余量为40/70目石英砂，加适量水拌匀成结块状。

7.根据权利要求3或4所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中的球化剂装包的层数为3层。

8.根据权利要求3或4所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中的分层装包过程中，所述球化剂、缓冲剂、孕育剂装包时均需要进行捣实。

9.如权利要求1～8任一项所述生产的耐低温高韧性铸态球铁在制备风力发电机配件、汽车配件、船用配件中的应用。

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