CN102703802A

CN102703802A - 一种高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁

Info

Publication number: CN102703802A
Application number: CN201210187991XA
Authority: CN
Inventors: 蒋毓良; 张伟; 徐德民; 吴铁明
Original assignee: Shanghai Honggang Power Station Equipment Casting & Forging Co Ltd
Current assignee: Shanghai Honggang Power Station Equipment Casting & Forging Co Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁，其组分的重量百分比如下：C3.62～3.80%，Si1.90～2.35%，Mn＜0.20%，RE0.007～0.018%，Mg0.043～0.060%，P＜0.035%，S≤0.020%，余为铁及其它杂质元素，杂质元素中控制Mo＜0.010%，Ti＜0.025%，其中硅碳比为Si/C=0.50～0.63。本发明通过大量的试验和研究获得合理地控制硅碳比也能够确保低温球铁既能获得较高的拉伸强度和屈服强度、又能保证-40℃的低温冲击韧性，在发挥硅强化金属基体的作用的同时获得理想的低温冲击韧性，既满足了性能要求又大大降低了成本。

Description

一种高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁

技术领域

本发明涉及一种球铁材料，尤其涉及一种高强度强韧性耐低温（-40℃）铁素体球墨铸铁。

背景技术

风力是绿色可再生资源，作为21世纪的清洁能源，在过去的10年间世界风能发电总量以每年26%的速度增长，未来仍将会有较大的增长率，我国“十一五”规划将“大功率风力发电机组”列为振兴装备制造业的主要内容。由于风电机组安装于不同风场，不论是陆地还是海上，运行环境温度变化大（工作环境温度为-20℃～40℃，生存环境温度不超过-40℃～50℃）。在风电组件中，轮毂、机架、底座等零部件，均由低温球墨铸铁制造而成，且要求具有耐低温冲击性能。耐低温冲击性能球墨铸铁的材料为：我国为GB/T 25390-2010中-20℃条件下QT400-18AL、-40℃条件下QT350-22AL ；国外为：EN1563标准中-20℃条件下GJS-400-18U-LT、-40℃条件下GJS-350-22U-LT；目前，国内外标准中只规定了-20℃、-40℃条件的力学性能及对应的冲击性能要求，即QT350-22AL材料的铸件对应－40±2℃低温冲击性能：平均12Ｊ（个别9J）以上；QT400-18AL材料的铸件对应－20±2℃低温冲击性能：平均12 J（个别9J）以上。但尚无QT400-18AL材料的铸件在－40±2℃时对低温冲击性能要求的标准，处于空白状态。

以下公开的中国专利CN 101497956 B“一种大断面铁素体球铁及其制备工艺”，所述大断面铁素体球铁的组分;C含量为3.6～3.9%，Si含量为1.7～3.0%；Mn含量为0.1～0.4%；mG含量为0.035～0.050%；Sb含量为0.002～0.004%；;杂质元素为P和S，控制杂质中的P含量≤0.040%，杂质中的S含量≤0.015%,其余为Fe。但其产生的效果是所生产的球铁只能满足QT400-18AL的力学性能和-20℃条件下低温冲击性能要求。

公开的中国专利CN 100337770C“铸态无Ni低温球铁铸造大型高韧部件的方法”，所述的方法为：1）低温球铁的配方是：3.6～3.90%C，1.7～3%Si，0.1～0.4%Mn，不加镍；Mg的残余含量0.045～0.07%之间，剩余的是铁和制备过程中产生的杂质，P低于0.004%；2）上述含量铸造球铁的成分通过添加球化剂获得;3)球化后铸造工艺：在1300℃至1380℃之间将所述液态混合物浇铸到铸型中；并使其在砂型中缓慢冷却到400℃以下从铸型中取出。成分中S低于0.02%。其产生的效果是所述球铁达到国际标准－20℃和－40℃的冲击要求，但没有明确的强度指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铸态（不热处理）、无镍合金化条件下，强度满足QT400-18AL、－40±2℃低温冲击性能可以稳定在平均12焦耳（个别9J）以上的新型高强度强韧性铁素体球墨铸铁。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是

一种高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁，其组分的重量百分比如下：

C 3.62～3.80%， Si 1.90～2.35%， Mn ＜0.20%，

RE 0.007～0.018%，Mg 0.043～0.060%，P＜0.035%，S≤0.020%，

余为铁及其它杂质元素，杂质元素中控制Mo＜0.010%，Ti＜0.025%，

其中硅碳比为Si/C=0.50～0.63。

本发明的高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁浇注获得的铸件其力学性能指标如下表：

。

一般的球铁生产只考虑单独的碳、硅含量及碳当量对球铁组织和性能的影响，并不对硅碳之比予以考虑。硅是球墨铸铁中的基本元素。提高硅含量，可强化铁素体基体，但提高球墨铸铁的韧性-脆性转变温度，使球墨铸铁发生脆性断裂，降低球墨铸铁的冲击性能。因此，为确保获得优越的低温冲击韧性，需要降低含硅量。但硅量的减少，降低了球墨铸铁的强度，故为保证低温球铁的拉伸强度和屈服强度，一般采用加入合金元素镍。由于镍是贵重金属，所以增加生产成本。本发明通过大量的试验和研究获得合理地控制硅碳比也能够确保低温球铁既能获得较高的拉伸强度和屈服强度、又能保证-40℃的低温冲击韧性，在发挥硅强化金属基体的作用的同时获得理想的低温冲击韧性，既满足了性能要求又大大降低了成本。

附图说明

图1为本发明高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁的铸件生产流程示意图；

图2为实施例1的40mm附铸试块金相组织图；

图3为实施例1的70mm附铸试块金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

C 3.62～3.80%， Si 1.90～2.35%， Mn ＜0.20%，

RE 0.007～0.018%，Mg 0.043～0.060%，P＜0.035%，S≤0.020%，

其中硅碳比为Si/C=0.50～0.63。

各实施例组分参数如下表：

。

其中每个实施例中都有40mm和70mm两种附铸试块。

其熔炼浇注工艺如下：

1. 1. 炉料配比：（铁液重量百分比，以下同）：球墨铸铁用生铁40%，碳素废钢40%，球墨铸铁废铁20%。

再加入增碳剂1.0~1.30%，以达到目标碳量。

2. 中频感应炉熔化。炉料化清，升温至1520℃，除渣。加入硅铁，调整Si/C。温度1440℃时进行球化处理，球化剂加入量：轻稀土球化剂为0.5%，钇基重稀土球化剂为0.7%；覆盖0.2%硅铁粒及铸铁板。在球化过程中加入一次孕育硅铁0.6%。

3. 将球化处理后温度为1360~1375℃的铁液倒进拔塞浇口箱中，同时进行二次孕育，孕育剂加入量为0.3%。

4. 打开拔塞装置，浇注。成型的铸件自然冷却至220℃后从铸型中取出。

上述熔炼、浇注工艺为常规工艺，也可以在常规工艺范围内做调整。

上述实施例获得的铸件试样的性能指标如下：

。

其中实施例1的附铸试块的金相组织图如图2、图3，

图2为40mm附铸试块组织：球化率90%，铁素体量大于95%。

图3为70mm附铸试块金相组织：球化率90%，铁素体量大于95%。

通过控制碳硅比，本高强度强韧性铁素体球墨铸铁力学性能满足QT400-18AL、-40±2℃低温冲击性能平均在12焦耳（个别9J）以上的规定，实现了材料的升级，扩展了材料的应用。

本发明的高强度强韧性铁素体球墨铸铁制作简单，无需热处理，不使用贵重金属镍，因而具有良好的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种高强度强韧性耐低温铁素体球墨铸铁，其特征在于其组分的重量百分比如下：

C 3.62～3.80%， Si 1.90～2.35%， Mn ＜0.20%，

RE 0.007～0.018%，Mg 0.043～0.060%，P＜0.035%，S≤0.020%，

其中硅碳比为Si/C=0.50～0.63。