CN110983166A

CN110983166A - 一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法

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Publication number: CN110983166A
Application number: CN201911349781.4A
Authority: CN
Inventors: 马建照; 许其荣; 邱鸿; 李川度; 孙春晖; 李平
Original assignee: Jiangsu Faw Foundry Co ltd
Current assignee: Jiangsu Faw Foundry Co ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明属于铁素体球墨铸铁制备技术领域，具体涉及一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法。本发明加Ni高强度铁素体球墨铸铁按重量百分比计，包括以下各组分：C 3.60%~3.90%，Si 2.15%~2.30%，Mn＜0.20%，Mg 0.035%~0.050%，P≤0.035%，S≤0.015%，Ni 0.4%~0.6%，余量为铁，制备时选用优质生铁、废钢，电炉熔化铁水并控制碳硅锰含量，Ni加在中间浇包中，先从熔化炉出铁水到中间包，再倒包到球化包中进行球化处理，球化包中加入一定量的预处理剂、球化剂、孕育剂进行铁水处理，球化效果好。本发明制备方法简单，制备得到的铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和延伸率达到并超过了要求值，且带V形缺口的‑30℃冲击值也达到了要求，金相效果较好。

Description

一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法，属于铁素体球墨铸铁制备技术领域。

背景技术

由于大型风电技术的发展，目前世界各地都在大力支持大型风力发电机项目。随着风电向特大型发展，风力发电机组实现轻量化有特别重大意义，可减少铸件的重量，从而也可减少能源和资源的消耗。客户在设计产品减重时，都希望铸件的强度等性能更高。目前，风力发电机组中铸件的材质普遍为QT400-18AL，QT400-18AL属于高硅固溶强化的球墨铸铁，但是冲击性能很差，现已有多家知名的风力发电机制造企业提出采用加Ni高强度铁素体球墨铸铁材料，要求材料达到QT450-18AL规范要求。

对于一般材质来说，强度提高的同时，冲击韧性会降低。但是QT450-18AL材质不仅提高了强度要求，还要求保证更加优良的冲击韧性，对于熔炼工艺有一定的难度。

发明内容

本发明的目的是为了解决对于大型风电项目中使用的核心铸铁部件性能要求较高，现有工艺制备的材料不能满足应用要求的问题，提供了一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁及其制备方法，通过选用优质的原材料，调整铁水中碳、硅、锰的含量，及Ni元素的合理匹配，经过预处理，球化孕育处理，获得加Ni高强度铁素体球墨铸铁—QT450-18AL。

本发明采用如下技术方案：一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁，按重量百分比计，包括以下各组分：C 3.60％～3.90％，Si 2.15％～2.30％，Mn＜0.20％，Mg 0.035％～0.050％，P≤0.035％，S≤0.015％，Ni 0.4％～0.6％，余量为铁。

所述加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份计，选取20～60份生铁、20～50份废钢，打包成型，并加入10～30份回炉料，加热至1430～1480℃，直至全部熔化为铁水，调整铁水中的C、Si、Mn的含量，使得C含量为3.60％～3.90％，Si含量为2.15％～2.30％，Mn含量为＜0.20％；

(2)球化包中原料的配置：在球化包内放入球化剂，紧实；在球化剂上面均匀覆盖低钡孕育剂，紧实；再在孕育剂上均匀覆盖废钢片，紧实；将预处理剂放置在球化剂对面坑内，其中所述废钢片的重量是铁水重量的0.3％～0.5％；

(3)将步骤(1)中的铁水升温度至1500～1520℃，保温5～10分钟，根据出铁水重量称取0.4％～0.6％的Ni提前加入到转运浇注包里，并将高温出铁水加入到转运浇注包里；

(4)铁水预处理、球化孕育处理：转运浇注包铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，球化反应温度为1430～1470℃，铁水预处理、球化反应时间为120～160s，反应完毕后扒渣准备浇注；

(5)孕育块、随流孕育处理：首先将孕育块埋入浇口盆中，并把随流孕育剂安放在随流孕育斗中，铁水浇注时，孕育块溶解并进行孕育处理，此时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品加Ni高强度铁素体球墨铸铁。

所述球化剂的加入量为铁水重量的1.0％～1.2％，按重量百分比计，球化剂包括稀土0.35％～0.65％、Mg 5.0％～6.0％、Si 44.0％～48.0％，Ca 0.8％～1.2％，余量为铁。

所述孕育剂的加入量为铁水质量的0.4％～0.6％，按重量百分比计，孕育剂包括Si 70.0％～78.0％，Ca 1.0％～2.0％，Ba 2.0％～4.0％，余量为铁。

按重量百分比计，所述预处理剂包括Si 60.0％～70.0％，Ca 1.0％～2.0％，Ba6.0％～8.0％，余量为铁。

所述生铁中磷含量≤0.035％、硫含量≤0.020％。

所述废钢中锰含量≤0.15％，磷含量≤0.030％，硫含量≤0.030％。

按重量百分比计，所述孕育块包括Si 70.0％～78.0％，Ca 0.8％～1.5％，Re0.7％～1.1％，Al 0.7％～2.0％，Bi 0.7％～1.1％，余量为铁。

按重量百分比计，所述随流孕育剂包括Si 70.0％～78.0％，Ca 1.0％～2.0％，Ba2.0％～4.0％，余量为铁。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明制备方法简单，步骤易于操作，适用于制备QT450-18AL铁素体球墨铸铁，在制备过程中通过加入适当的Ni细化珠光体，并且降低脆性转变温度，使得在提高球墨铸铁强度的同时，具有更高的低温冲击韧性，制备得到的铁素体球墨铸铁抗拉强度、屈服强度、延伸率均达到了要求值，同时-30℃冲击值也达到要求值，铸件本体金相较好。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

QT450-18AL铁素体球墨铸铁的制备方法，包含如下步骤：

(1)原料选择：按重量份计，选取35份磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％的生铁、35份锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％的废钢，然后打包成型，30份本公司风电铸件球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，调整C，Si，Mn，P，S元素含量，加温至1430℃，至全部熔化成铁水；

(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入重量为铁水重量1.10％的球化剂，紧实；上面均匀覆盖铁水重量0.4％的低钡孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.3％的干净废钢片，紧实；将出铁重量0.2％的预处理剂放置在球化剂对面坑内；

(3)将步骤(1)中C，Si，Mn，P，S元素调整完毕后的熔化炉内的铁水升温度至1500℃，保温5分钟，称取出铁水重量0.5％的Ni提前加入到转运浇注包(中间浇包)里，然后高温出铁水加入到转运浇注包(中间浇包)里；

(4)铁水预处理、球化孕育处理：先将转运浇注包(中间浇包)铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，直到预先设定量；铁水预处理、球化反应温度为1430℃，铁水预处理、球化反应时间为135秒；反应完毕后扒渣准备浇注；

(5)孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，事先把0.15％的孕育块埋入浇口盆中，并把0.05％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中，铁水浇注时，开始孕育块孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品QT450-18AL铁素体球墨铸铁。

按重量百分比计，球化剂组成为稀土0.61％，Mg 5.81％，Si 46.0％，Ca 0.9％，其余为铁。

按重量百分比计，孕育剂组成为Si 72.0％，Ca 2.0％，Ba 2.0％，其余为铁。

按重量百分比计，预处理剂组成为Si 66％，Ca 1.6％，Ba 6.3％，其余为铁。

按重量百分比计，孕育块组成为Si 73％，Ca 1.1％，Re 0.9％，Al 0.95％，Bi0.95％，其余为铁。

按重量百分比计，随流孕育剂组成为Si 72.0％，Ca 1.7％，Ba 2.0％，其余为铁。

经检测，本实施例QT450-18AL铁素体球墨铸铁中包含如下重量百分含量的各组份：C 3.75％，Si 2.19％，Mn 0.14％，Mg 0.041％，P 0.027％，S 0.009％，Ni 0.47％，其余为铁。性能测试结果如表1所示。

实施例2

QT450-18AL铁素体球墨铸铁的制备方法，包含如下步骤：

(1)原料选择：按重量份计，选取55份磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％的生铁、20份锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％的废钢，然后打包成型，25份本公司风电铸件球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，调整C，Si，Mn，P，S元素含量，加温至1450℃，至全部熔化成铁水；

(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入铁水重量1.15％的球化剂，紧实；上面均匀覆盖铁水重量0.5％的低钡孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.4％的干净废钢片，紧实；将出铁重量0.2％的预处理剂放置在球化剂对面坑内；

(3)将步骤(1)中C，Si，Mn，P，S元素调整完毕后的熔化炉内的铁水升温度至1510℃，保温7分钟，根据出铁水重量称取0.6％的Ni提前加入到转运浇注包(中间浇包)里，然后高温出铁水到转运浇注包(中间浇包)里；

(4)铁水预处理、球化孕育处理：先将转运浇注包(中间浇包)铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，直到预先设定量；铁水预处理、球化反应温度为1450℃，铁水预处理、球化反应时间为146秒；反应完毕后扒渣准备浇注；

(5)孕育块、随流孕育处理：以铸件铁水浇注的重量计，事先把0.15％的孕育块埋入浇口盆中，并把0.05％的随流孕育剂放置在随流孕育斗中安放好，铁水浇注时，开始孕育块孕育处理，并打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品QT450-18AL铁素体球墨铸铁。

按重量百分比计，球化剂组成为稀土0.52％，Mg 5.84％，Si 48.0％，Ca 0.8％，其余为铁。

按重量百分比计，孕育剂组成为Si 73.0％，Ca 1.7％，Ba 2.3％，其余为铁。

按重量百分比计，预处理剂组成为Si 68％，Ca 1.5％，Ba 6.6％，其余为铁。

按重量百分比计，孕育块组成为Si 72％，Ca 1.3％，Re 0.8％，Al 1.1％，Bi0.9％，其余为铁。

按重量百分比计，随流孕育剂组成为Si 74.0％，Ca 1.2％，Ba 2.6％，其余为铁。

经检测，本实施例QT450-18AL铁素体球墨铸铁中包含如下重量百分含量的各组份：C 3.80％，Si 2.22％，Mn 0.15％，Mg 0.043％，P 0.026％，S 0.007％，Ni 0.56％，其余为铁。性能测试结果如表1所示。

实施例3

QT450-18AL铁素体球墨铸铁的制备方法，包含如下步骤：

(1)原料选择：按重量份计，选取40份磷含量小于等于0.035％、硫含量小于等于0.020％的生铁、30份锰含量小于等于0.1％、磷含量小于等于0.030％、硫含量小于等于0.030％的废钢，然后打包成型，30份本公司风电铸件球墨铸铁回炉料，并通过电炉熔化，调整C，Si，Mn，P，S元素含量，加温至1480℃，至全部熔化成铁水；

(2)球化包中原料的配置：以步骤(1)所得铁水质量计，在球化包内放入铁水重量1.20％的球化剂，紧实；上面均匀覆盖铁水重量0.6％的低钡孕育剂，紧实；再均匀覆盖铁水重量0.5％的干净的废钢片，紧实；将出铁重量0.2％的预处理剂放置在球化剂对面坑内；

(3)熔化炉铁水熔化后，C，Si，Mn，P，S元素调整完毕后，升温度至1520℃，保温10分钟，根据出铁水重量称取0.7％的Ni提前加入到转运浇注包(中间浇包)里，然后高温出铁水到转运浇注包(中间浇包)里；

(4)铁水预处理、球化孕育处理：先将转运浇注包(中间浇包)铁水冲入球化包放置在步骤(2)中球化剂对面的坑内，直到预先设定量；铁水预处理、球化反应温度为1470℃，铁水预处理、球化反应时间为153秒；反应完毕后扒渣准备浇注；

按重量百分比计，球化剂组成为稀土0.6％，Mg 5.64％，Si 47.0％，Ca 1.0％，其余为铁。

按重量百分比计，孕育剂组成为Si 74.0％，Ca 1.1％，Ba 2.6％，其余为铁。

按重量百分比计，预处理剂组成为Si 67％，Ca 1.3％，Ba 6.9％，其余为铁。

按重量百分比计，孕育块组成为Si 75％，Ca 0.9％，Re 0.8％，Al 1.3％，Bi0.85％，其余为铁。

按重量百分比计，随流孕育剂组成为Si 73.0％，Ca 1.5％，Ba 2.2％，其余为铁。

经检测，本实施例QT450-18AL铁素体球墨铸铁中包含如下重量百分含量的各组份：C 3.83％，Si 2.33％，Mn 0.16％，Mg 0.046％，P 0.026％，S 0.008％，Ni 0.65％，其余为铁。性能测试结果如表1所示。

表1实施例1-3中制得的QT450-18AL铁素体球墨铸铁的性能

表2现有QT400-18AL铁素体球墨铸铁的性能

由表1可知，采用本发明制备方法实施例1-3制备得到的QT450-18AL铁素体球墨铸铁的抗拉强度分别达到388MPa、395MPa和404MPa，抗拉强度均达到要求值，屈服强度分别达到254MPa、257MPa和263MPa，均达到要求值，延伸率分别为20.2％、19.5％和17.6％达到了要求值，实施例1-3的硬度、-30℃冲击值以及球化率均达到要求值的范围。通过表1和表2的对比可知，对于同等规格的试块，QT450-18AL比QT400-18AL的抗拉强度提高了将近20MPa，屈服强度提高了将近30MPa，同时还能保证更低温度的AKV(-30℃)冲击值和QT400-18AL的AKV(-20℃)冲击值一致。综上所述，采用本发明制备方法能够制备出性能较优的QT450-18铁素体球墨铸铁。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种加Ni高强度铁素体球墨铸铁，其特征在于，按重量百分比计，包括以下各组分：C3.60%~3.90%，Si 2.15%~2.30%，Mn＜0.20%，Mg 0.035%~0.050%，P≤0.035%，S≤0.015%，Ni0.4%~0.6%，余量为铁。

2.权利要求1所述加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按重量份计，选取20~60份生铁、20~50份废钢，打包成型，并加入10~30份回炉料，加热至1430~1480℃，直至全部熔化为铁水，调整铁水中的C、Si、Mn的含量，使得C含量为3.60%~3.90%，Si含量为2.15%~2.30%，Mn含量为＜0.20%；

（2）球化包中原料的配置：在球化包内放入球化剂，紧实；在球化剂上面均匀覆盖低钡孕育剂，紧实；再在孕育剂上均匀覆盖废钢片，紧实；将预处理剂放置在球化剂对面坑内，其中所述废钢片的重量是铁水重量的0.3%~0.5%；

（3）将步骤（1）中的铁水升温度至1500~1520℃，保温5~10分钟，根据出铁水重量称取0.4%~0.6%的Ni提前加入到转运浇注包里，并将高温出铁水加入到转运浇注包里；

（4）铁水预处理、球化孕育处理：转运浇注包铁水冲入球化包放置在步骤（2）中球化剂对面的坑内，球化反应温度为1430~1470℃，铁水预处理、球化反应时间为120~160s，反应完毕后扒渣准备浇注；

（5）孕育块、随流孕育处理：首先将孕育块埋入浇口盆中，并把随流孕育剂安放在随流孕育斗中，铁水浇注时，孕育块溶解并进行孕育处理，此时打开随流孕育装置开始随流孕育处理，即得产品加Ni高强度铁素体球墨铸铁。

3. 如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体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重量的1.0%~1.2%，按重量百分比计，球化剂包括稀土0.35%~0.65%、Mg5.0%~6.0%、Si 44.0%~48.0%，Ca 0.8%~1.2%，余量为铁。

4. 如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述孕育剂的加入量为铁水质量的0.4%~0.6%，按重量百分比计，孕育剂包括Si 70.0%~78.0%，Ca1.0%~2.0%，Ba 2.0%~4.0%，余量为铁。

5. 如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述预处理剂包括Si 60.0%~70.0%，Ca 1.0%~2.0%，Ba 6.0%~8.0%，余量为铁。

6.如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述生铁中磷含量≤0.035%、硫含量≤0.020%。

7.如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述废钢中锰含量≤0.15%，磷含量≤0.030%，硫含量≤0.030%。

8. 如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述孕育块包括Si 70.0%~78.0%，Ca 0.8%~1.5%，Re 0.7%~1.1%，Al 0.7%~2.0%，Bi 0.7%~1.1%，余量为铁。

9. 如权利要求2所述的加Ni高强度铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述随流孕育剂包括Si 70.0%~78.0%，Ca 1.0%~2.0%，Ba 2.0%~4.0%，余量为铁。