一种固溶强化铁素体铸件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种固溶强化铁素体铸件及其制备方法，属于合金技术领域。所述铸件的组成成分及其质量百分比为C：3.30‑3.75％，Si：3.5‑3.90％，Mn：0.08‑0.12％，P：0.015‑0.022％，S：0.008‑0.012％，Sb：0.002‑0.008％，Mg：0.040‑0.050％，Re：0.001‑0.005％，Cu：0.10‑0.50％，Ni：0.10‑0.50％，余量为Fe。本发明专利技术铁素体铸件通过调整合金各组分的种类和用量，同时通过加入复配的球化剂以及二次孕育处理，提高铁水成分过冷，缩短凝固时间，确保石墨球球型稳定，并保证了铸件在25‑400mm的壁厚下的强度和延伸率。

【技术实现步骤摘要】
一种固溶强化铁素体铸件及其制备方法
本专利技术涉及一种固溶强化铁素体铸件及其制备方法，属于合金

技术介绍
风电铸件近几年发展十分迅速，铸件出口规模也不断增加，风电球墨铸铁四大件(轮毂、底座、轴、轴承座)材质牌号从QT400-18AL或EN-GJS-400-18U-LT逐渐向高牌号发展，在EN-1563-2011版中，QT500-14和QT600-10只提到了壁厚≤60mm的铸件性能值。但是随着风机高性能、轻量化的技术革新，采用高硅固溶强化代替行业通用的QT400-18AL牌号成为技术发展的一个必然趋势。高硅固溶铁素体球铁特点是碳低硅高，材质出现缩松的倾向比常规QT400-18AL大，高硅促进了铁素体的形成和铁素体的高含量，但是高硅也降低了碳在奥氏体中的溶解度，导致铁水中的溶碳能力降低，当碳含量过高时，游离碳与铁原子或与易形成碳化物的元素结合导致石墨化程度降低，碳高还会导致大量的初生石墨形成，初生石墨聚集在铸件上表面导致机械性能恶化，碳低时，在高硅条件下，贫碳区因为石墨膨胀体积不足，凝固体积收缩过大，导致缩松缺陷产生。硅含量过高铁水的流动性变差，不利于二次渣清除，硅高铁水初晶温度高，初晶到结晶完成的时间延长，石墨球液态生长时间长，石墨受微量元素偏析影响发生畸形生长，导致钉状、水草状石墨形成，因此高硅球铁的力学性一致性还是很难控制的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种疲劳强度、屈服、抗拉指标、延伸率、致密性和稳定性综合性能较好，且可以用于壁厚大于300mm的铸件心部的固溶强化铁素体铸件。本专利技术的上述方案通过如下技术实现：一种固溶强化铁素体铸件，所述铸件的组成成分及其质量百分比为：C：3.30-3.75％，Si：3.5-3.90％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.10-0.50％，Ni：0.10-0.50％，余量为Fe。在本专利技术铸件中，根据铸件壁厚以及后续造型冷却工艺来调整碳含量，壁厚越厚，冷却条件差，碳含量越低，壁厚越小以及冷却条件好碳含量越高，进而控制石墨形态和铸件缩松。硅控制在3.5-3.90％，主要保证铁素体基体，并和其他元素协同提高铸件的抗拉强度、屈服强度。锰含量主要来自生铁、废钢，过多的Mn含量会导致在壁厚晶界形成碳化物等组织，因此，本专利技术铸件中Mn控制在0.08-0.12％。磷含量也来自生铁、废钢，控制其上限含量，是防止组织中出现磷共晶，导致基体组织异变。硫是参与石墨形核的物质，含量不应该越低越好，但含量高了，硫消耗铁水中的镁，导致球化衰退。锑可中和残留稀土、铅、铋、砷等反球化元素，但是锑也是强烈促进珠光体的元素，含量不能过高。镁是球化元素，镁低球化质量无法保证，镁高铸件夹渣、缩松倾向增大，镁可以形成碳化物等组织；稀土主要是中和铅、铋、砷等微量元素，并起到石墨化所用，但是稀土元素含量过高，在铸件热节最后凝固区极易偏析，导致石墨球多元化生长，形成畸变石墨。镍在铁水中可以无限互溶，铜的溶解度有限，两者起到强化基体的作用，同时通过微合金化增加铁水的过冷倾向，实现晶粒细化，从而在高强度要求下，使材料塑性提高。通常通过控制硅和铜含量来控制固溶强化铁素体的基体和强度，一般QT400-18AL铜超过0.10％珠光体含量就会超过10％，但是本专利技术高硅铁素体中加入铜，珠光体含量可控制在5％以内，主要原因是高硅已经确保的了铁素体含量，镍在铁水中可以无限互溶，铜的溶解度有限，铜镍主要是以固溶体的形式存在，两者起到强化基体的作用，同时通过微合金化增加铁水的过冷倾向，实现晶粒细化，从而在高强度要求下，提高材料塑性提高，对于模数超过7cm的铸件石墨细小化非常有利。若本专利技术铸件中不含镍铜，很难实现延伸率的提高，模数越大，单靠硅固溶，延伸率无法保证，因为高硅成分均匀性不好，材质容易出现晶间显微缩松、碎块状石墨、钉状石墨等、夹杂物等，影响延伸率稳定。作为优选，所述铸件的组成成分及其质量百分比为：C：3.55-3.75％，Si：3.50-3.70％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.10-0.20％，Ni：0.10-0.25％，余量为Fe。作为优选，C：3.30-3.50％，Si：3.70-3.90％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.20-0.50％，Ni：0.25-0.5％，余量为Fe。本专利技术还提供一种上述固溶强化铁素体铸件的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：1)、称取铁水原料：生铁、废钢、硅铁、增碳剂；2)、熔化炉底部加入10-20％生铁，然后加入废钢、硅铁、增碳剂以及剩余的生铁，熔化成铁水，清除铁水表面的熔炼浮渣，升温至1450-1470℃保温，铁水温度≥1400℃调整成分至目标要求，铁水静置后再次清除铁水表面的熔炼浮渣；只要温度≥1400℃，就可以进行成分调整；3)、采用冲入法球化处理，球化剂填埋后表面覆盖高钙钡孕育剂，出铁时冲入球化剂另外一侧；出铁时，铁水不能直接冲在合金上，需要冲到合金对面，当对面铁水溢过来，再熔化孕育剂球化剂；4)、浇注时使用随流孕育剂，采用开放式浇注系统，浇注、冷却得铸件。在上述固溶强化铁素体铸件的制备方法中，铁水原料中生铁、废钢、硅铁、增碳剂的质量百分比如下：生铁81-92％、废钢5-15％、硅铁3-4％、增碳剂0-0.6％。进一步地，所述生铁的组成成分及其质量百分比为：碳≥3.3％，硅≤0.5％，锰≤0.025％，磷≤0.010％，铬≤0.010％，铜≤0.007％，钛≤0.005％；钒≤0.005％，铅≤0.00009％，砷≤0.0015％，锡≤0.0005％，锑≤0.0006％，余量为铁。进一步地，废钢的组成成分及其质量百分比为：碳≤0.3％，硅≤0.30％，锰≤0.30％，磷≤0.030％，硫≤0.025％，钛≤0.030％，铬≤0.040％，铜≤0.020％，锡≤0.003％，铅≤0.004％，铝≤0.050％，余量为Fe。进一步地，硅铁的组成成分及其质量百分比为：硅量72-80％，铝≤1.20％，锰≤0.50％，铬≤0.50％，余为铁。进一步地，增碳剂的组成成分及其质量百分比为：碳≥98％，硫≤0.02％，氮≤0.010％。在上述固溶强化铁素体铸件的制备方法中，步骤2)中出铁前还包括加入Sb，Sb的加入量为所得铁水总量的0.004～0.006％，加入方法是球化前投入铁水包底部，中和铁水中残留稀土。在上述固溶强化铁素体铸件的制备方法中，步骤3)球化处理中球化剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固溶强化铁素体铸件，其特征在于，所述铸件的组成成分及其质量百分比为：C：3.30-3.75％，Si：3.5-3.90％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.10-0.50％，Ni：0.10-0.50％，余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种固溶强化铁素体铸件，其特征在于，所述铸件的组成成分及其质量百分比为：C：3.30-3.75％，Si：3.5-3.90％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.10-0.50％，Ni：0.10-0.50％，余量为Fe。


2.根据权利要求1所述的固溶强化铁素体铸件，其特征在于，所述铸件的组成成分及其质量百分比为：C：3.55-3.75％，Si：3.50-3.70％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.10-0.20％，Ni：0.10-0.25％，余量为Fe。


3.根据权利要求1所述的固溶强化铁素体铸件，其特征在于，C：3.30-3.50％，Si：3.70-3.90％，Mn：0.08-0.12％，P：0.015-0.022％，S：0.008-0.012％，Sb：0.002-0.008％，Mg：0.040-0.050％，Re：0.001-0.005％，Cu：0.20-0.50％，Ni：0.25-0.5％，余量为Fe。


4.一种如权利要求1所述的固溶强化铁素体铸件的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
1)、称取铁水原料：生铁、废钢、硅铁、增碳剂；
2)、熔化炉底部加入10-20％生铁，然后加入废钢、硅铁、增碳剂以及剩余的生铁，熔化成铁水，清除铁水表面的熔炼浮渣，升温至1450-1470℃保温，在铁水温度≥1400℃后二次调整成分至目标要求，铁水静置后再次清除...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵益锋，杨麟，王惠兵，
申请(专利权)人：宁波日星铸业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33