一种低温球墨铸铁及其制备方法、用途技术

本发明专利技术涉及一种低温球墨铸铁、制备方法及其作为风电机组轮毂的应用。本发明专利技术通过调整各元素组分以及浇筑前的交变磁场处理，避免了孕育处理和热处理这两个球墨铸铁制备过程中的重要步骤，简化工艺、节约成本、提升质量。提升了石墨化程度、石墨球数量和等级，使材料在低温

【技术实现步骤摘要】
一种低温球墨铸铁及其制备方法、用途


[0001]本专利技术属于新材料
，具体涉及一种球墨铸铁及其制备方法、用途

技术介绍

[0002]在二十世纪中期，英国科学家专利技术了一种球墨铸铁的制备方法，向铁水中加入稀土元素铈，并在浇铸时加入少量镁等元素从而获得球形石墨的铸铁，被称作球墨铸铁，其力学性能大幅提高，与钢接近，成本只是钢的1/3到1/2。球墨铸铁的组织主要由珠光体、铁素体和石墨球组成，并可以通过调整基体组织中珠光体与铁素体的含量来获得不同性能的球墨铸铁。
[0003]低温球墨铸铁是对低温冲击功有较高要求的球墨铸铁，随着新能源的不断替代传统能源，风力发电得以快速发展。风力发电机组铸件要求二十年以上的使用期。在寒冷地区能够经受极端天气的考验。特别是近年气候异常现象频次的加快，传统的低温冲击球墨铸铁材料规范的标准已经不满足下游企业的需求。低温冲击球墨铸铁的常温抗拉强度和屈服强度等与低温冲击功是一对矛盾。实际工程使用需要常温强度和低温冲击功都要达标。按照欧洲标准EN1563的规定，牌号EN
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GJS
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35—22Lt材料的力学性能要求：抗拉强度抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥220MPa，延伸率≥22％，低温冲击值要求：
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40℃单值≥9J，平均≥12J。
[0004]申请号为CN2019108698156的中国专利公布了一种低温球墨铸铁材料及其制备方法和应用，其中镍含量为0.77～0.83％，采用的高温热处理工艺增加了成本。
[0005]申请号为CN2012100338574的中国专利公布了
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60℃低温冲击球墨铸铁的制备方法，采用两次热处理工艺增加了成本。
[0006]申请号为CN2019105574753的中国专利公布了一种低温球墨铸铁及其生产工艺和应用，其中镍含量0.4～0.6％，且需要三次孕育处理工艺复杂增加成本。
[0007]申请号为CN2019105574895的中国专利公布了一种低温球墨铸铁及其制备方法和应用，制备的球墨铸铁可以在
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20℃使用，但是需要三次孕育处理，工艺复杂能耗和成本高。

技术实现思路

[0008]针对上述
技术介绍
中的问题，本专利技术的目的一：公布一种在零下
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45℃具有高强度和高低温冲击功的低温球墨铸铁。
[0009]一种低温球墨铸铁，所含各元素的质量百分比为：C 3.1～3.5wt％，Si 1.6～1.9wt％,Mn 0.3～0.6wt％，Mg 0.02～0.04％，Ni0.02～0.13wt％,Cu 0.01～0.065wt％，且Cu含量为Ni含量的一半，P+S≤0.02,余量为铁。
[0010]C是球墨铸铁中球形石墨的碳源，碳含量对铸件的性能影响很大，本专利技术中限定碳的质量分数为3.1～3.5wt％，保证石墨化能够顺利完成，且球形石墨有适宜的数量。
[0011]Si是铁素体的重要控制元素，也是力学性能的重要影响因素，本专利技术实验发现硅含量高，抗拉强度和屈服强度提高，但是低温冲击功降低，硅含量低，抗拉强度和屈服强度
降低，低温冲击功提高。本专利技术限定Si的含量为1.6～1.9wt％，使材料的综合性能优异。
[0012]Mn和Si对材料力学性能的影响有类似的作用，本专利技术限制Mn含量为0.3～0.6wt％。
[0013]Mg是石墨球化的重要控制元素，但是含量过高影响力学性能，本专利技术限制Mg含量为0.02～0.04％。
[0014]Ni能够强化铁素体基体，提高强度，但是镍价格贵，本专利技术限定Ni的含量为0.02～0.13wt％，这一含量低于现有技术制备低温球墨铸铁用量。
[0015]Cu有利用提高低温冲击功，但是价格贵，本专利技术限定Cu的含量为0.01～0.065wt％，且本专利技术实验发现镍含量为铜含量一倍时，材料表现出最优的强度和低温冲击功，故同时限定Cu含量为镍含量的一半。
[0016]P，S为有害元素，越低越好，故限定P和S的总量不高于0.02％.
[0017]本专利技术的第二个目的在于提供一种球墨铸铁的制备方法:包括熔炼、球化、交变磁场处理、浇铸得到铸铁件的步骤。具体包括将上述配比的合金在1520℃～1535℃中频感应炉中熔炼，1430℃
±
5℃冲入法球化，交变磁场处理后浇筑得到所述低温球墨铸铁材料。
[0018]优选的交变磁场的强度为25～50T。
[0019]优选的交变磁场作用时间为2～6min。
[0020]本专利技术通过交变磁场处理，在实验中发现可以增加碳形核数量，降低碳核均匀形核的吉布斯自由能，促进石墨化过程，得到单分散均匀分布的石墨球，从而优化材料性能。另外实验还发现交变磁场处理可以显著增加金相组织中铁素体含量。
[0021]本专利技术的第三个目的是公布了本专利技术的球墨铸铁用于风电机组轮毂。本专利技术所述的球墨铸铁，铁素体含量≥96％，石墨球化率等级达到3级以上，石墨球大小等级达到5级以上，抗拉强度在423～447MPa,屈服强度262～286Mpa，在
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45℃的冲击吸收功为12.3～14.7J。具有优异的机械强度和低温冲击性能。
[0022]本专利技术的有益效果:通过元素含量和比例的优化调控，交变磁场的处理，降低了镍的含量，省去了常规添加孕育剂的孕育过程和热处理过程，不但降低片状石墨或碎块状石墨和其他非球状石墨形态的出现，同时减少在共晶团边界出现磷共晶、各种碳化物和夹杂物，得到强度和低温冲击功性能优异的球墨铸铁，可以在极寒天气下应用于超低温风电轮毂。
[0023]下面结合具体实施例，对本专利技术进行说明。
[0024]实施例1
[0025]一种低温球墨铸铁，所含各元素的质量百分比为：C 3.1wt％，Si 1.6wt％,Mn 0.3wt％，Mg 0.02％，Ni 0.02wt％,Cu 0.01～wt％，且Cu含量为Ni含量的一半，P+S≤0.02,余量为铁。
[0026]将上述配比的合金在1520℃℃中频感应炉中熔炼，1430℃
±
5℃冲入法球化，球化剂为ReSiFeMg7，粒度为5～30mm,质量为所述合金液质量的0.7％，在磁场强度25T交变磁场处理6min后浇筑得到所述低温球墨铸铁材料。
[0027]实施例2
[0028]一种低温球墨铸铁，所含各元素的质量百分比为：C 3.2wt％，Si 1.7wt％,Mn 0.3wt％，Mg 0.02％，Ni 0.02wt％,Cu 0.01～wt％，且Cu含量为Ni含量的一半，P+S≤0.02,
余量为铁。
[0029]将上述配比的合金在1520℃℃中频感应炉中熔炼，1430℃
±
5℃冲入法球化，球化剂为ReSiFeMg7，粒度为5～30mm,质量为所述合金液质量的0.7％，在磁场强度30T交变磁场处理6min后浇筑得到所述低温球墨铸铁材料。
[0030]实施例3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温球墨铸铁，其特征在于组分包含各元素的质量百分比为：C 3.1～3.5wt％，Si 1.6～1.9wt％,Mn 0.3～0.6wt％，Mg 0.02～0.04％，Ni 0.02～0.13wt％,Cu 0.01～0.065wt％，且Cu含量为Ni含量的一半，P+S≤0.02,余量为铁。2.根据权利要求1，一种低温球墨铸铁，所述球墨铸铁中铁素体含量不低于96％。3.一种低温球墨铸铁的制备方法，其特征包括下述步骤:包括熔炼、球化、交变磁场处理、浇铸得到铸铁，具体包括将合金在1520℃～1535℃中频感应炉中熔炼，1430℃
±
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈立新，张亚军，严玉平，
申请(专利权)人：江苏宏德特种部件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：