低溫球鐵件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低溫球鐵件及其制備方法，其中，球鐵件的化學(xué)成分為：C：3.6～3.8wt％，Si：2.1～2.5wt％，Mn：0.1～0.2wt％，P≤0.02wt％，S≤0.02wt％，V：0.01～0.1wt％，Mg：0.035～0.05wt％，其余部分為鐵以及制備過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。本發(fā)明實(shí)施例的低溫球鐵件及其制備方法，通過(guò)對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理及釩合金化處理后使得低溫球鐵件在抗拉強(qiáng)度大于400Mpa、屈服強(qiáng)度大于260Mpa時(shí)，沖擊功在溫度為-20℃大于10J，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)鑄件的輕量化設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】低溫球鐵件及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鑄件以及鑄件的制備方法，尤其涉及一種低溫球鐵件及其制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電機(jī)組的大型化，機(jī)組用的主要零部件如輪轂、底座等也將更大、更重。這 些變化為生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、裝配等都帶來(lái)了巨大的困難。因此零部件的輕量化設(shè)計(jì)是必然 趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)輕量化，需要選用更高強(qiáng)度的球鐵才能滿足上述設(shè)計(jì)的需要，但是，目前風(fēng) 電領(lǐng)域所用鑄件的強(qiáng)度均無(wú)法達(dá)到減重的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)理論分析可知，只有當(dāng)抗拉強(qiáng)度大于 400Mpa、屈服強(qiáng)度大于260Mpa，同時(shí)沖擊功在-20°C時(shí)大于10J，才能實(shí)現(xiàn)鑄件的輕量化設(shè) 計(jì)。
[0003] 目前兆瓦風(fēng)電球鐵件均采用球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)EN1563-2011中規(guī)定的 EN-GJS-400-18AL或EN-GJS-350-22RT，這兩種材料在低溫下有很好的綜合性能，能夠滿 足風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行。為適應(yīng)提高材料的低溫使用安全性，又開發(fā)出了滿足-30度和-40 度的EN-GJS-400-18AL材料，但這幾種材料的強(qiáng)度均無(wú)法滿足機(jī)組輕量化設(shè)計(jì)需要。目 前風(fēng)電用鑄件均采用EN-1563標(biāo)準(zhǔn)中GJS-400-18-AL或GJS-350-22U-LT，附鑄尺寸為 70X 70X 170_時(shí)，材質(zhì)為EN-GJS-400-18U-LT，則抗拉強(qiáng)度要求大于360Mpa，屈服強(qiáng)度要 求大于220Mpa，沖擊值-20°C單個(gè)彡7J，三個(gè)平均彡IOJ ;材質(zhì)為EN-GJS-350-22U-LT，則抗 拉強(qiáng)度要求320Mpa，沖擊值-40°C單個(gè)多7J，三個(gè)平均多10J?，F(xiàn)在對(duì)風(fēng)電用球鐵材料的研 宄集中在解決如何在保持現(xiàn)有強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，使沖擊功在溫度-30°C、-40°C和以下溫度能 滿足大于10J。但是，從研宄結(jié)果來(lái)看，提高強(qiáng)度的同時(shí)保證低溫沖擊功非常困難，這是一對(duì) 矛盾體，提高強(qiáng)度，必然會(huì)影響低溫沖擊功。由此可見，EN-1563標(biāo)準(zhǔn)中GJS-400-18-AL或 GJS-350-22U-LT仍然無(wú)法滿足機(jī)組輕量化設(shè)計(jì)需要，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在保證強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上實(shí) 現(xiàn)風(fēng)機(jī)鑄件的輕量化設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種低溫球鐵件及其制備方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)鑄件的輕 量化設(shè)計(jì)。
[0005] 一種低溫球鐵件，其化學(xué)成分為：C :3· 6?3. 8wt%，Si :2. 1?2. 5wt%，Mn :0· 1? 0· 2wt%，P 彡 0· 02wt%，S 彡 0· 02wt%，V :0· 01 ?0· lwt%，Mg :0· 035 ?0· 05wt%，其余部 分為鐵以及制備過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
[0006] 一種上述低溫球鐵件的制備方法，包括：
[0007] 熔煉工序：將生鐵原材料熔煉為鐵水；
[0008] 增碳及加入釩合金工序：向所述鐵水中加入增碳劑和釩合金，所述釩合金中 V的重量比大于90%，其余為碳，V的加入量相對(duì)于要制備的低溫球鐵件的重量比為 0. 01-0. lwt%，增碳劑中碳的重量比大于90wt%，硫的重量比小于0. 05wt% ;
[0009] 球化及孕育處理工序：向所述鐵水中加入球化劑和孕育劑，所述球化劑的加入量 相對(duì)于所述低溫球鐵件的重量比為1. 〇?I. 2wt%，其中，所述球化劑的成分以及各成分在 球化劑中的重量比為：Mg :6?7wt%，Re :2?3wt%，Si :40?50wt%，其余為鐵；所述孕 育劑的加入量相對(duì)于所述低溫球鐵件的重量比為〇. 4?0. 6wt%，所述孕育劑的成分以及 各成分在所述孕育劑中的重量比為：Si :70?80wt%，其余為鐵；
[0010] 澆注工序：將所述鐵水澆入鑄型，冷卻后獲得球鐵件。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例的低溫球鐵件及其制備方法，通過(guò)在增碳的過(guò)程中同時(shí)加入上述特 定量的釩合金，從而抑制了石墨球的增長(zhǎng)，提高了石墨球圓整度，使得基體強(qiáng)化，最終提高 了球鐵件的強(qiáng)度，滿足了風(fēng)機(jī)鑄件的輕量化設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的低溫球鐵件的制備方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例的低溫球鐵件，其成分中含有一定量的V，來(lái)改善其微觀結(jié)構(gòu)特性， 獲得超高強(qiáng)度的低溫型球鐵，使之能夠滿足機(jī)組輕量化設(shè)計(jì)需要，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)鑄件的輕量化 設(shè)計(jì)。在其制備方法中，通過(guò)對(duì)球化劑和孕育劑成分的調(diào)整，并在制備過(guò)程中加入特定配比 的釩合金，從而來(lái)獲得滿足上述條件的低溫球鐵件。在本發(fā)明實(shí)施例中，主要以重量百分比 (wt% )的形式來(lái)表不各化學(xué)成分的含量。
[0014] 實(shí)施例一
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例的低溫球鐵件，其化學(xué)成分為：C :3. 6?3. 8wt%，Si :2. 1? 2. 5wt %，Mn :0· 1 ?(λ 2wt %，P 彡（λ 02wt %，S 彡（λ 02wt %，V :0· 01 ?(λ Iwt %，Mg :0· 035 ? 0. 05wt %，其余部分為鐵以及制備過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明實(shí)施例的低溫球鐵件，通過(guò)在其化學(xué)成分中加入了 0. 01?0. lwt%的V，釩 合金的加入促進(jìn)了晶粒細(xì)化和基體固溶強(qiáng)化，使球鐵件能夠在抗拉強(qiáng)度大于400Mpa、屈服 強(qiáng)度大于260Mpa時(shí)，沖擊功在溫度為-20°C大于10J，滿足了低溫下的韌性要求，實(shí)現(xiàn)了風(fēng) 機(jī)鑄件的輕量化設(shè)計(jì)。
[0017] 實(shí)施例二
[0018] 下面介紹一下上述低溫球鐵件的制備方法，如圖1所示，制備方法包括如下工序：
[0019] 熔煉工序101 :將生鐵原材料熔煉為鐵水。具體地，可以將國(guó)產(chǎn)生鐵（QlO)、回爐 料、廢鋼作為原材料，可以采用中頻爐進(jìn)行熔化處理，將原材料熔煉成鐵水。
[0020] 增碳及加入釩合金工序102 :向所述鐵水加入增碳劑和釩合金，釩合金中V的 重量比大于90wt%，其余為碳，V的加入量相對(duì)于所述要制備的低溫球鐵件的重量比為 0. 01-0. lwt%，增碳劑中碳的重量比大于90wt%，硫的重量比小于0. 05wt%，加入如此配 比的增碳劑以及釩合金有助于提高材料強(qiáng)度。
[0021] 在本實(shí)施例中，加入了含V的微量元素，V在基體中以化合物的形式固溶于鐵素體 基體中可以起到固溶強(qiáng)化的作用，進(jìn)一步地，V是反石墨化元素，可以抑制石墨球的增長(zhǎng)，提 高石墨球圓整度，使得基體強(qiáng)化，起到細(xì)化晶粒的作用，可以提高材料的強(qiáng)度。
[0022] 另外，本發(fā)明實(shí)施例所加入的上述特定比例和成分的釩合金，其具有極好的吸收 率，可以使珠光體含量小于I %，并且該合金的加入不會(huì)使材料的低溫沖擊功降低。
[0023] 此外，在實(shí)際作業(yè)中，為了減少雜質(zhì)的量，優(yōu)選地，需要對(duì)熔煉后的鐵水進(jìn)行溶清， 對(duì)去除爐渣的鐵水表面進(jìn)行增碳處理并加入釩合金，同時(shí)加強(qiáng)攪拌，增加碳和合金的吸收。 鐵水溫度優(yōu)選地控制在1400°C?1450°C。
[0024] 球化及孕育處理工序103 :向所述鐵水中加入球化劑和孕育劑，所述球化劑的加 入量相對(duì)于要制備的低溫球鐵件的重量比為I. 〇?I. 2wt%，其中，所述球化劑的成分以及 各成分在球化劑中的重量比為：Mg :6?7wt%，Re :2?3wt%，Si :40?50wt%，其余為鐵； 所述孕育劑的加入量相對(duì)于要制備的低溫球鐵件的重量比為〇. 4?0. 6wt%，孕育劑的成 分以及各成分在所述孕育劑中的重量比可以為：Si :70?80wt%，其余為鐵。這樣組分的孕 育劑有利于促進(jìn)石墨化，減少白口傾向，細(xì)化晶粒，減少偏析，均勻組織，提高力學(xué)強(qiáng)度，調(diào) 整硬度，改善機(jī)械性能，改善基體，改善石墨的形態(tài)分布，減少鑄件內(nèi)應(yīng)力和壁厚敏感度。
[0025] 在該工序中，一般采用將鐵水倒入球化包內(nèi)的方式進(jìn)行球化處理，在實(shí)施例中，可 以將球化劑和孕育劑均放置在球化包內(nèi)，具體地，用鑄鐵肩覆蓋球化劑，并在鑄鐵肩上放置 所述孕育劑，鑄鐵肩的覆蓋厚度優(yōu)選為6-10mm，該厚度能夠?qū)⑶蚧瘯r(shí)間控制在相對(duì)合理的 范圍內(nèi)，有助于使鐵水進(jìn)行充分的球化。該工序的溫度優(yōu)選地控制在1420?1460°C。
[0026] 澆注工序104 :將所述鐵水澆入鑄型，冷卻后獲得球鐵件。在該工序中，可以待經(jīng) 過(guò)球化處理的鐵水的溫度降至1330?1360°C后，再澆入鑄型，必要時(shí)，需要進(jìn)行扒渣處理 后再澆入鑄型。此外，鐵水經(jīng)過(guò)前期的球化、扒渣處理后，有孕育衰退跡象，為防止鐵水在型 腔中衰退嚴(yán)重，在將所述鐵水澆入鑄型的過(guò)程中，可以再次加入用于進(jìn)行隨流孕育的孕育 劑，該孕育劑的加入量相對(duì)于所述鐵水的重量比為〇. 1-0. 2wt%。隨流孕育劑一般采用細(xì)小 的顆粒形態(tài)的孕育劑。隨流孕育工藝是在鐵水澆入型腔的同時(shí)加入孕育劑，是對(duì)前期孕育 衰退的補(bǔ)充，同時(shí)隨流孕育也會(huì)直接影響石墨數(shù)量和大小，通過(guò)進(jìn)行隨流孕育能夠?qū)⑹?顆粒進(jìn)一步細(xì)化，增加石墨數(shù)量。
[0027] 在澆注完成后，可以使鑄件在鑄型中緩慢冷卻到400°C以下（緩慢冷卻的速度最 好是10?20°C /min)，再?gòu)蔫T型中取出鑄件，最終形成成形的球鐵件。
[0028] 通過(guò)上述工序制備出的球鐵件，屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到260Mpa以上，同時(shí)使球鐵件能 滿足-20°C沖擊韌性的要求，滿足了機(jī)組輕量化設(shè)計(jì)需要，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)鑄件的輕量化設(shè)計(jì)。
[0029] 實(shí)施例三
[0030] 以上所述為本實(shí)施例的低溫球鐵件及其制備方法，下面將舉出具體實(shí)驗(yàn)例及實(shí)際 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0031] 如表1所示，其為按照本實(shí)驗(yàn)例的方案制造出低溫球鐵件的性能測(cè)試結(jié)果，在制 備工藝中，可以選用國(guó)產(chǎn)原料生鐵（QlO)作為制備原料，其中，該生鐵（QlO)的主要成分為： C > 3. 7wt %，Si < 0. 5wt %，Mn < 0. 2wt % P < 0. 02wt % %，S < 0. 02wt %，Mn < 0. 15wt %。 在制備的過(guò)程中，選用的球化劑的成分為：Mg 6?7wt%，Re 2?3wt%，Si 40?50wt%， 其余為鐵；孕育劑的成分：Si 70wt%，其余為鐵。
[0032] 進(jìn)一步地，采用IOT的電爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1430°C，在此溫度下爐內(nèi)經(jīng)增碳 和0. 07%釩合金處理后，將鐵水倒入IT的球化包內(nèi)再進(jìn)行球化和孕育處理，球化劑和孕育 劑的加入量分別為l.Owt%和0.4wt%。澆注過(guò)程采用了二次孕育的方式，最終得到成分 為：C 3. 7%，Si 2.4%，Mn 0. 12%，Mg的殘余含量0.045%的球鐵件。由表1所示的數(shù)據(jù) 結(jié)果可以得出，表中附鑄的三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果中抗拉強(qiáng)度Rm均大于400Mpa、屈服強(qiáng)度RpO. 2均 大于260Mpa，同時(shí)沖擊功Ak在-20°C大于10J，可以實(shí)現(xiàn)鑄件的輕量化設(shè)計(jì)。即釩合金化處 理可以提高材料強(qiáng)度，并且對(duì)低溫沖擊功的影響較小。
[0033] 表1為按照本實(shí)驗(yàn)例的方案制造出低溫球鐵件的性能測(cè)試結(jié)果
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種低溫球鐵件，其特征在于，其化學(xué)成分為：c :3.6?3. 8wt%，Si :2. 1? 2. 5wt %，Mn :0? 1 ?0? 2wt %，P 彡 0? 02wt %，S 彡 0? 02wt %，V :0? 01 ?0? lwt %，Mg :0? 035 ? 0. 05wt%，其余部分為鐵以及制備過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
2. -種權(quán)利要求1所述的低溫球鐵件的制備方法，其特征在于，包括： 熔煉工序：將生鐵原材料熔煉為鐵水； 增碳及加入釩合金工序：向所述鐵水中加入增碳劑和釩合金，所述釩合金中V的 重量比大于90wt%，其余為碳，V的加入量相對(duì)于要制備的低溫球鐵件的重量比為 0. 01-0. lwt%，增碳劑中碳的重量比大于90wt%，硫的重量比小于0. 05wt% ; 球化及孕育處理工序：向所述鐵水中加入球化劑和孕育劑，所述球化劑的加入量相對(duì) 于所述低溫球鐵件的重量比為1. 〇?1. 2wt%，其中，所述球化劑的成分以及各成分在球化 劑中的重量比為：Mg :6?7wt%，Re :2?3wt%，Si :40?50wt%，其余為鐵；所述孕育劑 的加入量相對(duì)于所述低溫球鐵件的的重量比為〇. 4?0. 6wt%，所述孕育劑的成分以及各 成分在所述孕育劑中的重量比為：Si :70?80wt%，其余為鐵； 澆注工序：將所述鐵水澆入鑄型，冷卻后獲得球鐵件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述增碳及加入釩合金工序中，將所述 鐵水的溫度控制在1400°C?1450°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述球化及孕育處理工序中，向所述鐵 水中加入球化劑和孕育劑包括： 將所述鐵水倒入球化包，在所述球化包中加入所述球化劑，并用鑄鐵肩覆蓋所述球化 劑，在所述鑄鐵肩上放置所述孕育劑，所述鑄鐵肩的覆蓋厚度為6-10mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述球化及孕育處理工序中，將所述鐵 水的溫度控制在1420°C?1460°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述澆注工序中，在將所述鐵水澆入鑄 型的過(guò)程中，再次加入用于進(jìn)行隨流孕育的孕育劑，該孕育劑的加入量相對(duì)于所述鐵水的 重量比為〇? 1-0. 2wt%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的方法，其特征在于，在所述澆注工序中，待所述鐵水的溫 度降至1330°C?1360°C后，再將所述鐵水澆入鑄型，在所述鑄型中緩慢冷卻到400°C以下 后，再?gòu)乃鲨T型中取出最終成形的球鐵件。
【文檔編號(hào)】C22C37/04GK104480374SQ201410754233
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】萬(wàn)曙雄, 俱英翠, 郭擁軍, 周建軍, 陳佰林, 王星 申請(qǐng)人:新疆金風(fēng)科技股份有限公司, 江蘇吉鑫風(fēng)能科技股份有限公司