一種高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷筒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及球墨鑄鐵材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷 筒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 卷筒是大型起重設(shè)備、旋挖鉆和卷揚(yáng)減速機(jī)的關(guān)鍵部件之一，由于承重的鋼絲繩 直接纏繞在卷筒上，卷筒直接承受起吊載荷，其質(zhì)量優(yōu)劣對(duì)起重設(shè)備、旋挖鉆和卷揚(yáng)減速機(jī) 的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。隨著現(xiàn)代工程的發(fā)展趨向大型化，工程機(jī)械行業(yè)大型或 超大型起重設(shè)備、鉆孔設(shè)備和卷揚(yáng)減速機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，起吊的重量和揚(yáng)程均大幅度 增加。例如：超大型起重設(shè)備的起吊重量已達(dá)到幾千噸；超大型卷揚(yáng)機(jī)的揚(yáng)程達(dá)到了數(shù)百 米。因此，對(duì)卷筒的材質(zhì)及其制備方法提出了更高的要求。
[0003] 目前，采用普通球墨鑄鐵制造的卷筒，其抗拉強(qiáng)度和延伸率的綜合力學(xué)性能指標(biāo) 一般偏低，因此在高負(fù)荷條件下使用卷筒時(shí)，由于卷筒的塑性和初性偏低而易于誘發(fā)脆性 裂紋產(chǎn)生，造成安全隱患，嚴(yán)重制約了卷筒在大型或超大型工程機(jī)械行業(yè)的推廣應(yīng)用。
[0004] 為了提高卷筒使用的安全性能，近年來國內(nèi)開始研究高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷 筒。專利號(hào)為CN1900340的中國專利公開了一種鑄態(tài)高強(qiáng)度高伸長率球墨鑄鐵材料，該專利 各組分及其重量百分比為：〔3.5~3.8%，512.6~3.1%，]?11<0.3%，5<0.03%，口< 0.05%，余量為化。其鑄件的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度〇b含480MPa，屈服強(qiáng)度〇日.2含310MPa，延伸 率δ ^ 20%，布式硬度皿在150-200，鑄件的金相組織基體為鐵素體^ 85%，滲碳體^ 3%，憐 共晶含1% ;該專利公布的球墨鑄鐵強(qiáng)度偏低，不能滿足高性能卷筒的應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)。專利 號(hào)為CN101603142的中國專利公開了一種高強(qiáng)度高初性球墨鑄鐵鑄件及其制備方法，該專 利各組分及其重量百分比為：〔3.6~3.8%，512.4~2.8%，]?11〇.8~0.9%，加0.5~ 0.6%，化0.1~0.2%，5<0.02%，口<0.07%，余量為化。其鑄件的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度> 590MPa，屈服強(qiáng)度^ 380MPa，延伸率^ 8% ;該鑄件的儘含量偏高，綜合力學(xué)性能指標(biāo)偏低。 專利號(hào)為CN102747268B的中國專利公開了一種高強(qiáng)度、高塑性球墨鑄鐵及其制造方法，該 專利各組分及其重量百分比為:C 3.4~3.8%，Si 2.3~2.7%，Mn 0.3~0.5%，Cu 0.3~ 0.5%，Cr0.02~0.10%，S<0.03%，P<0.04%，Sb0.001~0.005%，Mg0.03~0.06%， Re 0.001~0.003%，余量為Fe;其鑄件的基體組織由一定比例含量的鐵素體和珠光體組 成，具有較高強(qiáng)度和較高的伸長率，可W滿足重型載重汽車驅(qū)動(dòng)橋橋殼、支架類鑄件的使用 要求。該鑄件的基體含有一定比例的珠光體組織，所W鑄件的延展性偏低。
[0005] 因此，如何提供一種具有高強(qiáng)度高延展性的，且適用于大型或超大型起重設(shè)備、旋 挖鉆W及卷揚(yáng)減速機(jī)的球墨鑄鐵卷筒是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷筒，該球墨鑄鐵卷筒所用球 墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和較高的延展性，且能夠適用于大型或超大型起重設(shè)備、旋挖鉆W 及卷揚(yáng)減速機(jī)。本發(fā)明的另一目是提供一種上述球墨鑄鐵卷筒的制備方法。
[0007] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008] -種高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷筒，由球墨鑄鐵材料加工而成，所用球墨鑄鐵包 括W下重量百分比的組分：3.0%~3.3 %的C; 3.8 %~4.2 %的Si ;Mn<0.3% ; 0.03 %~ 0.05 % 的 Mg ;0.0!% ~0.025 % 的RE; S<0.02 % ;P<0.03 % ; 0.2 % ~0.3% 的Mo; 0.12 % ~ 0.15%的Ni;余量為化W及不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 優(yōu)選的，所述Mo的重量百分比為0.22%~0.28%。
[0010] 優(yōu)選的，所述Ni的重量百分比為0.125 %~0.145 %。
[00川優(yōu)選的，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Ob含620MPa，屈服強(qiáng)度00.2^30M化，延伸率δ M2%。
[0012] 本發(fā)明還提供一種上述球墨鑄鐵卷筒的制備方法，包括W下步驟：
[0013] 1)冶煉:將生鐵、廢鋼、回爐料、娃鐵、鋼鐵W及金屬儀的混勻料加熱烙化成鐵水；
[0014] 當(dāng)鐵水溫度達(dá)到1490°C~1520°C時(shí)，爐前調(diào)整鐵水成分使得鐵水包括W下重量百 分比的組分：3.0% ~3.3% 的C;3.8% ~4.2%的51;]?11<0.3%;5<0.02%;?<0.03%;0.2% ~0.3%的Mo;0.12%~0.15%的Ni;余量為化W及不可避免的雜質(zhì)；
[0015] 當(dāng)鐵水成分合格后，化渣；
[0016] 然后，保溫3min~5min，然后準(zhǔn)備鐵水出爐。
[0017] 2)球化處理:將低稀±儀合金球化劑置于誘包底部，其上覆蓋長效娃領(lǐng)巧孕育劑， 采用蓋包堤巧式鐵水沖入法球化工藝對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理;控制球化處理后鐵水中Mg的重 量百分比為0.03%~0.05%，且Re的重量百分比為0.01 %~0.025%。
[0018] 3)-次孕育處理：向球化處理后的鐵水中加入長效娃領(lǐng)巧合金孕育劑，進(jìn)行一次 孕育處理，W消除反球化元素所造成的白口傾向，細(xì)化石墨球，延緩球化衰退；
[0019] 4)誘鑄：當(dāng)一次孕育處理后的鐵水溫度達(dá)到1420°C~1430°C時(shí)，誘注卷筒;誘注過 程中隨流加入娃巧領(lǐng)祕(mì)長效隨流孕育劑進(jìn)行二次孕育處理，控制二次孕育處理后鐵水中化 的重量百分比為0.003%~0.010%，Ba的重量百分比為0.005%~0.010%，且0.010% <Ca +Ba< 0.020%，Bi的重量百分比為< 0.003%;
[0020] 5)去應(yīng)力退火:誘注12h~24h后，開箱清理，得到一次結(jié)構(gòu)成型的卷筒;然后將一 次結(jié)構(gòu)成型的卷筒裝入退火爐中，升溫到500°C~550°C，保溫地~化后，降溫至200°C~260 °C，出爐空冷，得到卷筒成品。
[0021] 優(yōu)選的，步驟1)中，所添加的生鐵的重量百分比為40%~50%、廢鋼的重量百分比 為20%~30%、回爐料的重量百分比為30%~40%、娃鐵的重量百分比為1.6%~2.0%且 所述娃鐵中娃的重量百分比為75%、鋼鐵的重量百分比為0.4%~0.5%且所述鋼鐵中鋼的 重量百分比為60%、金屬儀的重量百分比為0.15%~0.18%且其純度為99.90%。
[0022] 優(yōu)選的，步驟2)中，低稀±儀合金球化劑包括W下重量百分比的組分:Mg:5%~ 7%，36:1%~1.5%，51:40%~44%，]\111、41、1'1、5^及口的總量<0.5%，余量為鐵；低稀± 儀合金球化劑的加入量為鐵水總重量的1.3%~1.4%;球化處理溫度為1490°C~1520°C;
[0023] 且步驟2)中，長效娃領(lǐng)巧孕育劑包括W下重量百分比的組分:Si : 65 %~70 %，Ba: 0.8%~1.0%，Ca :0.6%~1.0%，其余為鐵或不可避免的雜質(zhì)；長效娃領(lǐng)巧孕育劑的加入 量為鐵水總重量的0.3%~0.4%。
[0024] 優(yōu)選的，步驟3)中，長效娃領(lǐng)巧合金孕育劑包括W下重量百分比的組分：Si :65% ~70%，Ba:0.8%~1.0%，Ca:0.6%~1.0%，其余為鐵或不可避免的雜質(zhì)；長效娃領(lǐng)巧合 金孕育劑的加入量為鐵水總質(zhì)量的0.5%~0.6%。
[0025] 優(yōu)選的，步驟4)中，娃巧領(lǐng)祕(mì)長效隨流孕育劑包括W下重量百分比的組分：Si: 65%~70%，Ba:0.8%~1.0%，Ca:0.6%~1.0%，81:1%~2.5%，其余為鐵或不可避免的 雜質(zhì);娃巧領(lǐng)祕(mì)長效隨流孕育劑的加入量為鐵水總質(zhì)量的0.08%~0.1 %。
[00%]本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
[0027] 1)本發(fā)明是一種高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷筒及其制備方法;在成分配比上;通 過增加 Si含量，重量百分比達(dá)到了3.8%~4.2%，促進(jìn)石墨化，強(qiáng)化鐵素體，同時(shí)Si在鐵基 體中起到了固溶強(qiáng)化效果，實(shí)現(xiàn)了較高的強(qiáng)度;通過增加 Mo細(xì)化了石墨，強(qiáng)化了基體，改善 提高了強(qiáng)度、硬度、初性等綜合性能;通過增加 Μ強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化石墨，增加石墨球數(shù)量， 提高球化效果，強(qiáng)化基體，消除了由于Si含量的增加所帶來的娃脆性影響，提高了基體的初 性。本配比成分使球墨鑄鐵中石墨球的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布，獲得100%的鐵素體基體和 細(xì)小、均勻、彌散分布的大量球狀石墨的鑄態(tài)組織。本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單，原料和生產(chǎn)成本 較低，易于推廣應(yīng)用。
[002引2)本發(fā)明鑄造生產(chǎn)過程中采用了 ：新型長效娃領(lǐng)巧孕育劑，BaXa元素起到了凈化 鐵水，延緩了球化衰退，促進(jìn)石墨化形成，抑制了白口傾向，穩(wěn)定鐵素體，保證了球化率;采 用低稀±儀合金球化劑，有效的控制了稀±的殘留含量，控制了碳化物的形成，提高石墨球 的圓整度和球化率。同時(shí)采用樹脂砂一次鑄造成型工藝，達(dá)到了組織致密、尺寸精確、外觀 型線清晰的要求。
[0029] 3)本發(fā)明采用娃領(lǐng)巧祕(mì)長效隨流孕育劑進(jìn)行二次隨流孕育處理，通過采用隨流誘 注孕育處理工藝，延緩了球鐵在凝固過程中的衰退，提高了組織均勻性、穩(wěn)定了石墨球的圓 整度、大小，通過孕育劑中的微量Bi使石墨球數(shù)量增加，消除碳化物，促使球鐵的二次球墨 化能力增強(qiáng)，獲得鑄態(tài)鐵素體。
[0030] 4)本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度高延展性球墨鑄鐵卷筒，所用球墨鑄鐵的強(qiáng)度高、延 展性好，具有良好的綜合力學(xué)性能，