專利名稱：鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄鐵材料及其生產方法，特別是一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵 及其生產方法。
背景技術：
傳統的球墨鑄鐵高韌性材料是在原鐵液低硅、低錳的條件下，終硅量較高的前 提下，經過爐前大量孕育處理獲得。但其試棒性能并不穩定，往往需要經過石墨化退火 處理。該材料用于制作風電鑄件，風電鑄件材料有低溫性能要求，硅量偏高嚴重影響 其性能。風電鑄件屬厚壁件，材料大部分采用EN1563標準的EN-GJS-400-18LI-LT和 EN-GJS-350-22U-LT,要求組織中鐵素體量> 90%、球化率> 90%，除了要求常規性能指標 夕卜，還有低溫(-20°C或-40°C)性能要求。而目前，厚壁球鐵件因冷卻速度緩慢，鑄造時易產 生系列問題，如球化、孕育衰退、組織粗大、石墨球數減少，形成碎塊狀石墨。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄 鐵，其具有高韌性，鐵素體量和球化率均很高，并且其低溫性能好，特別適合于制作風電鑄 件。 本發明的另一目的是提供一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵生產方法，其生產成本 低、生產周期短，用其生產的球墨鑄鐵材料質量穩定，能達到風電鑄件材料標準要求。本發明的技術方案是一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其包括如下 工藝步驟
一、熔煉
A、取爐料，爐料的成分為生鐵、廢鋼和石墨增碳劑；
B、向中頻感應電爐中加入生鐵啟爐熔煉，生鐵熔清后加入廢鋼及石墨增碳劑，爐內鐵 液溫度為1420士 10°C ；然后停電、扒渣、取爐前試樣，檢測C、Si、Mn、P、S含量，根據檢測結 果，調整爐內鐵液中Si和Mn的含量，使爐內鐵液中Si和Mn的含量分別不低于0. 4質量％ 和0. 1質量％ ；
C、將爐內鐵液溫度再升至1420士10°C，停電、保溫靜置，鐵液出爐前進行扒渣，然后將 爐內鐵液溫度升至1480士 10°C，鐵液準備出爐進入球化包；
二、爐前處理
A、在球化包的一側加入球化劑，球化劑的加入量為相當于要出爐的鐵液的質量的 1. 25 1. 35%，在球化劑上面覆蓋相當于要出爐的鐵液的質量的0. 25 0. 35%的孕育劑 325，再加入相當于要出爐的鐵液的質量的0. 05 0. 15%的石墨增碳劑，用鐵板將加入的合
金覆蓋；
B、在球化包的另一側加入相當于要出爐的鐵液的質量的0.25 0. 35%的預處理劑，再 將爐內的鐵液快速對著球化包內放置預處理劑的一側沖入；C、在將要出爐的全部鐵液的多半已經沖入了球化包后，在剩余的小半鐵液出爐時，隨 著鐵液進入球化包陸續加入相當于要出爐的鐵液的質量的0. 55 0. 65%的孕育劑325，進 行孕育；
D、 用扒渣耙對球化包內的鐵液進行攪拌，促進孕育劑的溶解，隨后添加除渣劑進行 扒渣；澆注前，再次添加除渣劑進行扒渣；扒渣后澆注，澆注倒鐵液時，隨鐵液流再加入 0. 15 0. 25%的孕育劑400，進行孕育；制得鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵；
廢鋼為碳素鋼，其成分為C:彡0.3質量％、Mn:彡0.3質量％、P: < 0.03質量％、余 量為鐵及不可避免的微量雜質；
球化劑的成分及特性為Si:40 50質量％、Mg:6. 9 7. 0質量％、Ca:l. 5 2. 5質量％、 RE: 1.0 1.5質量％、AL: < 1.0質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度5 25mm > 80 質量 ％ ；
預處理劑的成分及特性為3丨:60 67質量％、41^:0.8 1.7質量％ Ca:0.4 1.7 質量％ Ba:7.0 11.0質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度為2 6mm >90
質量％ ；
孕育劑325的成分及特性為Si:72 78質量％、AL:0. 5 1. 5質量％、Ca:l. 0 2. 0 質量％、Ba:2. 0 3. 0質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度為3 8mm ；
孕育劑400的成分及特性為Si :68 75質量％、AL: < 1. 5質量％、Ca: < 2質量％、 Ba:0. 5 2. 5質量％、RE: < 1. 2質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度為0. 2 0. 7mm ；
除渣劑包含有如下成分Si02:74. 0 74. 4質量％、AL2O3:12. 7 13. 1質量％、 Fe2O3 = O. 8 1. 2 質量 ％、CaO:0. 7 0. 9 質量 ％、MgO:0. 08 0. 12 質量 ％、K20:4. 3 4. 7 質量％、Na20:3. 0 3. 4質量％。本發明的進一步的技術方案是所述的第一步A項的爐料的成分配比為生鐵 67. 5 71. 5質量％、廢鋼27. 75 31. 75質量％、石墨增碳劑0. 73 0. 75質量％。本發明的再進一步的技術方案是所述的第一步A項的爐料的成分配比為生鐵 69. 26質量％、廢鋼30質量％、石墨增碳劑0. 74質量％。本發明的還進一步的技術方案是第二步A項球化劑、孕育劑325、石墨增碳劑的 加入量分別相當于要出爐的鐵液的質量的1. 3%、0. 3%、0. 1% ；第二步B項預處理劑的加入 量相當于要出爐的鐵液的質量的0. 3% ；第二步C項孕育劑325的加入量相當于要出爐的鐵 液的質量的0. 6% ；第二步D項孕育劑400的加入量相當于要出爐的鐵液的質量的0. 2%。本發明的進一步的技術方案是所述的除渣劑包含有如下成分Si02 : 74. 2質 量 %,AL2O3:12. 9 質量 %,Fe2O3:1. 0 質量 %、Ca0:0. 8 質量 %、Mg0:0. 1 質量 %、Κ20:4· 5 質量 ％、 Na20:3. 2 質量 ％。本發明的另一技術方案是一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其成分為 C: 3. 75 3. 85 質量 ％、Si 1. 8 2. 2 質量 %、Μη:0· 08 0. 3 質量 %、Ρ: < 0. 03 質量 %、S: < 0. 015質量％、RE:0. 015 0. 035質量％、Mg:0. 04 0. 06質量％，余量為鐵及不可避免
的微量雜質。 本發明的進一步的另一技術方案是一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其成分 為C:3. 75 質量 ％、5土1.8質量％、]^:0.08質量％、？: < 0. 03 質量 ％、S: < 0.015 質量 ％、RE :0. 015質量％、Mg:0. 04質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。本發明的再進一步的另一技術方案是一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其成分 為C: 3. 85 質量 ％、Si: 2. 2 質量 ％、Mn: 0. 3 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0. 015 質 量％、1 : 0.035質量％、Mg: 0.06質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。本發明的再進一步的另一技術方案是一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其成分 為C: 3. 8 質量 ％、Si: 2. 0 質量 ％、Mn: 0. 2 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0. 015 質量 ％、 RE: 0.02質量％、1%: 0.05質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。本發明的再進一步的另一技術方案是其物理特性為抗拉強度>=375N/mm2 ；屈 服強度>=240N/mm2 ；延伸率22 27% ；-20°C時的V型缺口沖擊功為14. 6 17. 6J ；-40°C 時的V型缺口沖擊功為12. 5 16. IJ ；球化率為92 95% ；石墨大小為6級或7級；組 織F+5%P 或 F+ < 5%P。本發明用到的主要符號及名稱解析如下
C 碳；Si 硅；Mn M ；P 磷；S 硫；AL 鋁；Ba:鋇；Fe:鐵；
RE:全稱Rare Earth，指稀土元素(Rare Earth Element);稀土元素就是化學元素周期 表中鑭系元素——鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱 (Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個元素密切相 關的兩個元素——鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素。本發明與現有技術相比具有如下特點
1、本發明的得到的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其具有高韌性，鐵素體量和球化率均 很高，并且其低溫性能好，特別適合于制作風電鑄件。2、本發明的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵生產方法，其生產成本低、生產周期短，用 其生產的球墨鑄鐵材料質量穩定，能達到風電鑄件材料標準要求。為了更清楚地說明本發明，列舉以下實施例，但其對發明的范圍無任何限制。
具體實施例方式一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其成分為C:3. 75 3. 85質量％、Si: 1. 8 2. 2 質量 ％、Μη:0. 08 0. 3 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0. 015 質量 ％、RE:0. 015 0. 035
質量％、Mg:0. 04 0. 06質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其包括如下工藝步驟 一、熔煉
A、取爐料，爐料的成分配比為生鐵67.5 71. 5質量％、廢鋼27. 75 31. 75質量％、石 墨增碳劑0. 73 0. 75%，最好的配比是生鐵69. 26質量％、廢鋼30質量％、石墨增碳劑0. 74
質量％ ；
B、向中頻感應電爐中加入生鐵啟爐熔煉，生鐵熔清后加入廢鋼及石墨增碳劑，爐內鐵 液溫度為1420士 10°C ；然后停電、扒渣、取爐前試樣，檢測C、Si、Mn、P、S含量，根據檢測結 果，調整爐內鐵液中Si和Mn的含量，使爐內鐵液中Si和Mn的含量分別不低于0. 4質量％ (1. 8%-0. 65%-0. 48%-0. 16%-0. 21% ^ 0. 4%)和 0. 1 質量 % (即如果爐內鐵液中 Si 低于 0. 4 質量％或Mn的含量低于0. 08質量％，則在爐內鐵液中補充Si或Mn，使爐內鐵液中Si和Mn 的含量分別不低于0. 4質量％和0. 08質量％)；C、將爐內鐵液溫度再升至1420士 10°C，停電、保溫靜置，鐵液出爐前進行扒渣，然后將 爐內鐵液溫度升至1480士 10°C，鐵液準備出爐進入球化包； 二、爐前處理
A、在球化包的一側加入球化劑，球化劑的加入量為要出爐的鐵液的質量的1.25 1. 35% (最好為1. 3%)，在球化劑上面覆蓋要出爐的鐵液的質量的0. 25 0. 35% (最好為 0. 3%)的孕育劑325，再加入要出爐的鐵液的質量的0. 05 0. 15% (最好為0. 1%)的石墨增 碳劑，用鐵板將加入的合金(即球化劑、孕育劑325、石墨增碳劑)覆蓋嚴實；
B、在球化包的另一側加入0.25 0. 35% (最好為0. 3%)的預處理劑，將爐內的鐵液快 速對著球化包內放置預處理劑的一側沖入；
C、在將要出爐的鐵液全部質量的約3/4時(即多半)已經沖入了球化包時，在補加剩余 的約1/4時(S卩小半)鐵液時，隨著鐵液進入球化包陸續加入要出爐的鐵液的質量的0. 55 0. 65% (最好為0. 6%)的孕育劑325，進行孕育；
D、用扒渣耙對球化包內的鐵液進行攪拌，促進孕育劑的溶解，隨后添加除渣劑SLaX3M 進行扒渣；澆注前，再次用SLaX3M扒渣；扒渣后澆注，澆注倒鐵液時，隨鐵液流再加入 0. 15 0. 25% (最好為0. 2%)的孕育劑400，進行孕育；制得鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵。本發明中用到的主要原料的解析及其成分如下
廢鋼為碳素鋼，其成分為C:彡0.3質量％、Mn:彡0.3質量％、P: < 0.03質量％、余 量為鐵及不可避免的微量雜質；
生鐵生鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金，工業生鐵含碳量一般在2. 5 4%，并含C、 Si、Mn、S、P等元素，是用鐵礦石經高爐冶煉的產品；
石墨增碳劑是指碳素產品通過高溫或者其他方式使其的分子結構改變，有規則的排 列，這種分子排列方式，碳的分子間距更寬，更利于在鐵液或者鋼液中分解形核；
球化劑、預處理劑、孕育劑325、孕育劑400分別采用福士科鑄造材料(中國)有限公司 生產的 N0DALL0Y6Re、IN0CULIN390、IN0CULIN325、IN0CULIN400 ；其成分及特性為
球化劑(N0DALL0Y6Re) :Si:40 50 質量 ％、Mg:6. 9 7. 0 質量 ％、Ca:l. 5 2. 5 質 量％、RE: 1. 0 1. 5質量％、AL: <1.0質量％，其粒度5 25mm > 80質量％ ；
預處理劑(IN0CULIN390):Si:60 67 質量 ％、AL:0. 8 1. 7 質量 ％ Ca:0.4 1. 7 質 量％ Ba: 7. 0 11. 0質量％，其粒度為2 6mm > 90質量％ ；
孕育劑 325 (IN0CULIN325) :Si 72 78 質量 ％、AL: 0. 5 1. 5 質量 ％、Ca: 1. 0 2. 0 質量％、Ba: 2. 0 3. 0質量％，其粒度為3 8mm ；
孕育劑 400 (IN0CULIN400) :Si:68 75 質量 ％、AL: < 1. 5 質量 ％、Ca: < 2 質量 ％、 Ba:0. 5 2. 5質量％、RE: < 1.2質量％，其粒度為0. 2 0.7mm;
除渣劑(SLaX3M):Si02:74. 0 74. 4質量％、AL203:12. 7 13. 1 質量％、Fe203:0. 8 1. 2 質量 ％、Ca0:0. 7 0. 9 質量 ％、Mg0:0. 08 0. 12 質量 ％、Κ20:4· 3 4. 7 質量 ％、Na20:3. 0 3. 4 質量 ％ ；除渣劑(SLaX3M)的成分最好為Si02 : 74. 2 質量 ％、AL203:12. 9 質量 ％、Fe203:1. 0 質量 ％、CaO: 0. 8 質量 ％、MgO: 0. 1 質量 ％、K20:4. 5 質量 ％、Na20:3. 2 質量 ％。用上述方法，取用不同比例的原料，做了 8個實施例，各實施例所用原料如下表1 所示，各實施例得到的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的檢測數據如表2所示(采用EN1563標 準的 EN-GJS-400-18LI-LT 和 EN-GJS-350-22U-LT)。
表1
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表權利要求
1.一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其特征是其包括如下工藝步驟一、熔煉A、取爐料，爐料的成分為生鐵、廢鋼和石墨增碳劑；B、向中頻感應電爐中加入生鐵啟爐熔煉，生鐵熔清后加入廢鋼及石墨增碳劑，爐內鐵 液溫度為1420士 10°C ；然后停電、扒渣、取爐前試樣，檢測C、Si、Mn、P、S含量，根據檢測結 果，調整爐內鐵液中Si和Mn的含量，使爐內鐵液中Si和Mn的含量分別不低于0. 4質量％ 和0. 1質量％ ；C、將爐內鐵液溫度再升至1420士10°C，停電、保溫靜置，鐵液出爐前進行扒渣，然后將 爐內鐵液溫度升至1480士 10°C，鐵液準備出爐進入球化包；二、爐前處理A、在球化包的一側加入球化劑，球化劑的加入量為相當于要出爐的鐵液的質量的 1. 25 1. 35%，在球化劑上面覆蓋相當于要出爐的鐵液的質量的0. 25 0. 35%的孕育劑 325，再加入相當于要出爐的鐵液的質量的0. 05 0. 15%的石墨增碳劑，用鐵板將加入的合金覆蓋；B、在球化包的另一側加入相當于要出爐的鐵液的質量的0.25 0. 35%的預處理劑，再 將爐內的鐵液快速對著球化包內放置預處理劑的一側沖入；C、在將要出爐的全部鐵液的多半已經沖入了球化包后，在剩余的小半鐵液出爐時，隨 著鐵液進入球化包陸續加入相當于要出爐的鐵液的質量的0. 55 0. 65%的孕育劑325，進 行孕育；D、用扒渣耙對球化包內的鐵液進行攪拌，促進孕育劑的溶解，隨后添加除渣劑進行 扒渣；澆注前，再次添加除渣劑進行扒渣；扒渣后澆注，澆注倒鐵液時，隨鐵液流再加入 0. 15 0. 25%的孕育劑400，進行孕育；制得鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵；廢鋼為碳素鋼，其成分為C:彡0.3質量％、Mn:彡0.3質量％、P: < 0.03質量％、余 量為鐵及不可避免的微量雜質；球化劑的成分及特性為Si:40 50質量％、Mg:6. 9 7. 0質量％、Ca:l. 5 2. 5質量％、 RE: 1.0 1.5質量％、AL: < 1.0質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度5 25mm > 80 質量 ％ ；預處理劑的成分及特性為3丨:60 67質量％、41^:0.8 1.7質量％ Ca:0.4 1.7 質量％ Ba:7.0 11.0質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度為2 6mm >90質量％ ；孕育劑325的成分及特性為Si:72 78質量％、AL:0. 5 1. 5質量％、Ca:l. 0 2. 0 質量％、Ba:2. 0 3. 0質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度為3 8mm ；孕育劑400的成分及特性為Si :68 75質量％、AL: < 1. 5質量％、Ca: < 2質量％、 Ba:0. 5 2. 5質量％、RE: < 1. 2質量％、余量為鐵及不可避免的微量雜質，其粒度為0. 2 0. 7mm ；除渣劑包含有如下成分Si02:74. 0 74. 4質量％、AL2O3:12. 7 13. 1質量％、 Fe2O3 = O. 8 1. 2 質量 ％、CaO:0. 7 0. 9 質量 ％、MgO:0. 08 0. 12 質量 ％、K20:4. 3 4. 7 質量％、Na20:3. 0 3. 4質量％。
2.根據權利要求1所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其特征是所述的第一步A項的爐料的成分配比為生鐵67. 5 71. 5質量％、廢鋼27. 75 31. 75質量％、石 墨增碳劑0. 73 0. 75質量％。
3.根據權利要求2所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其特征是所述的 第一步A項的爐料的成分配比為生鐵69. 26質量％、廢鋼30質量％、石墨增碳劑0. 74質量％。
4.根據權利要求1或2或3所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其特征是 第二步A項球化劑、孕育劑325、石墨增碳劑的加入量分別相當于要出爐的鐵液的質量的 1. 3%、0. 3%、0. 1% ；第二步B項預處理劑的加入量相當于要出爐的鐵液的質量的0. 3% ；第二 步C項孕育劑325的加入量相當于要出爐的鐵液的質量的0. 6% ；第二步D項孕育劑400的 加入量相當于要出爐的鐵液的質量的0. 2%。
5.根據權利要求1或2或3所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵的生產方法，其特征 是所述的除渣劑包含有如下成分Si02 : 74. 2質量％、AL203:12. 9質量％、Fe203:1. 0質量％、 CaO 0. 8 質量 ％、MgO 0. 1 質量 ％、K2O 4. 5 質量 ％、Na2O 3. 2 質量 ％。
6.一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其特征是其成分為C:3. 75 3. 85質量％、 Si :1. 8 2. 2 質量 ％、Μη:0. 08 0. 3 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0. 015 質量 ％、 RE:0. 015 0. 035質量％、Mg:0. 04 0. 06質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。
7.根據權利要求6所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其特征是其成分為C:3. 75 質量 ％、5土1.8質量％、Μη:0. 08 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0.015 質量 ％、RE:0.015 質量％、Mg:0. 04質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。
8.根據權利要求6所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其特征是其成分為C:3. 85 質量 ％、Si: 2.2 質量 ％、Mn: 0. 3 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0. 015 質量 ％、RE: 0.035 質量％、Mg: 0.06質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。
9.根據權利要求6所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其特征是其成分為C:3. 8 質量 ％、Si: 2.0 質量 ％、Mn: 0. 2 質量 ％、P: < 0. 03 質量 ％、S: < 0. 015 質量 ％、RE: 0.02 質量％、Mg: 0.05質量％，余量為鐵及不可避免的微量雜質。
10.根據權利要求6或7或8或9所述的鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其特征是其物 理特性為抗拉強度>=375N/mm2 ；屈服強度>=240N/mm2 ；延伸率22 27% ；_20°C時的V型 缺口沖擊功為14. 6 17. 6J ;-40°C時的V型缺口沖擊功為12. 5 16. IJ ；球化率為92 95% ；石墨大小為6級或7級；組織F+5%P或F+ < 5%P。
全文摘要
本發明公開了一種鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵，其成分為C:3.75～3.85質量%、Si:1.8～2.2質量%、Mn:0.08～0.3質量%、P:＜0.03質量%、S:＜0.015質量%、RE:0.015～0.035質量%、Mg:0.04～0.06質量%,余量為鐵及不可避免的微量雜質；其具有高韌性，鐵素體量和球化率均很高，并且其低溫性能好，特別適合于制作風電鑄件。本發明還公開了一種上述鑄鐵的生產方法，其步驟是先對對生鐵、廢鋼和石墨增碳劑進行熔煉，然后加入球化劑、預處理劑、孕育劑進行爐前處理；其生產成本低、生產周期短。
文檔編號C21C1/10GK102102136SQ20111005362
公開日2011年6月22日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者凌志, 杜紅星, 羅佳, 范強國, 謝馳中 申請人:衡陽中鋼衡重鑄鍛有限公司