專利名稱：一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及含球墨的鑄鐵合金，具體地說是一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的 控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們對綠色能源和可再生能源需求的快速增長，風(fēng)力發(fā)電得到了突 飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于風(fēng)電場大多建設(shè)在海灘或草原等風(fēng)力較大的地方，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要經(jīng) 受鹽霧侵蝕、風(fēng)沙吹打，經(jīng)歷嚴(yán)寒酷暑、日曬雨淋，運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，并且在這種惡劣的運(yùn) 行環(huán)境下還要求機(jī)組有20年的使用期限，因此對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的鑄件質(zhì)量的要求特別 高。輪轂是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一個(gè)最為重要的大型鑄件，它將風(fēng)機(jī)葉片和動力軸相連接，其形 狀類型屬于球形殼體類，主要壁厚60 100mm，輪廓尺寸約3m，重達(dá)IOt左右。此外，底座、 環(huán)、架和梁也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的大型鑄件。目前，在這類大型鑄件所用的鑄鐵中，厚大斷 面球體常常會出現(xiàn)石墨開花、異形石墨和晶粒粗大等問題，這些都直接影響到材質(zhì)的力學(xué) 性能，特別是低溫沖擊性能，導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)脆性斷裂。對于_40°C低溫沖擊韌性要求的低溫 球墨鑄鐵，國外一般采用EN-1563標(biāo)準(zhǔn)，材料為GJS-350-22U-LT，而國內(nèi)尚無此類標(biāo)準(zhǔn)。為 使球墨鑄鐵鑄件達(dá)到低溫下的沖擊韌性要求和強(qiáng)度要求，國內(nèi)主要采用退火方式。但對于 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型鑄件，退火方式的熱處理時(shí)容易發(fā)生變形或應(yīng)力集中等缺陷，而且由于鑄 件較大，熱處理的設(shè)備投資增大。不能滿足風(fēng)電鑄件在_40°C低溫下的沖擊韌性要求和強(qiáng)度 要求。如何制備一種成本相對較低，并且質(zhì)量滿足低溫工作條件要求的風(fēng)電用球墨鑄鐵鑄 件成為該技術(shù)領(lǐng)域急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法，通過控 制球墨鑄鐵成分，改進(jìn)球化及孕育工藝來控制石墨球數(shù)量、大小、形態(tài)和分布，采用沖天爐 和中頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉，制備出一種低溫鑄態(tài)球墨鑄鐵鑄件，既滿足了風(fēng)電鑄件在-40°C 低溫下的沖擊韌性要求和強(qiáng)度要求，又克服了生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方 法，其步驟是
第一步，原料配制
按質(zhì)量百分比稱取所需量的C 3. 4 3. 9%、Si 1. 8 2. 5%、Mn 0. 1 0. 4%、Mg殘余 量0. 035 0. 07%和其余的為鐵，該鐵中所含雜質(zhì)P<0. 04%和雜質(zhì)S<0. 02%,配制成生產(chǎn)一 種低溫球墨鑄鐵的原料； 第二步，熔煉脫硫處理
將第一步配制好的原料放入沖天爐中熔煉成鐵水，沖天爐中鐵水的出鐵溫度控制在 1450°C，采用多孔塞連續(xù)脫硫工藝，向脫硫包中連續(xù)加入為上述鐵水重量3 5%的石灰脫 硫劑，并從脫硫包底部經(jīng)多孔塞吹入氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，對上述鐵水進(jìn)行脫硫處理，使該鐵水的含硫量控制在重量百分比0. 02%以下；脫硫之后的鐵水轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)電爐中繼續(xù)熔煉并保
第三步，球化處理和孕育處理
往第二步的中頻感應(yīng)電爐中的脫硫之后的鐵水中加入為該鐵水重量1. 5 1. 8%的球 化劑QRMg8RE3，同時(shí)加入為該鐵水重量0. 7 1. 2%的孕育劑75硅鐵，將其覆蓋在球化劑 QRMg8RE3上面，進(jìn)行球化和孕育處理，在倒包前再加入為該鐵水重量0. 3 0. 4%的孕育劑 75硅鐵進(jìn)行二次孕育，球化和孕育處理的溫度為1420 1440°C，得到球化處理和孕育處理 后的鐵水熔體；
第四步，澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件
采用清潔完好的澆包，將第三步得到的球化處理和孕育處理后的鐵水熔體轉(zhuǎn)移入澆 包，澆鑄前進(jìn)行扒渣與覆蓋，澆包要預(yù)熱到1480°C，防止鐵液溫度下降，澆鑄時(shí)，再在澆包上 加入為上述鐵水重量0. 1 0.洲的孕育劑75硅鐵，在控制出鐵液與澆鑄的間隔時(shí)間小于8 分鐘、溫度為1320 1380°C和澆鑄流量為15 45 kg/s的條件下，將第三步得到的球化處 理和孕育處理后的鐵水熔體澆鑄到鑄型中，鑄件在鑄型中冷卻到300°C以下后，進(jìn)行清理， 冷卻速度低于20°C /分鐘，最終澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件。在上述一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法中，所用球化劑QRMg8RE3的粒度為 10 30mm，其中粉狀物含量小于重量百分比5 %。在上述一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法中，所涉及的百分比均為重量百分比。在上述一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法中，所涉及的原料、石灰脫硫劑、球化 劑、孕育劑、設(shè)備及操作工藝均是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，所用球化劑QRMg8RE3和 孕育劑75硅鐵在鑄造材料市場上均有銷售。本發(fā)明的有益效果是
A.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于 本發(fā)明一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法通過控制球墨鑄鐵成分，改進(jìn)球化及孕育 工藝來控制石墨球數(shù)量、大小、形態(tài)和分布，采用沖天爐和中頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉，制備 出-40°C低溫球墨鑄鐵。用這種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的兆瓦級風(fēng)電鑄件，例如輪轂和底座，滿 足風(fēng)電鑄件在低溫下的沖擊韌性要求和強(qiáng)度要求，延長了風(fēng)電鑄件的使用壽命。本發(fā)明方 法工藝簡單，原料價(jià)廉，從而降低了生產(chǎn)成本。B.本發(fā)明一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)在于 用本發(fā)明一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法制備的球墨鑄鐵鑄件的球化率為90
95%，基體組織中鐵素體含量占98%，無磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球數(shù)量為100 130個(gè)，抗拉強(qiáng)度為400 440MPa，延伸率18 22%，_40°C條件下U形缺口試樣沖擊吸收 功13 15J，經(jīng)過超聲波探傷檢驗(yàn)，產(chǎn)品內(nèi)部無缺陷。用本發(fā)明方法生產(chǎn)的低溫球墨鑄鐵完 全滿足風(fēng)電鑄件的工作要求。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
第一步，原料配制按質(zhì)量百分比稱取所需量的C 3. 4%、Si 2. 5%、Mn 0. 1%、Mg殘余量0. 07%和其余的為 鐵，該鐵中所含雜質(zhì)P<0. 04%和雜質(zhì)S<0. 02%,配制成生產(chǎn)一種低溫球墨鑄鐵的原料； 第二步，熔煉脫硫處理
將第一步配制好的原料放入沖天爐中熔煉成鐵水，沖天爐中鐵水的出鐵溫度控制在 1450°C，采用多孔塞連續(xù)脫硫工藝，向脫硫包中連續(xù)加入為上述鐵水重量3%的石灰脫硫 劑，并從脫硫包底部經(jīng)多孔塞吹入氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，對上述鐵水進(jìn)行脫硫處理，使該鐵水的含 硫量控制在重量百分比0. 02%以下；脫硫之后的鐵水轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)電爐中繼續(xù)熔煉并保
第三步，球化處理和孕育處理
往第二步的中頻感應(yīng)電爐中的脫硫之后的鐵水中加入為該鐵水重量1. 5%的球化劑 QRMg8RE3,同時(shí)加入為該鐵水重量0. 7%的孕育劑75硅鐵，將其覆蓋在球化劑QRMg8RE3上 面，進(jìn)行球化和孕育處理，在倒包前再加入為該鐵水重量0. 3%的孕育劑75硅鐵進(jìn)行二次孕 育，球化和孕育處理的溫度為1420°C，得到球化處理和孕育處理后的鐵水熔體；所用球化 劑QRMg8RE3的粒度為10mm，其中粉狀物含量小于重量百分比5 % ； 第四步，澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件
采用清潔完好的澆包，將第三步得到的球化處理和孕育處理后的鐵水熔體轉(zhuǎn)移入澆 包，澆鑄前進(jìn)行扒渣與覆蓋，澆包要預(yù)熱到1480°C，防止鐵液溫度下降，澆鑄時(shí)，再在澆包 上加入為上述鐵水重量0. 1%的孕育劑75硅鐵，在控制出鐵液與澆鑄的間隔時(shí)間小于8分 鐘、溫度為1320°C和澆鑄流量為15 kg/s的條件下，將第三步得到的球化處理和孕育處理 后的鐵水熔體澆鑄到鑄型中，鑄件在鑄型中冷卻到300°C以下后，進(jìn)行清理，冷卻速度低于 200C /分鐘，最終澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件。本實(shí)施例所制得的球墨鑄鐵鑄件球化率為90 95%，基體組織中鐵素體含量 占98%，無磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球數(shù)量為100 130個(gè)，抗拉強(qiáng)度為400 440MPa，延伸率18 22%，-40°C條件下U形缺口試樣沖擊吸收功13 15J。經(jīng)過超聲波 探傷檢驗(yàn)，制得的球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部無缺陷。本實(shí)施例生產(chǎn)的低溫球墨鑄鐵鑄件完全滿足 風(fēng)電鑄件工作要求。實(shí)施例2 第一步，原料配制
按質(zhì)量百分比稱取所需量的C 3. 6%、Si 2. 1%、Μη 0. 25%、Mg殘余量0.05%和其余的為 鐵，該鐵中所含雜質(zhì)P<0. 04%和雜質(zhì)SCO. 02%,配制成生產(chǎn)一種低溫球墨鑄鐵的原料； 第二步，熔煉脫硫處理
將第一步配制好的原料放入沖天爐中熔煉成鐵水，沖天爐中鐵水的出鐵溫度控制在 1450°C，采用多孔塞連續(xù)脫硫工藝，向脫硫包中連續(xù)加入為上述鐵水重量4%的石灰脫硫 劑，并從脫硫包底部經(jīng)多孔塞吹入氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，對上述鐵水進(jìn)行脫硫處理，使該鐵水的含 硫量控制在重量百分比0. 02%以下；脫硫之后的鐵水轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)電爐中繼續(xù)熔煉并保
第三步，球化處理和孕育處理
往第二步的中頻感應(yīng)電爐中的脫硫之后的鐵水中加入為該鐵水重量1. 65%的球化劑 QRMg8RE3,同時(shí)加入為該鐵水重量0. 7%的孕育劑75硅鐵，將其覆蓋在球化劑QRMg8RE3上面，進(jìn)行球化和孕育處理，在倒包前再加入為該鐵水重量0. 35%的孕育劑75硅鐵進(jìn)行二次 孕育，球化和孕育處理的溫度為1430°C，得到球化處理和孕育處理后的鐵水熔體；所用球 化劑QRMg8RE3的粒度為20mm，其中粉狀物含量小于重量百分比5 % ； 第四步，澆鑄制得球墨鑄鐵鑄件
采用清潔完好的澆包，將第三步得到的球化處理和孕育處理后的鐵水熔體轉(zhuǎn)移入澆 包，澆鑄前進(jìn)行扒渣與覆蓋，澆包要預(yù)熱到1480°C，防止鐵液溫度下降，澆鑄時(shí)，再在澆包 上加入為上述鐵水重量0. 1%的孕育劑75硅鐵，在控制出鐵液與澆鑄的間隔時(shí)間小于8分 鐘、溫度為1350°C和澆鑄流量為30 kg/s的條件下，將第三步得到的球化處理和孕育處理 后的鐵水熔體澆鑄到鑄型中，鑄件在鑄型中冷卻到300°C以下后，進(jìn)行清理，冷卻速度低于 20°C /分鐘，最終澆鑄制得球墨鑄鐵鑄件。本實(shí)施例制得的球墨鑄鐵鑄件球化率90 95%，基體組織中鐵素體含量占98%，無 磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球數(shù)量為100 130個(gè)，抗拉強(qiáng)度為400 440 MPa,延伸 率18 22%，-40°C條件下U形缺口試樣沖擊吸收功13 15J。經(jīng)過超聲波探傷檢驗(yàn)，制 得的球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部無缺陷。本實(shí)施例生產(chǎn)的低溫球墨鑄鐵鑄件完全滿足風(fēng)電鑄件工作 要求。實(shí)施例3
第一步，原料配制
按質(zhì)量百分比稱取所需量的C 3. 9%、Si 1.8%、Mn 0. 4%、Mg殘余量0.035%和其余的為 鐵，該鐵中所含雜質(zhì)P<0. 04%和雜質(zhì)SCO. 02%,配制成生產(chǎn)一種低溫球墨鑄鐵的原料； 第二步，熔煉脫硫處理
將第一步配制好的原料放入沖天爐中熔煉成鐵水，沖天爐中鐵水的出鐵溫度控制在 1450°C，采用多孔塞連續(xù)脫硫工藝，向脫硫包中連續(xù)加入為上述鐵水重量5%的石灰脫硫 劑，并從脫硫包底部經(jīng)多孔塞吹入氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，對上述鐵水進(jìn)行脫硫處理，使該鐵水的含 硫量控制在重量百分比0. 02%以下；脫硫之后的鐵水轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)電爐中繼續(xù)熔煉并保
第三步，球化處理和孕育處理
往第二步的中頻感應(yīng)電爐中的脫硫之后的鐵水中加入為該鐵水重量1.8%的球化劑 QRMg8RE3,同時(shí)加入為該鐵水重量0. 7%的孕育劑75硅鐵，將其覆蓋在球化劑QRMg8RE3上 面，進(jìn)行球化和孕育處理，在倒包前再加入為該鐵水重量0. 4%的孕育劑75硅鐵進(jìn)行二次孕 育，球化和孕育處理的溫度為1440°C，得到球化處理和孕育處理后的鐵水熔體；所用球化 劑QRMg8RE3的粒度為30mm，其中粉狀物含量小于重量百分比5 % ； 第四步，澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件
采用清潔完好的澆包，將第三步得到的球化處理和孕育處理后的鐵水熔體轉(zhuǎn)移入澆 包，澆鑄前進(jìn)行扒渣與覆蓋，澆包要預(yù)熱到1480°C，防止鐵液溫度下降，澆鑄時(shí)，再在澆包 上加入為上述鐵水重量0. 2%的孕育劑75硅鐵，在控制出鐵液與澆鑄的間隔時(shí)間小于8分 鐘、溫度為1380°C和澆鑄流量為45 kg/s的條件下，將第三步得到的球化處理和孕育處理 后的鐵水熔體澆鑄到鑄型中，鑄件在鑄型中冷卻到300°C以下后，進(jìn)行清理，冷卻速度低于 20°C /分鐘，最終澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件。 本實(shí)施例制得的球墨鑄鐵鑄件球化率90、5%，基體組織中鐵素體含量占98%，無磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球數(shù)量為100 130個(gè)，抗拉強(qiáng)度為400 440 MPa，延伸率 18 2 ，-4(rC條件下U形缺口試樣沖擊吸收功13 15J。經(jīng)過超聲波探傷檢驗(yàn)，制得的球 墨鑄鐵鑄件內(nèi)部無缺陷。本實(shí)施例生產(chǎn)的低溫球墨鑄鐵鑄件完全滿足風(fēng)電鑄件工作要求。
在上述所有實(shí)施例中，所涉及的百分比均為重量百分比，所涉及的原料、石灰脫 硫劑、球化劑、孕育劑、設(shè)備及操作工藝均是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，所用球化劑 QRMg8RE3和孕育劑75硅鐵鑄造材料市場上均有銷售。
權(quán)利要求
1. 一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法，其特征在于步驟是 第一步，原料配制按質(zhì)量百分比稱取所需量的C 3. 4 3. 9%、Si 1. 8 2. 5%、Mn 0. 1 0. 4%、Mg殘余 量0. 035 0. 07%和其余的為鐵，該鐵中所含雜質(zhì)P<0. 04%和雜質(zhì)S<0. 02%，配制成生產(chǎn)一 種低溫球墨鑄鐵的原料； 第二步，熔煉脫硫處理將第一步配制好的原料放入沖天爐中熔煉成鐵水，沖天爐中鐵水的出鐵溫度控制在 1450°C，采用多孔塞連續(xù)脫硫工藝，向脫硫包中連續(xù)加入為上述鐵水重量3 5%的石灰脫 硫劑，并從脫硫包底部經(jīng)多孔塞吹入氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，對上述鐵水進(jìn)行脫硫處理，使該鐵水的 含硫量控制在重量百分比0. 02%以下；脫硫之后的鐵水轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)電爐中繼續(xù)熔煉并保第三步，球化處理和孕育處理往第二步的中頻感應(yīng)電爐中的脫硫之后的鐵水中加入為該鐵水重量1. 5 1. 8%的球 化劑QRMg8RE3，同時(shí)加入為該鐵水重量0. 7 1. 2%的孕育劑75硅鐵，將其覆蓋在球化劑 QRMg8RE3上面，進(jìn)行球化和孕育處理，在倒包前再加入為該鐵水重量0. 3 0. 4%的孕育劑 75硅鐵進(jìn)行二次孕育，球化和孕育處理的溫度為1420 1440°C，得到球化處理和孕育處理 后的鐵水熔體；第四步，澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件采用清潔完好的澆包，將第三步得到的球化處理和孕育處理后的鐵水熔體轉(zhuǎn)移入澆 包，澆鑄前進(jìn)行扒渣與覆蓋，澆包要預(yù)熱到1480°C，防止鐵液溫度下降，澆鑄時(shí)，再在澆包上 加入為上述鐵水重量0. 1 0.洲的孕育劑75硅鐵，在控制出鐵液與澆鑄的間隔時(shí)間小于8 分鐘、溫度為1320 1380°C和澆鑄流量為15 45 kg/s的條件下，將第三步得到的球化處 理和孕育處理后的鐵水熔體澆鑄到鑄型中，鑄件在鑄型中冷卻到300°C以下后，進(jìn)行清理， 冷卻速度低于20°C /分鐘，最終澆鑄制得低溫球墨鑄鐵鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法，其特征在于所用球化劑 QRMg8RE3的粒度為10 30mm，其中粉狀物含量小于重量百分比5 %。
全文摘要
本發(fā)明一種低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的控制方法，涉及含球墨的鑄鐵合金，步驟是按質(zhì)量百分比C3.4～3.9%、Si1.8～2.5%、Mn0.1～0.4%、Mg殘余量為0.035～0.07%和其余的為鐵，稱取配制原料，在沖天爐中熔煉脫硫，轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)電爐中繼續(xù)熔煉，加入球化劑和孕育劑進(jìn)行球化和孕育處理，澆鑄制得風(fēng)電用球墨鑄鐵鑄件。本發(fā)明方法通過控制球墨鑄鐵成分，改進(jìn)球化及孕育工藝來控制石墨球數(shù)量、大小、形態(tài)和分布，采用沖天爐和中頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉，生產(chǎn)出的球墨鑄鐵鑄件滿足風(fēng)電鑄件在低溫下的沖擊韌性要求和強(qiáng)度要求，克服了退火方式熱處理球墨鑄鐵鑄件容易發(fā)生變形或應(yīng)力集中的缺陷和現(xiàn)有技術(shù)成本高的缺點(diǎn)。
文檔編號C22C37/10GK102094147SQ20111007126
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者丁儉, 孟憲闊, 李永艷, 李海鵬, 王志國, 王志峰, 趙維民 申請人:河北工業(yè)大學(xué)