[发明专利]一种耐低温高韧性铸态球铁、生产方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸态球铁、生产方法及其应用，尤其涉及一种耐低温高韧性铸态球铁、生产方法及其应用。

背景技术

球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，具有优异的力学性能，如较高的抗拉强度和屈服强度，较高的伸长率和一定的冲击韧性。在常温工作条件下，球墨铸铁可以代替铸钢来铸造复杂零件，生产成本低廉，具有广泛的用途，目前我国球墨铸铁的年产量可达1000多万吨(2009年我国铸件总产量3560万吨居世界第一，有资料表明2006年我国球铁产量已达600多万吨)。但是，一般的球墨铸铁在低温使用时，其韧性急剧下降，使球墨铸铁转变为脆性材料，无法抵抗各种使用环境所产生的冲击，可能造成零件的突然脆断，从而引发重大的人员伤亡和经济损失。人们对现有球墨铸铁的配料、熔炼工艺、球化处理和孕育处理进行改进，得到低温高韧性球墨铸铁，低温高韧性球墨铸铁主要用于寒冷地区的重要设备的部件，如风电的变速箱、轮毂、底座、轴承、主框架等构件，铁路及地铁配件，机车及车辆配件，石油及石化配件等。

现有的低温高韧性球墨铸铁的化学成分是：C 3.7～4.0％、Si 2.1～2.4％、Mn≤0.3％、P≤0.06％、S≤0.03％、Mg_残留0.030～0.05％、∑Re_残留(∑Re_残留是稀土残留总量)0.02～0.040％，余量为Fe。其生产方法为：1、包底一侧堤坝式反应室；2、单层装包，球化剂顶面加装铁屑和孕育剂，或有加一块球铁盖板；3、先出2/3铁水，待球化反应完成后出剩余铁水；4、加粉状脱硫剂；5、石墨化热处理。采用该生产方法时的铁水包装包后的示意图如图1所示。图1所示为传统的设置在铁水包底部一侧的堤坝式半月形底窝，所述堤坝式半月形底窝2内分层装有球化剂3、铁屑4和孕育剂5。目前的生产工艺存在以下缺陷：

1、反应室位于包底一侧，反应中对铁水的搅拌不均匀，影响铁水对球化剂的吸收及孕育剂在铁水中的均匀性；

2、球化剂单层装包处理中球化剂反应剧烈易导致球化不良；

3、先出2/3铁水，待球化反应完成后出剩余铁水，后出的铁水靠“稀释”前面已经球化处理铁水中的球化剂来球化，显然会降低球化率；

4、加入粉状脱硫剂，在铁水冲击和高温作用下大量飞扬严重污染环境并且脱硫效果不佳，导致多加脱硫剂或球化剂；

5、达不到要求的低温冲击韧性指标，要进行提高韧性的热处理，导致成本增加，劳动生产率下降。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种耐低温高韧性铸态球铁，以解决现有低温高韧性球墨铸铁存在的球化不良、脱硫效果不佳、球化剂和脱硫剂用量大、要进行提高韧性的热处理等上述多项缺陷。

为了实现本发明的目的，本发明提供的耐低温高韧性铸态球铁，按重量百分比计，其化学成分为：C 3.4～3.6％、Si 2.0～2.3％、Mn≤0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mg_残留0.035～0.05％、∑Re_残留0.015～0.025％、Sr 0.05～0.1％、Ni 0.15～0.25％、Ti 0.10～0.15％，余量为Fe。

根据上述耐低温高韧性铸态球铁的一种优选实施方式，其中，按重量百分比计，所述耐低温高韧性铸态球铁的化学成分为：C 3.6％、Si 2.06％、Mn0.18％、P 0.02％、S 0.01％、Mg_残留0.048％、∑Re_残留0.021％、Sr 0.08％、Ni 0.23％、Ti 0.13％，余量为Fe。

本发明的另一个目的在于提供所述耐低温高韧性铸态球铁的生产方法，包括如下步骤：

(1)在铁水包底部中心设置圆柱形底窝反应室，用于分层预装球化剂、孕育剂和缓冲剂进行球化处理；

(2)分层装包，球化剂层间加装缓冲剂和装孕育剂

将球化剂分成等量的2～5份，分层装进底窝反应室，每一层装一份球化剂，每一层球化剂上面加装层分量的稻草灰和/或珍珠岩做缓冲剂，以及加装层分量的75％硅铁和层分量的含硅、钙、钡的复合孕育剂，球化剂的加入量为铁水重量的1.2～2.0％，缓冲剂的总加入量为铁水重量的0.5～1.5％，75％硅铁的总加入量为铁水重量的0.6～1.0％，孕育剂的总加入量为铁水重量的1.0～1.5％，所述球化剂装包的层数为2～5层；

(3)加球铁盖板