[發明專利]一種低溫球墨鑄鐵及其制備方法、用途

在審

• 申請號: 202310548504.6
• 申請日: 2023-05-16
• 公開（公告）號: CN116640980A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 陳立新;張亞軍;嚴玉平
• 申請（專利權）人: 江蘇宏德特種部件股份有限公司
• 主分類號: C22C37/04
• 分類號: C22C37/04;C22C37/10;C22C33/08;F03D1/06
• 代理公司: 南通瑞隆專利商標代理事務所(普通合伙) 32692
• 代理人: 趙可

本發明涉及一種低溫球墨鑄鐵、制備方法及其作為風電機組輪轂的應用。本發明通過調整各元素組分以及澆筑前的交變磁場處理，避免了孕育處理和熱處理這兩個球墨鑄鐵制備過程中的重要步驟，簡化工藝、節約成本、提升質量。提升了石墨化程度、石墨球數量和等級，使材料在低溫?45℃下仍然具有良好的強度和低溫沖擊功。本發明制備得到的球墨鑄鐵，石墨球化率等級達到3級以上，石墨球大小等級達到5級以上，抗拉強度在423～447MPa,屈服強度262～286Mpa，在?45℃的沖擊吸收功為12.3～14.7J。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種球墨鑄鐵及其制備方法、用途

背景技術

在二十世紀中期，英國科學家發明了一種球墨鑄鐵的制備方法，向鐵水中加入稀土元素鈰，并在澆鑄時加入少量鎂等元素從而獲得球形石墨的鑄鐵，被稱作球墨鑄鐵，其力學性能大幅提高，與鋼接近，成本只是鋼的1/3到1/2。球墨鑄鐵的組織主要由珠光體、鐵素體和石墨球組成，并可以通過調整基體組織中珠光體與鐵素體的含量來獲得不同性能的球墨鑄鐵。

低溫球墨鑄鐵是對低溫沖擊功有較高要求的球墨鑄鐵，隨著新能源的不斷替代傳統能源，風力發電得以快速發展。風力發電機組鑄件要求二十年以上的使用期。在寒冷地區能夠經受極端天氣的考驗。特別是近年氣候異常現象頻次的加快，傳統的低溫沖擊球墨鑄鐵材料規范的標準已經不滿足下游企業的需求。低溫沖擊球墨鑄鐵的常溫抗拉強度和屈服強度等與低溫沖擊功是一對矛盾。實際工程使用需要常溫強度和低溫沖擊功都要達標。按照歐洲標準EN1563的規定，牌號EN-GJS-35—22Lt材料的力學性能要求：抗拉強度抗拉強度≥350MPa，屈服強度≥220MPa，延伸率≥22％，低溫沖擊值要求：-40℃單值≥9J，平均≥12J。

申請號為CN2019108698156的中國專利公布了一種低溫球墨鑄鐵材料及其制備方法和應用，其中鎳含量為0.77～0.83％，采用的高溫熱處理工藝增加了成本。

申請號為CN2012100338574的中國專利公布了-60℃低溫沖擊球墨鑄鐵的制備方法，采用兩次熱處理工藝增加了成本。

申請號為CN2019105574753的中國專利公布了一種低溫球墨鑄鐵及其生產工藝和應用，其中鎳含量0.4～0.6％，且需要三次孕育處理工藝復雜增加成本。

申請號為CN2019105574895的中國專利公布了一種低溫球墨鑄鐵及其制備方法和應用，制備的球墨鑄鐵可以在-20℃使用，但是需要三次孕育處理，工藝復雜能耗和成本高。

發明內容

針對上述背景技術中的問題，本發明的目的一：公布一種在零下-45℃具有高強度和高低溫沖擊功的低溫球墨鑄鐵。

一種低溫球墨鑄鐵，所含各元素的質量百分比為：C?3.1～3.5wt％，Si?1.6～1.9wt％,Mn?0.3～0.6wt％，Mg?0.02～0.04％，Ni0.02～0.13wt％,Cu?0.01～0.065wt％，且Cu含量為Ni含量的一半，P+S≤0.02,余量為鐵。

C是球墨鑄鐵中球形石墨的碳源，碳含量對鑄件的性能影響很大，本發明中限定碳的質量分數為3.1～3.5wt％，保證石墨化能夠順利完成，且球形石墨有適宜的數量。

Si是鐵素體的重要控制元素，也是力學性能的重要影響因素，本發明實驗發現硅含量高，抗拉強度和屈服強度提高，但是低溫沖擊功降低，硅含量低，抗拉強度和屈服強度降低，低溫沖擊功提高。本發明限定Si的含量為1.6～1.9wt％，使材料的綜合性能優異。

Mn和Si對材料力學性能的影響有類似的作用，本發明限制Mn含量為0.3～0.6wt％。

Mg是石墨球化的重要控制元素，但是含量過高影響力學性能，本發明限制Mg含量為0.02～0.04％。