技术领域
[0001] 本
发明涉及球墨
铸铁领域，具体涉及一种高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法。 背景技术
[0002] 球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其通过球化和孕育处理得到球状
石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比
碳钢还高的强度。其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于
铸造一些受
力复杂，强度、韧性、
耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于
灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。高强度耐低温球墨铸铁因其特殊的使用性能，日益成为国内高寒地区机器等重要设备重要部件，比如
风电、
机车及车辆、石油及化工管道配件等等。普通的球墨铸铁的耐低温性不够，强度仍需要做进一步提高，不能满足低温及高强度下的使用要求。
[0003] 中国
专利CN 105420592A公开了一种“耐低温球墨铸铁及其制备方法”，其提供的球墨铸铁具有较好的耐低温性能及韧性，但对于在低温环境下，其强度需要做进一步提高。发明内容
[0004] 本发明提供了一种高强度耐低温球墨铸铁及其制备方法，所述球墨铸铁具有较好的耐低温性及优异的强度，且制备方法简单高效。
[0005] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0006] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的
质量百分比为:碳 3.2%-3.5%，
硅2.1%-2.3%，锰0.4%-0.5%，
铜0.4%-0.6%，镍0.2%-0.4%，钼0.2%_ 0.4%，镁0.04%-0.06%，铬0.05%-0.08%，
钛0.005%-0.008%，
钒0.002%-0.003%，磷 <0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0007] 优选地，所述球墨铸铁中各元素成分的质量百分比为:碳3.3 %，硅2.2 %，锰 0.45%，铜0.5%，镍0.3%，钼0.3%，镁0.05%，铬0.07%，钛0.006%，钒0.002%，磷彡 0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0008] 高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0009] (1)原料熔炼:将
生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁
水温度为1450-1500°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
[0010] (2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入球化剂，在球化剂上
覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量〇.4 %-0.6 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400-1430 °C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4%-0.6 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
[0011] (3)
热处理:将所述铸件升温至890-920°C，保温3-5h，以5-8°C/min的速度降温至 650-700°C，保温2-4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至890-920°C，以13-15°C/min的速度降温至400-450°C，空冷至室温后进行消除
应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0012] 优选地，所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2-3:7_9。
[0013] 优选地，所述球化剂的加入量为铁水总重量的1.4%_1.6%，所述球化剂的粒度为 2-4mm〇[〇〇14] 优选地，所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅42%-50%、
钙1.5%-2.5%、锆0.3%-0.6%、锰2%-3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%-55%、钡 2%-3%、铼0.1%-0.3%，余量为铁。
[0015] 本发明的有益效果为:本发明加入的铜为正偏析元素，其与锰复合使用，可以部分抵消锰的偏析趋势，使锰的用量提高，从而促使
抗拉强度提高。同时，加入铜可以在一定程度上改善球化，提高强度。第一孕育剂中的硅与钙在1400-1430 °C下同时使用效果倍增，其中加入锆能延缓衰退时间，锰能够降低熔点，使孕育均匀，第二孕育剂中的铼在铁水含硫量低时，可提高抗拉强度，抑制白口化。包内孕育配合型内孕育，增加了石墨形核能力，细化晶粒，孕育效果好，使得铸件的球墨化程度好，提高成品强度和低温冲击性能。在热处理中，合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式，有效提高球墨铸铁的强度及耐低温性。本发明中的球墨铸铁强度高、耐低温性优异，制备方法简单高效。具体实施方式
[0016] 下面结合具体
实施例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。[0〇17] 实施例1:
[0018] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.3%，硅2.2%，锰0.45%，铜0.5%，镍0.3%，钼0.3%，镁0.05%，铬0.07%，钛0.006%，钒 0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0019] 高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0020] (1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1500°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；
[0021] (2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.4%的球化剂(粒度为 4mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.4%的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1430°C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇22] (3)热处理:将所述铸件升温至920°C，保温5h，以5°C/min的速度降温至700°C，保温2h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至920 °C，以15 °C/min的速度降温至400°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0023]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为3:7。[〇〇24]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅50%、钙1.5%、锆0.6%、锰 2%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅55%、钡2%、铼0.3%，余量为铁。[〇〇25] 实施例2:
[0026] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳3.5%，硅2.1%，锰0.5%，铜0.4%，镍0.4%，钼0.2%，镁0.06%，铬0.05%，钛0.008%，钒 0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0027] 高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0028] (1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇29] (2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.6 %的球化剂(粒度为2mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.6 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400 °C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.6 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；
[0030] (3)热处理:将所述铸件升温至890°C，保温3h，以8°C/min的速度降温至650°C，保温4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至890°C，以13°C/min的速度降温至450°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0031] 所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:9。[〇〇32]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅42%、钙2.5%、锆0.3%、锰 3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%、钡3%、铼0.1%，余量为铁。[〇〇33] 实施例3:[〇〇34] 一种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.2%，硅2.3%，锰0.4%，铜0.6%，镍0.2%，钼0.4%，镁0.04%，铬0.08%，钛0.005%，钒 0.003%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。
[0035] 高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0036] (1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1480°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇37] (2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.5%的球化剂(粒度为3mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.6 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1430°C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇38] (3)热处理:将所述铸件升温至900°C，保温4h，以8°C/min的速度降温至650°C，保温3h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至900 °C，以14°C/min的速度降温至400°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0039] 所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:7。
[0040] 所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅50%、钙2.5%、锆0.3%、锰 2%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅55%、钡3%、铼0.1%，余量为铁。[〇〇41 ] 实施例4:
[0042] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.5%，硅2.3%，锰0.4%，铜0.6%，镍0.2%，钼0.4%，镁0.06%，铬0.05%，钛0.008%，钒0.003%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。[0043 ]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0044] (1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇45] (2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.6 %的球化剂(粒度为2mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.5 %的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1410°C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.5 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇46] (3)热处理:将所述铸件升温至920°C，保温5h，以7°C/min的速度降温至680°C，保温4h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至920 °C，以13 °C/min的速度降温至430°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0047]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为3:9。[〇〇48]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅46%、钙2%、锆0.5%、锰 2.5%，余量为铁；所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅50%、钡2.5%、铼 0.2%，余量为铁。
[0049] 实施例5:
[0050] —种高强度耐低温球墨铸铁，所述球墨铸铁各元素成分的质量百分比为:碳 3.4%，硅2.3%，锰0.45%，铜0.56%，镍0.2%，钼0.4%，镁0.04%，铬0.07%，钛0.007%， 钒0.002%，磷<0.04%，硫<0.02%，余量为铁。[0051 ]高强度耐低温球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0052] (1)原料熔炼:将生铁、优质碳素结构废钢、铜锭、镍锭、钼锭、增碳剂依次加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水温度为1450°C，制得化学成分合格的铁液，然后进行静置扒渣处理；[〇〇53] (2)球化处理及孕育处理:在球化包内加入铁水总重量1.4 % -1.6 %的球化剂(粒度为4mm)，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.5%的第一孕育剂，孕育剂上覆盖废钢片，紧实，冲入铁水，铁水温度为1400 °C，完成球化处理和第一次孕育处理后，随后再加入铁水总重量0.4 %的第二孕育剂进行型内孕育，浇注，得铸件；[〇〇54] (3)热处理:将所述铸件升温至910°C，保温3h，以5°C/min的速度降温至700°C，保温3h，空冷至室温;将空冷后的铸件升温至910 °C，以13 °C/min的速度降温至410°C，空冷至室温后进行消除应力退火，得所述高强度耐低温球墨铸铁。
[0055]所述生铁和优质碳素结构废钢的重量比为2:8。[〇〇56]所述第一孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%、钙2.5%、锆0.6%、锰 3%，余量为铁;所述第二孕育剂中各元素成分的质量百分比为:硅45%、钡3%、铼0.3%，余量为铁。[〇〇57]性能测试:对由实施例1-5所制得的高强度耐低温球墨铸铁进行性能测试，经检测，本发明高强度耐低温球墨铸铁件的抗拉强度为650-658MPa，
屈服强度为448-456MPa，延伸率为7.2-8.6%，球化等级为1-2级，
环境温度为-40°C时的冲击性能为14.8-15.3J。
