一種高強度高延展性球墨鑄鐵卷筒及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及球墨鑄鐵材料技術領域，尤其是設及一種高強度高延展性球墨鑄鐵卷 筒及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 卷筒是大型起重設備、旋挖鉆和卷揚減速機的關鍵部件之一，由于承重的鋼絲繩 直接纏繞在卷筒上，卷筒直接承受起吊載荷，其質量優劣對起重設備、旋挖鉆和卷揚減速機 的安全運行有著至關重要的影響。隨著現代工程的發展趨向大型化，工程機械行業大型或 超大型起重設備、鉆孔設備和卷揚減速機的應用越來越廣泛，起吊的重量和揚程均大幅度 增加。例如：超大型起重設備的起吊重量已達到幾千噸；超大型卷揚機的揚程達到了數百 米。因此，對卷筒的材質及其制備方法提出了更高的要求。
[0003] 目前，采用普通球墨鑄鐵制造的卷筒，其抗拉強度和延伸率的綜合力學性能指標 一般偏低，因此在高負荷條件下使用卷筒時，由于卷筒的塑性和初性偏低而易于誘發脆性 裂紋產生，造成安全隱患，嚴重制約了卷筒在大型或超大型工程機械行業的推廣應用。
[0004] 為了提高卷筒使用的安全性能，近年來國內開始研究高強度高延展性球墨鑄鐵卷 筒。專利號為CN1900340的中國專利公開了一種鑄態高強度高伸長率球墨鑄鐵材料，該專利 各組分及其重量百分比為：〔3.5~3.8%，512.6~3.1%，]?11<0.3%，5<0.03%，口< 0.05%，余量為化。其鑄件的力學性能為抗拉強度〇b含480MPa，屈服強度〇日.2含310MPa，延伸 率δ ^ 20%，布式硬度皿在150-200，鑄件的金相組織基體為鐵素體^ 85%，滲碳體^ 3%，憐 共晶含1% ;該專利公布的球墨鑄鐵強度偏低，不能滿足高性能卷筒的應用技術指標。專利 號為CN101603142的中國專利公開了一種高強度高初性球墨鑄鐵鑄件及其制備方法，該專 利各組分及其重量百分比為：〔3.6~3.8%，512.4~2.8%，]?11〇.8~0.9%，加0.5~ 0.6%，化0.1~0.2%，5<0.02%，口<0.07%，余量為化。其鑄件的力學性能為抗拉強度> 590MPa，屈服強度^ 380MPa，延伸率^ 8% ;該鑄件的儘含量偏高，綜合力學性能指標偏低。 專利號為CN102747268B的中國專利公開了一種高強度、高塑性球墨鑄鐵及其制造方法，該 專利各組分及其重量百分比為:C 3.4~3.8%，Si 2.3~2.7%，Mn 0.3~0.5%，Cu 0.3~ 0.5%，Cr0.02~0.10%，S<0.03%，P<0.04%，Sb0.001~0.005%，Mg0.03~0.06%， Re 0.001~0.003%，余量為Fe;其鑄件的基體組織由一定比例含量的鐵素體和珠光體組 成，具有較高強度和較高的伸長率，可W滿足重型載重汽車驅動橋橋殼、支架類鑄件的使用 要求。該鑄件的基體含有一定比例的珠光體組織，所W鑄件的延展性偏低。
[0005] 因此，如何提供一種具有高強度高延展性的，且適用于大型或超大型起重設備、旋 挖鉆W及卷揚減速機的球墨鑄鐵卷筒是目前本領域技術人員亟需解決的技術問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種高強度高延展性球墨鑄鐵卷筒，該球墨鑄鐵卷筒所用球 墨鑄鐵具有較高的強度和較高的延展性，且能夠適用于大型或超大型起重設備、旋挖鉆W 及卷揚減速機。本發明的另一目是提供一種上述球墨鑄鐵卷筒的制備方法。
[0007] 為解決上述的技術問題，本發明提供的技術方案為：
[0008] -種高強度高延展性球墨鑄鐵卷筒，由球墨鑄鐵材料加工而成，所用球墨鑄鐵包 括W下重量百分比的組分：3.0%~3.3 %的C; 3.8 %~4.2 %的Si ;Mn<0.3% ; 0.03 %~ 0.05 % 的 Mg ;0.0!% ~0.025 % 的RE; S<0.02 % ;P<0.03 % ; 0.2 % ~0.3% 的Mo; 0.12 % ~ 0.15%的Ni;余量為化W及不可避免的雜質。
[0009] 優選的，所述Mo的重量百分比為0.22%~0.28%。
[0010] 優選的，所述Ni的重量百分比為0.125 %~0.145 %。
[00川優選的，所用球墨鑄鐵的抗拉強度Ob含620MPa，屈服強度00.2^30M化，延伸率δ M2%。
[0012] 本發明還提供一種上述球墨鑄鐵卷筒的制備方法，包括W下步驟：
[0013] 1)冶煉:將生鐵、廢鋼、回爐料、娃鐵、鋼鐵W及金屬儀的混勻料加熱烙化成鐵水；
[0014] 當鐵水溫度達到1490°C~1520°C時，爐前調整鐵水成分使得鐵水包括W下重量百 分比的組分：3.0% ~3.3% 的C;3.8% ~4.2%的51;]?11<0.3%;5<0.02%;?<0.03%;0.2% ~0.3%的Mo;0.12%~0.15%的Ni;余量為化W及不可避免的雜質；
[0015] 當鐵水成分合格后，化渣；
[0016] 然后，保溫3min~5min，然后準備鐵水出爐。
[0017] 2)球化處理:將低稀±儀合金球化劑置于誘包底部，其上覆蓋長效娃領巧孕育劑， 采用蓋包堤巧式鐵水沖入法球化工藝對鐵水進行球化處理;控制球化處理后鐵水中Mg的重 量百分比為0.03%~0.05%，且Re的重量百分比為0.01 %~0.025%。
[0018] 3)-次孕育處理：向球化處理后的鐵水中加入長效娃領巧合金孕育劑，進行一次 孕育處理，W消除反球化元素所造成的白口傾向，細化石墨球，延緩球化衰退；
[0019] 4)誘鑄：當一次孕育處理后的鐵水溫度達到1420°C~1430°C時，誘注卷筒;誘注過 程中隨流加入娃巧領祕長效隨流孕育劑進行二次孕育處理，控制二次孕育處理后鐵水中化 的重量百分比為0.003%~0.010%，Ba的重量百分比為0.005%~0.010%，且0.010% <Ca +Ba< 0.020%，Bi的重量百分比為< 0.003%;
[0020] 5)去應力退火:誘注12h~24h后，開箱清理，得到一次結構成型的卷筒;然后將一 次結構成型的卷筒裝入退火爐中，升溫到500°C~550°C，保溫地~化后，降溫至200°C~260 °C，出爐空冷，得到卷筒成品。
[0021] 優選的，步驟1)中，所添加的生鐵的重量百分比為40%~50%、廢鋼的重量百分比 為20%~30%、回爐料的重量百分比為30%~40%、娃鐵的重量百分比為1.6%~2.0%且 所述娃鐵中娃的重量百分比為75%、鋼鐵的重量百分比為0.4%~0.5%且所述鋼鐵中鋼的 重量百分比為60%、金屬儀的重量百分比為0.15%~0.18%且其純度為99.90%。
[0022] 優選的，步驟2)中，低稀±儀合金球化劑包括W下重量百分比的組分:Mg:5%~ 7%，36:1%~1.5%，51:40%~44%，]\111、41、1'1、5^及口的總量<0.5%，余量為鐵；低稀± 儀合金球化劑的加入量為鐵水總重量的1.3%~1.4%;球化處理溫度為1490°C~1520°C;
[0023] 且步驟2)中，長效娃領巧孕育劑包括W下重量百分比的組分:Si : 65 %~70 %，Ba: 0.8%~1.0%，Ca :0.6%~1.0%，其余為鐵或不可避免的雜質；長效娃領巧孕育劑的加入 量為鐵水總重量的0.3%~0.4%。
[0024] 優選的，步驟3)中，長效娃領巧合金孕育劑包括W下重量百分比的組分：Si :65% ~70%，Ba:0.8%~1.0%，Ca:0.6%~1.0%，其余為鐵或不可避免的雜質；長效娃領巧合 金孕育劑的加入量為鐵水總質量的0.5%~0.6%。
[0025] 優選的，步驟4)中，娃巧領祕長效隨流孕育劑包括W下重量百分比的組分：Si: 65%~70%，Ba:0.8%~1.0%，Ca:0.6%~1.0%，81:1%~2.5%，其余為鐵或不可避免的 雜質;娃巧領祕長效隨流孕育劑的加入量為鐵水總質量的0.08%~0.1 %。
[00%]本發明的有益技術效果：
[0027] 1)本發明是一種高強度高延展性球墨鑄鐵卷筒及其制備方法;在成分配比上;通 過增加 Si含量，重量百分比達到了3.8%~4.2%，促進石墨化，強化鐵素體，同時Si在鐵基 體中起到了固溶強化效果，實現了較高的強度;通過增加 Mo細化了石墨，強化了基體，改善 提高了強度、硬度、初性等綜合性能;通過增加 Μ強化鐵素體，細化石墨，增加石墨球數量， 提高球化效果，強化基體，消除了由于Si含量的增加所帶來的娃脆性影響，提高了基體的初 性。本配比成分使球墨鑄鐵中石墨球的數量、大小、形態和分布，獲得100%的鐵素體基體和 細小、均勻、彌散分布的大量球狀石墨的鑄態組織。本發明工藝方法簡單，原料和生產成本 較低，易于推廣應用。
[002引2)本發明鑄造生產過程中采用了 ：新型長效娃領巧孕育劑，BaXa元素起到了凈化 鐵水，延緩了球化衰退，促進石墨化形成，抑制了白口傾向，穩定鐵素體，保證了球化率;采 用低稀±儀合金球化劑，有效的控制了稀±的殘留含量，控制了碳化物的形成，提高石墨球 的圓整度和球化率。同時采用樹脂砂一次鑄造成型工藝，達到了組織致密、尺寸精確、外觀 型線清晰的要求。
[0029] 3)本發明采用娃領巧祕長效隨流孕育劑進行二次隨流孕育處理，通過采用隨流誘 注孕育處理工藝，延緩了球鐵在凝固過程中的衰退，提高了組織均勻性、穩定了石墨球的圓 整度、大小，通過孕育劑中的微量Bi使石墨球數量增加，消除碳化物，促使球鐵的二次球墨 化能力增強，獲得鑄態鐵素體。
[0030] 4)本發明提供了一種高強度高延展性球墨鑄鐵卷筒，所用球墨鑄鐵的強度高、延 展性好，具有良好的綜合力學性能，