兆瓦級風電高強高韌-30℃低溫球墨鑄鐵件的制備方法
【專利摘要】本發明屬于鑄鐵【技術領域】，具體涉及一種兆瓦級風電高強高韌-30℃低溫球墨鑄鐵件的制備方法。本發明的方法不用熱處理、不添加合金元素鎳、利用國內生鐵、不采用特定稀土球化劑的條件下，通過合理的成分控制，添加一種微量元素Sb，在相對較低的球化、孕育處理成本下，得到附鑄試塊既滿足-30℃沖擊韌性，又滿足GJS-400-18U-LT拉伸性能，且鑄件本體套樣性能達到附鑄試塊性能的80％的兆瓦級風電鑄件。本發明填補了國內無-30℃GJS-400-18U-LT材質的低溫韌性的空白。
【專利說明】兆瓦級風電高強高韌-30°C低溫球墨鑄鐵件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鑄鐵【技術領域】，具體涉及一種兆瓦級風電高強高韌低溫(_30°C)球墨鑄鐵件的制備方法。
【背景技術】
[0002]從2006至今兆瓦級風機已成為國內風電市場的主流機型，而風電鑄件多為厚大部件，已由原來的幾噸增加到十幾噸甚至幾十噸，制造難度加大。風力發電機一般安裝在海邊或沙漠等多風地帶，這些地方多屬于高寒地區，且要求風機平穩運行工作20年，因此對鑄件的低溫性能和內部組織具有很高的要求。普通球墨鑄鐵的低溫沖擊韌性較低，在寒冷的環境中易發生脆性斷裂，不適合風電配件。
[0003]鐵素體基體球鐵的特性是隨著溫度的下降，球鐵的抗拉、屈服強度會逐步上升，但沖擊功卻急劇下降。對于球墨鑄鐵件要求低溫沖擊韌性，國內、國外一般采用GB1348-2009和EN1563標準，材料為要求_20°C沖擊韌性的GJS-400-18U-LT和要求_40°C沖擊韌性的GJS-350-22U-LT。隨著近幾年風電行業的發展，要求_20°C沖擊韌性的GJS-400-18U-LT材質鑄件，要在更低溫度的風場使用-即要求材料_30°C低溫沖擊韌性，因此迫切需要開發一種既滿足-30°C沖擊韌 性，又滿足GJS-400-18U-LT拉伸性能的材料。生產這樣性能要求的低溫大型球鐵件存在很大的技術難度，國內尚無GJS-400-18U-LT的_30°C低溫要求的球鐵，而-30°C低溫區占整個低溫區一半以上，因此開發-30°C低溫要求的球墨鑄鐵材料有一定的經濟和實用價值。
[0004]現有技術中，為滿足低溫球鐵沖擊韌性和內部組織結構，國內一般采用熱處理的方式。該方法的缺點是:風電鑄件結構復雜、尺寸較大，熱處理設備要求高，且熱處理時易變形、能耗大、生產周期長、成本高。另外，加鎳是最有效的提高沖擊功的方式，而且還不降低抗拉強度。國內外均有廠家采用加Ni生產此類低溫球鐵件。但是，目前鎳價昂貴，資源緊缺，加Ni使得總成本提高。
[0005]目前已有科研院所在實驗室獲得耐低溫(_40°C)球墨鑄鐵，單鑄試塊抗拉強度不低于400MPa，伸長率不低于18%，-40°C下的標準V型缺口試樣的沖擊功不小于12J。但是，這些研究成果僅限于實驗室產品。在實際生產應用時，鑄件的重量都在I噸左右，壁厚在30mm左右，因此這些研究成果未能在重量超過5噸，壁厚超過60mm的鑄件上獲得成功。
[0006]中國發明專利CN200510022689.9，發明名稱為“鑄態無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法”，該方法對3MW產品發現厚大斷面存在碎塊狀石墨，不能滿足力學要求。
[0007]中國發明專利CN201010250274.8，發明名稱為“3MW風電輪轂用低溫球鐵鑄件的制備方法及鑄造用添加劑、球化劑”，該方法是達到_40°C低溫沖擊韌性的GJS-400-18U-LT材料，需特定的球化劑，該球化劑中稀土的成分、含量要求很嚴格，成本較高，所以并不適合要開發的兆瓦級風電高強高韌低溫(_30°C)球墨鑄鐵件的生產。

【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種工藝操作簡單、成本低廉的兆瓦級風電高強高韌低溫(-30 0C )球鑄鐵件制備方法。
[0009]本發明的技術方案是提供一種風電用低溫(_30°C)球鐵鑄件GJS-400-18U-LT材質的制備方法，在不用熱處理、不添加合金元素鎳(Ni)、利用國內生鐵、不采用特定稀土球化劑的條件下，通過合理的成分控制，添加一種微量元素Sb，在相對較低的球化、孕育處理成本下，得到附鑄試塊(按標準70mm*70mm*170mm)既滿足_30°C沖擊韌性(單個> 7J，三個平均≥10J),又滿足GJS-400-18U-LT拉伸性能(抗拉強度≥370MPa,屈服強度≥240MPa，延伸率> 12%)，且鑄件本體套樣性能能達到附鑄試塊性能的80%的兆瓦級風電鑄件。
[0010]本發明通過控制成分和球化處理、二次孕育處理工藝制備滿足低溫(_30°C)要求的GJS-400-18U-LT材質。本發明適用于風電大型鑄件，滿足其_30°C的低溫沖擊性能要求。
[0011]本發明提供了一種兆瓦級風電高強高韌-30°C低溫球墨鑄鐵件的制備方法，該方法以生鐵為材料，球墨鑄鐵材料的元素組成=C: 3.7~3.90wt%, S1: 1.9~2.20wt%,Mn ( 0.20wt%, P ( 0.035wt%, S ≤ 0.020wt%, Sb:0.001-0.0030wt%,Mg:0.03~0.050wt%，其余為Fe和制備過程中產生的雜質；
[0012]所述的球墨鑄鐵材料的制備方法包括以下步驟:
[0013]A)熔煉:控制出鐵水溫度為1420~1460°C ；
[0014]B)球化處理:選擇常規稀土鎂合金球化劑，其中球化劑的成分配方是:Mg5-7wt%，Si40-50wt%，其余為鐵；球化劑的加入量為1.(Tl.5wt% ;球化處理溫度:1420~1460°C ；
[0015]C) 一次孕育:采用硅鈣鋇孕育劑，成分配方是:Si70-80wt%;Cal.5-2.5wt%，Ba8-12wt%，其余為鐵；孕育劑加入量為0.4-1.0wt% ;在球化反應開始后加入；
[0016]D) 二次孕育:采用含鉍孕育劑，成分配方是:Si65_75wt%，Bi0.5-2.5%，其余為鐵；孕育劑加入量為0.10-0.15wt% ;在澆注時隨流加入。
[0017]所述的球墨鑄鐵材料的制備方法還包括以下步驟:
[0018]E)造型:采用樹脂砂工藝鑄造，保證充足的吃砂量；
[0019]F)澆注:控制澆注溫度在131(T138(TC，保證澆注速度平穩；
[0020]G)冷卻:確保鑄件在型內緩慢冷卻，開箱溫度控制在< 400°C，開箱后空冷。
[0021]本發明具有以下有益效果；
[0022]通過對本發明方法制備得到的產品測試，其本體抗拉強度在365~380MPa，延伸率在12~16%，_30°C沖擊功平均值在IOJ以上，本體性能達到了 EN1563標準要求的GJS-400-18U-LT附鑄試塊性能的80%以上的要求，且石墨球化率達到90%以上，鐵素體含量達90%以上；而且不需要特定的含稀土成分的球化劑，成本低廉，在MW級風電大型鑄件中運用成功，填補了國內無_30°C GJS-400-18U-LT材質的低溫韌性的空白。
【具體實施方式】
[0023]下面結合本發明的實施例對本發明的實施作詳細說明，以下實施例是在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0024]實施例1:為新疆金風科技股份有限公司制作的球墨鑄鐵件一1.5MW定軸、軸套、輪轂、底座[0025]以生鐵為材料，球墨鑄鐵材料的元素組成:C: 3.7-3.9wt%，S1: 1.9-2.2wt%,Mn ( 0.2wt%, P% ( 0.035wt%, S% ( 0.02wt%, Sb:0.0015-0.002wt% ;Mg 的殘余含量
0.03-0.045wt%，剩余的是鐵和制備過程中產生的雜質。
[0026]上述配方的球墨鑄鐵材料，首先熔煉，控制出鐵水溫度為1420~1460°C。之后球化處理，球化劑的配方是Mg5-7wt%，Si40-50wt%，其余為鐵，球化劑的加入量1.(Tl.2wt%，球化處理溫度為1420~1460°C。
[0027]球化反映開始后加入硅鈣鋇孕育劑，成分配方是:Si70_80wt%，Cal.5-2.5wt%，Ba8-12%，其余為鐵，加入量為0.4-0.8wt% ;球化處理后，在1350 V至1380 V之間將所述鐵液澆鑄到鑄型中，并在澆注過程中加入含鉍孕育劑，成分配方是:Si65-75wt%，Bi0.5-2.5wt%，其余為鐵；加入量為0.10-0.15wt%，在澆注時隨鐵水流加入。
[0028]澆注結束后在砂型中緩慢冷卻到350-400°C從鑄型中清出。所述冷卻的速度最好是10-20 0C /分鐘。
[0029]生產表明，采用本實施例方法制備得到的1.5MW定軸、軸套、輪轂、底座產品，性能穩定達到EN1563中GJS-400-18U-LT的強度要求及_30°C低溫沖擊韌性要求。鑄件輔助試塊性能:抗拉強度370-380MPa，屈服強度240_260MPa，延伸率13_17%，_30°C低溫沖擊韌性，單個大于8J，平均大于11J，且本體套樣性能，抗拉強度大于310MPa，屈服強度大于210，延伸率大于10%。
[0030]實施例2:為新疆金風科技股份有限公司制作的球墨鑄鐵件一2.5MW輪轂、底座
[0031]球墨鑄鐵材料的元素組成:C:3.7-3.9wt%, S1: 1.9-2.lwt%, Mn ( 0.2wt%,P% ( 0.035wt%, S% ( 0.02wt%, Sb:0.001-0.002wt% ;球化劑的加入量為 1.0-1.3% ;球化反應開始后加入孕育劑，孕育劑的加入量為0.5-1.0wt% ;其它同實施例1。
[0032]通過本實施例方法制備得到的2.5麗輪轂、底座產品，性能穩定達到EN1563中GJS-400-18U-LT的強度要求及_30°C低溫沖擊韌性要求，且本體套樣性能大于輔助試塊要求的80%，適用于_30°C低溫風場風電高強高韌鑄件的性能要求。鑄件輔助試塊性能:抗拉強度370-380MPa，屈服強度240_260MPa，延伸率13_17%，_30°C低溫沖擊韌性，單個大于8J，平均大于llj。本體套樣性能，抗拉強度大于310MPa,屈服強度大于210,延伸率大于10%。
[0033]實施例3:本發明制備方法和現有技術的比較
[0034]表1:本發明制備方法和現有技術的比較
[0035]
【權利要求】
1.一種兆瓦級風電高強高韌-30°C低溫球墨鑄鐵件的制備方法，該方法以生鐵為材料，其特征在于，球墨鑄鐵材料的元素組成:c: 3.7~3.90wt%, S1: 1.9~2.20wt%,Mn ( 0.20wt%, P ^ 0.035wt%, S ( 0.020wt%, Sb:0.001-0.0030wt%, Mg: 0.03~0.050wt%，其余為Fe和制備過程中產生的雜質； 所述的球墨鑄鐵材料的制備方法包括以下步驟: A)熔煉:控制出鐵水溫度為1420~1460°C； B)球化處理:選擇常規稀土鎂合金球化劑，其中球化劑的成分配方是:Mg5-7wt%，Si40-50wt%，其余為鐵；球化劑的加入量為1.(Tl.5wt% ;球化處理溫度:1420~1460°C ； C)一次孕育:采用硅鈣鋇孕育劑，成分配方是:Si70-80wt% ；Cal.5-2.5wt%，Ba8-12wt%，其余為鐵；孕育劑加入量為0.4-1.0wt% ;在球化反應開始后加入； D)二次孕育:采用含鉍孕育劑，成分配方是:Si65-75wt%，Bi0.5-2.5%，其余為鐵；孕育劑加入量為0.10-0.15wt% ;在澆注時隨流加入。
2.根據權利要求1所述的一種兆瓦級風電高強高韌_30°C低溫球墨鑄鐵件的制備方法，其特征在于，所述的球墨鑄鐵材料的制備方法還包括以下步驟: E)造型:采用樹脂砂工藝鑄造； F)澆注:控制澆注溫度在1310-l380°C； G)冷卻:確保鑄件在型內緩慢冷卻，開箱溫度控制在≤400°C，開箱后空冷。
【文檔編號】C22C37/10GK103898396SQ201210572877
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優先權日:2012年12月26日
【發明者】華永犖, 閆興義, 萬曙雄, 陳玉芳, 陳柏林 申請人:江蘇吉鑫風能科技股份有限公司, 新疆金風科技股份有限公司