专利名称：兆瓦级风电高强高韧低温球铁件制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低温球铁的制备方法，尤其是涉及一种兆瓦级风电部件用的高强 高韧低温球铁的制备方法。
背景技术：
风能作为可再生新源和绿色能源，在欧洲应用广泛且成熟，尤其是兆瓦级风力发 电机，已成为风电产业的主流产品。国内从04年开始大力发展风电，国家正大力扶持风电 项目。兆瓦级风力发电机工作条件恶劣，其主要部件如轮毂、底座等采用低温球墨铸铁 铸造而成。球墨铸铁件要求低温冲击韧性，在工作条件更恶劣的情况下(如海上风电)，更 要求高强度和_40°C低温冲击韧性，国外一般采用EN-1563标准，材料为GJS-350-22U-LT， 国内也有相应的标准。球铁铸造兆瓦级风电用高强高韧部件，附铸尺寸为70X 70X 170mm时，若材质为 EN-GJS-400-18U-LT，则抗拉强度要求370Mpa，冲击值-20°C单个彡7J，三个平均彡IOJ ；若 材质为EN-GJS-350-22U-LT，则抗拉强度要求320Mpa，冲击值-40°C单个> 7J，三个平均 ^ 10J，强度与冲击性能极难兼顾。为达到低温(_40°C )冲击韧性要求和强度(_20°C )要求，国外一般采用加 NiO. 5 2衬％生产低温球铁。如丹麦和印度在生产大功率风力发电机铸件时加NiO. 5 2wt%，镍为紧缺资源，价格昂贵。国外原材料尤其是生铁质量好，一般采用澳大利亚生铁和加拿大生铁，其微量元 素和有害元素比国产生铁低的多。
发明内容
本发明的目的是提出一种兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法。尤其是 在使用国产生铁，以Sn代Ni作为合金加入的条件下，通过成分调整和优化球化孕育处理工 艺，使石墨球细化，大幅度增加石墨球数，并提高了球化率。在铸态下同时达到高强度和高 韧性，即抗拉强度370Mpa，_40°C冲击值单个彡7J，三个平均彡IOJ的性能要求。本发明的技术方案是以国产生铁为原料，经熔炼、球化、孕育和增碳处理，再经铸 造制得低温无Ni球铁件，所述高强高韧低温球铁件的成分配方是C 3. 6 3. 9wt%, Si 1. 7 2. 3wt%, MnO. 1 0. 3wt%，Sn 0. 01 0. 06wt%，不加 Ni,Mg 的残余含量 0. 03 0. 07wt%，剩余的 是铁和制备过程中产生的杂质。所述高强高韧低温球铁的成分是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获 得，其中，球化剂的成分配方是Mg 5 8wt%，Re 1 2wt%，Si 40 50wt%，其余为铁； 孕育剂成分配方是Si 70 80wt%，其余为铁，球化剂和孕育剂的加入量分别为1.0 1. 8衬％和0. 4 1. Owt%。二次孕育采用随流孕育的方法。
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球化后的铸造工艺为在1300°C 1380°C将球化后的液态混合物浇铸在铸型中， 并使其在铸型中缓慢冷却到400°C以下，从铸型中清理出铸件，所述缓慢冷却的速度最好是 10 20 /min。本发明生铁可采用国产生铁，但生铁成分中P低于0.03wt%，S低于0.02wt%。本发明的改进是采用预处理与增碳处理相结合的方法。本发明采用预处理与增碳处理相结合的工艺，有效提高了铁液的活度，增加了石 墨形核的能力，使石墨球径得到细化，石墨球数大幅度提高(150 250个/mm2)，从而明显 提高了铸件的综合性能。本发明的有益效果是本发明方案可以使用比国外生铁质量差的国产生铁，即使 在此条件下，铸件性能也能达到高强度(-20°C )及-40°C冲击韧性要求。本发明以更经济的Sn代替Ni作为合金加入，在微量添加的条件下，Sn吸附在石 墨与金属相界，阻碍碳原子穿过晶界向石墨晶核迁移扩散，使石墨球径变小，从而达到高强 高韧的性能。本发明的铸态即达到材质要求，通过成分调整和优化球化孕育处理工艺，即能生 产高强高韧低温球铁。
具体实施例方式兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法。以生铁为原料(国产生铁，如采用 国外生铁更优)，经熔炼、球化、孕育和增碳处理，再经铸造制得低温无Ni球铁件。其中国产 生铁成分中P低于0. 03wt%，S低于0. 02wt%。球化温度1400°C 1450°C，孕育处理温度 1350°C 1400°C。所述高强高韧低温球铁件的成分配方是C 3. 6 3. 9wt%, Si 1. 7 2. 3wt%, MnO. 1 0. 3wt%，不加 Ni，加入 Sn 0. 01 0. 06wt%,Mg 的残余含量 0. 03 0. 07wt%，剩 余的是铁和制备过程中产生的杂质。增碳处理时采用添加增碳剂的方法，加增碳剂要考虑 其熔化率和吸收率。最好进行搅拌，增碳处理温度亦控制在140(TC 1450°C，施加增碳剂 的的量使球铁件的成分C至3. 6 3. 9wt%。增碳剂可为市售的各种增碳剂，碳含量大于 90%且低硫的增碳剂。所述高强高韧低温球铁件的成分是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方 法获得，其中，球化剂的成分配方是Mg 5 8wt%，Re 1 2wt%，Si 40 50wt%，其 余为铁；孕育剂成分配方是Si 70 80wt%，其余为铁；球化剂和孕育剂的加入量分别为 1. 0 1. 8wt% 禾口 0. 4 1. 0wt%。典型的实施例选择国产原料生铁，只要求P低于0.03wt%%，S低于0.02wt% 即可，其中C 3. 7wt%, Si 0. 5wt%, Mn 0. 2wt%，熔炼温度在1420°C，在此温度下经增碳、 球化和孕育处理，加Sn 0. 02wt%，球化剂的成分配方是Mg 6wt%, Re Iwt%, Si 40wt%, 其余为铁；孕育剂成分Si 70wt%，其余为铁，球化剂和孕育剂的加入量分别为1. 0衬％和 0.5wt%。采用二次孕育方式。并加增碳剂0. ，得到的球铁铸件的成分C 3. 75%, Si 2. 1%,Μη 0. 2%，Mg的残余含量0.04%，得到符合要求的铸件。加Sn 0.05wt%时亦达 到_40°C冲击韧性要求(参见200510022689. 9的标准)。根据上述实施例，不同成分的生铁可以采用不同含量的球化剂、孕育剂和增碳剂的添加。只要满足最终的成品的成分即可，而且成分含量是容易控制的，但镁的挥发会多些。 球化后的铸造工艺为在1300°C 1380°C将球化后的液态混合物浇铸在铸型 中，并使其在铸型中缓慢冷却到400°C以下，从铸型中清理出铸件，缓慢冷却的速度最好是 10 20 /min。
权利要求
兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法其特征是以生铁为原料，经熔炼、熔炼温度在1400℃～1450℃，球化、孕育和增碳处理，球化、孕育处理处理温度在1350℃～1400℃；再经铸造制得低温无Ni球铁件，所述高强高韧低温球铁件的成分配方是C 3.6～3.9wt％，Si 1.7～2.3wt％，Mn 0.1～0.3wt％，Sn 0.01～0.06wt％，Mg的残余含量0.03～0.07wt％，剩余的是铁和制备过程中的杂质；所述高强高韧低温球铁的成分是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获得，其中，球化剂的成分配方是Mg 5～8wt％，Re 1～2wt％，Si 40～50wt％，其余为铁；孕育剂成分配方是Si 70～80wt％，其余为铁，球化剂和孕育剂的加入量分别为1.0～1.8wt％和0.4～1.0wt％；增碳处理时添加增碳剂。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法其特征是采用 增碳剂，施加增碳剂的量使球铁件的成分C至3. 6 3. 9wt%。
3.根据权利要求1所述的兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法其特征是球化 后的铸造工艺为在1300°C 1380°C将球化后的液态混合物浇铸在铸型中，并使其在铸型 中缓慢冷却到400°C以下，从铸型中清理出铸件，所述缓慢冷却的速度是10 20°C /min。
4.根据权利要求1所述的兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法其特征是生铁 成分中P低于0. 03wt%, S低于0. 02wt%。
5.根据权利要求1所述的兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法其特征是二次 孕育采用随流孕育的方法。
6.根据权利要求1所述的兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法其特征是Sn 0. 01 0. 06wt%。
全文摘要
兆瓦级风电高强高韧低温球铁件的制备方法以生铁为原料，经熔炼、熔炼温度在1400℃～1450℃，球化、孕育和增碳处理，球化、孕育处理处理温度在1350℃～1400℃；再经铸造制得低温无Ni球铁件，配方是C 3.6～3.9wt％，Si 1.7～2.3wt％，Mn 0.1～0.3wt％，Sn 0.01～0.06wt％，Mg的残余含量0.03～0.07wt％；所述高强高韧低温球铁的成分是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获得，其中，球化剂的成分配方是Mg 5～8wt％，Re 1～2wt％，Si 40～50wt％，其余为铁；本发明可以使用国产生铁，在加Sn的条件下，通过优化球化孕育方法及增碳处理，铸态下能同时达到高强度和高韧性。
文档编号C22C37/10GK101914721SQ201010248369
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者刘燕辉, 华永荦, 李军平, 许建清, 陈柏林 申请人:江苏吉鑫风能科技股份有限公司