[发明专利]兆瓦级风电高强高韧-30℃低温球墨铸铁件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铸铁技术领域，具体涉及一种兆瓦级风电高强高韧低温（-30℃）球墨铸铁件的制备方法。

背景技术

从2006至今兆瓦级风机已成为国内风电市场的主流机型，而风电铸件多为厚大部件，已由原来的几吨增加到十几吨甚至几十吨，制造难度加大。风力发电机一般安装在海边或沙漠等多风地带，这些地方多属于高寒地区，且要求风机平稳运行工作20年，因此对铸件的低温性能和内部组织具有很高的要求。普通球墨铸铁的低温冲击韧性较低，在寒冷的环境中易发生脆性断裂，不适合风电配件。

铁素体基体球铁的特性是随着温度的下降，球铁的抗拉、屈服强度会逐步上升，但冲击功却急剧下降。对于球墨铸铁件要求低温冲击韧性，国内、国外一般采用GB1348-2009和EN1563标准，材料为要求-20℃冲击韧性的GJS-400-18U-LT和要求-40℃冲击韧性的GJS-350-22U-LT。随着近几年风电行业的发展，要求-20℃冲击韧性的GJS-400-18U-LT材质铸件，要在更低温度的风场使用-即要求材料-30℃低温冲击韧性，因此迫切需要开发一种既满足-30℃冲击韧性，又满足GJS-400-18U-LT拉伸性能的材料。生产这样性能要求的低温大型球铁件存在很大的技术难度，国内尚无GJS-400-18U-LT的-30℃低温要求的球铁，而-30℃低温区占整个低温区一半以上，因此开发-30℃低温要求的球墨铸铁材料有一定的经济和实用价值。

现有技术中，为满足低温球铁冲击韧性和内部组织结构，国内一般采用热处理的方式。该方法的缺点是：风电铸件结构复杂、尺寸较大，热处理设备要求高，且热处理时易变形、能耗大、生产周期长、成本高。另外，加镍是最有效的提高冲击功的方式，而且还不降低抗拉强度。国内外均有厂家采用加Ni生产此类低温球铁件。但是，目前镍价昂贵，资源紧缺，加Ni使得总成本提高。

目前已有科研院所在实验室获得耐低温（-40℃）球墨铸铁，单铸试块抗拉强度不低于400MPa，伸长率不低于18%，-40℃下的标准V型缺口试样的冲击功不小于12J。但是，这些研究成果仅限于实验室产品。在实际生产应用时，铸件的重量都在1吨左右，壁厚在30mm左右，因此这些研究成果未能在重量超过5吨，壁厚超过60mm的铸件上获得成功。

中国发明专利CN200510022689.9，发明名称为“铸态无Ni低温球铁铸造大型高韧部件的方法”，该方法对3MW产品发现厚大断面存在碎块状石墨，不能满足力学要求。

中国发明专利CN201010250274.8，发明名称为“3MW风电轮毂用低温球铁铸件的制备方法及铸造用添加剂、球化剂”，该方法是达到-40℃低温冲击韧性的GJS-400-18U-LT材料，需特定的球化剂，该球化剂中稀土的成分、含量要求很严格，成本较高，所以并不适合要开发的兆瓦级风电高强高韧低温（-30℃）球墨铸铁件的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺操作简单、成本低廉的兆瓦级风电高强高韧低温（-30℃）球铸铁件制备方法。

本发明的技术方案是提供一种风电用低温（-30℃）球铁铸件GJS-400-18U-LT材质的制备方法，在不用热处理、不添加合金元素镍(Ni)、利用国内生铁、不采用特定稀土球化剂的条件下，通过合理的成分控制，添加一种微量元素Sb，在相对较低的球化、孕育处理成本下，得到附铸试块（按标准70mm*70mm*170mm）既满足-30℃冲击韧性（单个≥7J，三个平均≥10J），又满足GJS-400-18U-LT拉伸性能（抗拉强度≥370MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥12%），且铸件本体套样性能能达到附铸试块性能的80％的兆瓦级风电铸件。

本发明通过控制成分和球化处理、二次孕育处理工艺制备满足低温（-30℃）要求的GJS-400-18U-LT材质。本发明适用于风电大型铸件，满足其-30℃的低温冲击性能要求。

本发明提供了一种兆瓦级风电高强高韧-30℃低温球墨铸铁件的制备方法，该方法以生铁为材料，球墨铸铁材料的元素组成：C:3.7~3.90wt%，Si:1.9~2.20wt%，Mn≤0.20wt%，P≤0.035wt%，S≤0.020wt%，Sb：0.001~0.0030wt%，Mg:0.03~0.050wt%，其余为Fe和制备过程中产生的杂质；

所述的球墨铸铁材料的制备方法包括以下步骤：

A）熔炼：控制出铁水温度为1420～1460℃；