[發明專利]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、孕育劑和瞬時孕育劑

有效

• 申請號: 201010250274.8
• 申請日: 2010-08-11
• 公開（公告）號: CN101906566A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 華永犖;陳柏林;王建宏;俞建平;陳玉芳;唐軍
• 申請（專利權）人: 江蘇吉鑫風能科技股份有限公司
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C33/08;C21C7/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 周靜

技術領域

本發明涉及一種3MW風電輪轂用低溫球鐵鑄件的制備方法及其鑄造用添加劑、球化劑、孕育劑、瞬時孕育劑，屬于金屬鑄造領域。

背景技術

風能作為一種清潔能源和綠色能源，在歐、美國家已經被廣泛應用，并且風力發電技術也已經成熟。我國從04年開始大力發展風力發電技術，未來風電的主要發展方向是大功率(3MW及以上機組)和海上風電。預計在2015年前將保持每年15％的增長速度。目前大功率風電機組的制造存在如下問題：

1、低溫球鐵鑄造厚大斷面高韌部件，典型的是核乏燃料球鐵容器、大功率風電機組和一些礦山設備等，此類鑄件工作條件十分惡劣，對鑄件的韌性和低溫性能要求極其嚴格。隨著風電設備向大功率的方向發展，單件重量從最初的幾噸發展到如今的幾十噸，最大斷面由最初的十幾毫米發展到如今的幾百毫米。此類鑄件除了要保證附鑄試塊的基本低溫性能外，還必須保證鑄件本體的低溫性能和內部組織結構。例如3MW風力發電機的輪轂鑄件，重量約16T，最大壁厚約300mm，對球鐵本體的低溫性能和內部組織結構要求很高。

2、對于球墨鑄鐵件要求低溫沖擊韌性，國外一般采用EN1563標準，材料為要求-20℃沖擊韌性的GJS-400-18U-LT和要求-40℃沖擊韌性的GJS-350-22U-LT。國內采用GB1348-2009材料標準，材料為-20℃沖擊韌性的QT400-18AL和要求-40℃沖擊韌性的QT350-22AL。鑄件本體試塊組織球化級別不低于GB/T9441規定的4級，但由于風電鑄件的特殊性，要求本體套樣試塊組織球化級別不低于GB/T9441規定的3級，基體組織以鐵素體為主，珠光體量不超過5％，滲碳體不超過1％；要求本體套樣試塊性能不低于附鑄試塊性能要求的80％。

3、為達到鑄件本體試塊的強度、低溫沖擊性能和組織要求，國外一般采用加鎳(Ni)0.4～2％生產此類低溫球鐵件，如丹麥和印度的廠商在生產大功率厚大斷面球鐵風電鑄件時加入鎳(Ni)0.4～2％。但目前鎳價昂貴，且資源緊缺。

4、為提高低溫球鐵鑄件本體試塊的沖擊韌性和內部組織結構；國內一般采用熱處理的方式，但對于3MW風電輪轂鑄件結構復雜、尺寸較大，熱處理時易變形、能耗大、生產周期長、成本高。

5、國外廠商大都采用加拿大生鐵和澳洲生鐵，其微量元素和有害元素均比國內生鐵低很多，這在提高低溫球鐵鑄件性能和組織結構方面，具有先天優勢。

6、還有一些廠商為提高鑄件本體組織的石墨球化率，提高鐵素體含量，采用強制冷卻的方法，如在鑄型中通冷卻水或壓縮空氣，或利用激冷冷鐵。如國內某生產核乏燃料球鐵容器企業在鑄型中通冷卻水，可以加快冷卻速度，提高本體組織的球化率和基體組織中鐵素體含量。但3MW風電輪轂鑄件結構復雜，造型工藝復雜，因此不利于采用強制冷卻的方法，而且強制冷卻的方法安全風險較大。由于鑄件結構較大，利用冷鐵進行激冷等方式的成本也較高。

7、中國專利ZL200510022689.9鑄態無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，在用于3MW風電輪轂時，發現在鑄件厚大斷面(200mm～300mm)區域的心部存在碎塊狀石墨，球化率低于GB/T9441規定的3級，鑄件厚大斷面區域的本體套樣試塊性能達不到附鑄試塊性能的80％。

發明內容

本發明提供一種3MW風電輪轂用低溫球鐵鑄件的制備方法，在不用熱處理、不添加合金元素鎳(Ni)、利用國內生鐵、不采用強制冷卻方式的條件下，使鑄件本體套樣試塊性能達到附鑄試塊性能的80％，且本體套樣試塊心部組織球化級別不低于GB/T9441規定的3級，基體組織以鐵素體為主，珠光體量不超過5％，滲碳體不超過1％，厚大斷面(200mm～300mm)區域心部無碎塊狀石墨存在。

本發明還提供用于上述制備方法中的添加劑、球化劑、孕育劑和瞬時孕育劑。

所述3MW風電輪轂用低溫球鐵鑄件的制備方法為，所述低溫球鐵的元素組成為：C：3.6-3.9％；Si：1.7-2.5％；Mn：0.1-0.3％；P＜0.045％；S＜0.02％；Mg：0.03-0.06％；剩余的是Fe和制備過程中由原料攜帶進去的微量雜質元素；這些微量雜質元素都在0.01％以下，且雜質總量不超過0.1％，所述低溫球鐵的制備方法包括以下步驟：

(1)熔煉；