專利名稱：鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫球鐵鑄造工藝，尤其是鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件、特別是大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要部件的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能為可再生能源和綠色能源，在歐洲風(fēng)能應(yīng)用廣泛且成熟，國(guó)內(nèi)從04年開始大力開發(fā)風(fēng)能，國(guó)家正大力支持風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目。
(1)低溫球鐵鑄造大型高韌部件，典型的是大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)(其功率達(dá)到600K到5MW)，還可能包括其它礦山機(jī)械部件，工作條件惡劣，其主要部件如輪轂、底座(單只部件的重量達(dá)5到20噸)等采用低溫球墨鑄鐵件鑄造而成，球墨鑄鐵件要求低溫沖擊韌性，國(guó)外一般采用EN-1563標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)內(nèi)采用GB1348-88標(biāo)準(zhǔn)材料為-20℃沖擊韌性的QT400-18AL，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚無要求-40℃時(shí)沖擊韌性要求的低溫球鐵。
(2)為達(dá)到低溫沖擊韌性要求和強(qiáng)度要求，國(guó)外一般采用加Ni0.2～2％生產(chǎn)低溫球鐵。如丹麥和印度在生產(chǎn)大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)鑄件時(shí)加入Ni0.3～2％。
下述公開的中國(guó)專利申請(qǐng)文件亦然CN03811060.1具有改進(jìn)的機(jī)械性能的球墨鑄件的制造和成形方法，包括下列步驟a)制備具有下列重量組成的液態(tài)混合物3％至4％C；1.7％至3％Si；0.1％至0.7％Mn；0至4％Ni；0至1.5％Cu；0至0.5％Mo，Mg的殘余含量根據(jù)部件的厚度處于0.025％至0.080％之間，剩余的是鐵和制備過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)；所述雜質(zhì)主要是含量低于0.015％的S，和含量低于0.10％的P；b)在1350℃至1550℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到一個(gè)能夠得到與加工件相近形狀的模具中，該形狀是指部件坯；c)在固相線和AR3之間的溫度Ts下，將所述部件坯從模具中取出，固相線和AR3代表了劃定所述組合物的奧氏體區(qū)的溫度；d)澆鑄后趁熱立即直接通過熱塑性形變使部件坯成形，以獲得具有最終形狀和尺寸的部件，成形是在位于1050℃和AR3之間的溫度Tf下進(jìn)行的；e)成形后趁熱立即直接以位于貝氏體范圍內(nèi)的溫度Tb將所述部件淬火，并使其在所述溫度Tb下保持一段時(shí)間tb；和f)將所述部件冷卻至室溫。鎳的添加仍是必須的。
CN1280204鑄態(tài)高韌性球墨鑄鐵合金包芯線型球化劑，球化劑的成份(重量比)為Mg 25-35％，Re 2-10％，Ca或(Ca+Ba)、(Ca+Ba+Bi)2-12％，Si 35-50％，其余為鐵，球化劑采用常規(guī)的熔配法并經(jīng)破碎制成粉粒狀，粉粒狀粒度小于3mm，由鋼帶卷裹成包芯線，粉粒卷在包芯線內(nèi)。使用上述鑄態(tài)高韌性球墨鑄鐵合金包芯線型球化劑增強(qiáng)鑄態(tài)高韌性球墨鑄鐵的韌性。但對(duì)低溫性能并未有明確的指標(biāo)。
(3)為達(dá)到低溫沖擊韌性和延伸率要求，國(guó)內(nèi)采用退火方式，而對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，熱處理易變形。
(4)國(guó)外原材料特別是生鐵質(zhì)量好，一般采用加拿大生鐵和澳大利亞生鐵，其微量元素和有害元素比國(guó)內(nèi)生鐵低很多。
鎳為緊缺物資，價(jià)格昂貴。
而且退火熱處理上述重量和體積均十分巨大的部件時(shí)需要巨大的設(shè)備投資，處理的工藝成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，尤其是用于大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要部件。
鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造耐低溫大型高韌性部件的工藝(1)成分配方3.6-3.9％C；1.7％至3％Si；0.1％至0.4％Mn；；不加Ni；控制P低于0.04％，Mg的殘余含量根據(jù)部件的厚度處于0.045％至0.-0.07％之間，剩余的是鐵和制備過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)；而且雜質(zhì)主要控制點(diǎn)是含量低于0.02％的S；采用上述材質(zhì)控制和樹脂砂工藝鑄造上述成分不加Ni，控制P＜0.040％。其他元素硫控制在0.02％以下。
再配合其他工藝措施(見工藝部分)，使材質(zhì)達(dá)到在不加Ni的條件下達(dá)到-20℃和-40℃沖擊韌性要求，同時(shí)滿足其他機(jī)械性能要求。
(2)工藝采用的球化劑的配方是Re 1～2％，Mg 7～9％，Si 40-46％、其余為鐵，改善球化狀態(tài)，使石墨球數(shù)增加，石墨球更圓整，使鑄態(tài)本體球化率達(dá)到90％以上，鐵素體達(dá)到90％以上。球化后鑄造工藝在1300℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到400℃以下從鑄型中清出。
本發(fā)明可以使用比國(guó)外生鐵質(zhì)量差的國(guó)內(nèi)生鐵，即使在此條件下，產(chǎn)品質(zhì)量也能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到-20℃的沖擊要求和-40℃下沖擊韌性要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)無-40℃下沖擊韌性要求的低溫韌性球鐵的空白。
本發(fā)明的鑄態(tài)達(dá)到材質(zhì)要求。不采用熱處理，通過調(diào)控成分和球化處理工藝達(dá)到鑄態(tài)，達(dá)到-20℃和-40℃沖擊韌性和其他機(jī)械性能。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例按不加Ni生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)用低溫韌性鑄態(tài)球鐵的工藝，我們?cè)诘?、印度和?guó)內(nèi)金風(fēng)科技客戶訂購的鑄件進(jìn)行了實(shí)施，工藝方法如下(1)印度鑄件現(xiàn)生產(chǎn)量每月800～1000T低溫韌性鑄態(tài)球鐵件，主要生產(chǎn)600KW、1.25MW、1.5MW、2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)用主要部件輪轂、底座和軸，低溫球鐵配方是3.6-3.9％C；1.7％至3％Si；0.1％至0.4％Mn；不加Ni；，Mg的殘余含量0.045％至0.07％之間，剩余的是鐵和制備過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)；雜質(zhì)低于0.04％的P；低于0.02％的S.。上述含量鑄造球鐵的成分通過添加球化劑獲得球化劑的組方是Re1～2％，Mg 7～9％，Si 40-46％、其余為鐵；殘余Si 1.7％至3％；Mg的殘余含量在0.045％至0.07％之間；球化后鑄造工藝在1350℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中(可以用地模鑄造)；使其在砂型中緩慢冷卻到350-400℃從鑄型中清出。所述冷卻的速度最好是10到20℃/分鐘。這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)由印度供給歐美等國(guó)家已生產(chǎn)一年左右。生產(chǎn)表明，采用本發(fā)明方法確定的成分控制要求和鑄造工藝控制方法，可穩(wěn)定達(dá)到EN1563標(biāo)準(zhǔn)要求的GJS-400-18U-LT和GJS-350-22U-LT的在-20℃或-40℃低溫沖擊韌性和其他機(jī)械性能，現(xiàn)鑄件大批出口到印度。
(2)丹麥鑄件采用本發(fā)明方法確定的成分控制要求和鑄造工藝控制方法，可穩(wěn)定達(dá)到EN1563標(biāo)準(zhǔn)GJS-400-18U-LT要求的-20℃低溫沖擊韌性和其他機(jī)械性能，材質(zhì)質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但在1300℃至1350℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到330-360℃從鑄型中清出。所述冷卻的速度是10到20℃/分鐘。
(3)金風(fēng)科技鑄件采用本發(fā)明方法確定的成分控制要求和鑄造工藝控制方法，生產(chǎn)金風(fēng)科技750KW主要部件如輪轂、底座的鑄件材質(zhì)質(zhì)量達(dá)到GB1348標(biāo)準(zhǔn)中QT400-18AL的要求。但在1340℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到300-330℃從鑄型中清出。所述冷卻的速度是10到20℃/分鐘。
權(quán)利要求
1.鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是采用(1)低溫球鐵的成分配方是3.6-3.9％C；1.7％至3％Si；0.1％至0.4％Mn；不加Ni；，Mg的殘余含量0.045％至0.07％之間，剩余的是鐵和制備過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，P低于0.04％；(2)上述含量鑄造球鐵的成分通過添加球化劑獲得；(3)球化后鑄造工藝在1300℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到400℃以下從鑄型中清出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是采用國(guó)內(nèi)生鐵原料，成分中S低于0.02％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是在1350℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到350-400℃從鑄型中清出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是在1340℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到300-400℃從鑄型中清出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是采用球化劑Re 1～2％，Mg 7～9％，Si 40-46％、其余為鐵；改善球化狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是所述冷卻的速度是10到20℃/分鐘。
全文摘要
鑄態(tài)無Ni低溫球鐵鑄造大型高韌部件的方法，其特征是采用，(1)低溫球鐵的成分配方是3.6－3.9％C；1.7％至3％Si；0.1％至0.4％Mn；不加Ni；Mg的殘余含量0.045％至0.07％之間，剩余的是鐵和制備過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，P低于0.04％；(2)上述含量鑄造球鐵的成分通過添加球化劑獲得；(3)球化后鑄造工藝在1300℃至1380℃之間將所述液態(tài)混合物澆鑄到的鑄型中；并使其在砂型中緩慢冷卻到400℃以下從鑄型中清出。成分中S低于0.02％。本發(fā)明可以使用比國(guó)外生鐵質(zhì)量差的國(guó)內(nèi)生鐵，即使在此條件下，產(chǎn)品質(zhì)量也能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到－20℃的沖擊要求和－40℃下沖擊韌性要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)無－40℃下沖擊韌性要求的低溫韌性球鐵的空白。
文檔編號(hào)C22C37/04GK1817506SQ200510022689
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者王玉臣, 周益中, 俞旭如, 華永犖, 李川度 申請(qǐng)人:江陰市吉鑫機(jī)械有限公司, 無錫一汽鑄造有限公司