一種風電用高強高韌球墨鑄鐵的研制方法與流程

本發明屬于冶金領域，具體涉及一種風電用高強高韌球墨鑄鐵的研制方法。

背景技術：

隨著現代裝備向輕量化、節能、高效的方向發展，人們對球鐵的強度和使用性能的要求也不斷提高。因此，鑄造和冶金工作者通常采用鑄造合金化，抑或通過熱處理工藝來達到提高球鐵機械性能的目的。但是，前者因在球鐵鑄造過程中需添加昂貴的合金元素(如ti、cu等)，使球鐵件的生產成本大大增加，這極大地削弱了球鐵件廉價的市場優勢；后者耗時、耗能的弊端使球鐵生產失去了市場開發的競爭力。而且，球鐵較合金鋼韌性差，目前球鐵強化手段對沖擊韌性的提高非常有限。

2004年iso1083/js球墨鑄鐵標準公布后，又補充了一個iso1083/js/500-10的球墨鑄鐵標準，把伸長率從原來的7％提高到10％。2012年3月，德國和歐洲的球墨鑄鐵標準din-en1563在修改時又增加了3個牌號分別是en-gjs-450-18、en-gjs-500-14、en-gjs-600-10，即大幅提高了鐵素體、珠光體混合基體球墨鑄鐵的屈服強度和伸長率，而且這些級別都可在鑄態獲得，不需要任何熱處理。他們走的是提高成分中的w(si)量、來強化鐵素體技術路線。

為了符合風電鑄件的工作環境，達到風電低溫沖擊的力學性能，過高的硅顯然是不合適的。與此同時過高的硅對于厚大的風電鑄件還是不利的，它會促進鐵素體和石墨的形成，從而加劇鑄件內部石墨形態惡化。

球墨鑄鐵自上世紀四十年代問世并投入生產以來，以其耐磨、減振和生產成本低廉等優點得到了迅猛的發展。迄今為止，球鐵在汽車、礦山、船舶、注塑機、機床等眾多領域得到廣泛應用。隨著人們對可持續、可再生能源的認識，風力發電成為人們關注的焦點。與此同時風電廠商對風電鑄件的要求也進一步的提高，不在拘泥于原有牌號en-gjs-400-18u-lt。

技術實現要素：

發明目的：為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種風電用高強高韌球墨鑄鐵的研制方法。

技術方案：一種風電用高強高韌球墨鑄鐵的研制方法，包括如下步驟：

步驟一、熔煉爐料配比，具體為：生鐵：廢鋼：回爐料＝40％-60％:15％-30％:15％-30％，同時在爐中加入一定量的75硅鐵，使原鐵水的硅達到1.8％；

步驟二、在球化包的一個坑中依次加入：1％的球墨鑄鐵球化劑、0.2％-0.4％高鈣鋇孕育劑、30-60g/t的sb和壓鐵；

步驟三、鐵水從爐中倒入另外一個坑中，澆注時加入0.1-0.2％的隨流孕育劑，澆注溫度為1340℃-1380℃。

作為優化：所述球墨鑄鐵球化劑由以下重量百分比成分組成：si：40％-50％，ca：0.9％-1.3％，ba：1％-1.5％，mg：5.8％-6.2％，re：0.8％-1.0％，al<1.2％，余量為fe以及不可避免的微量元素，粒度為5-30mm。

作為優化：所述高鈣鋇孕育劑由以下重量百分比成分組成：si：72％-75％，ca：1％-2％，ba：2％-2.5％，al<2％，余量為fe以及不可避免的微量元素，粒度為3-8mm。

作為優化：所述隨流孕育劑由以下重量百分比成分組成：si：70％-76％，ca：0.75％-1.25％，re：1.5％-4％，al：0.75％-1.25％，余量為fe以及不可避免的微量元素，粒度為0.1-1mm。

有益效果：本發明通過對球化劑和微量元素的控制，消除高硅帶來的碎塊狀石墨的傾向。石墨形態良好，即使在模數5的厚大斷面上也沒有出現明顯的碎塊狀石墨。為好的本體力學性能提供了先決條件。保持-20℃低溫沖擊大于12j和延伸率大于18％的前提下，提高強度。立方體旁的附鑄試塊力學性能達到了qt420-18的性能，且-20℃的v缺口低溫沖擊打到13j。

附圖說明

圖1是本發明中立方體試塊鑄造工藝圖；

圖2立方體試塊切割示意圖

圖3是本發明中球化包中合金的放置方式示意圖；

圖4是本發明中qt400-18與qt420-18的金相對比示意圖；

圖5是本發明中qt420-18本體金相(100倍)；

圖6是本發明中-20℃時qt420-18沖擊斷口sem分析(200倍)；

圖7是本發明中-20℃時qt400-18沖擊斷口sem分析(200倍)。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

具體實施例

現有澆注壁厚300mm的立方體試塊和一個厚度70mm的附鑄試塊，立方體模數5cm。鑄造工藝如下圖1，采用陶瓷管底注工藝，陶瓷管直徑30mm。為了說明此配方的優越性，在澆注qt420-18的同時，用現有qt400-18的鐵水澆注一個同樣的立方體試塊。

如圖2所示，一種風電用高強高韌球墨鑄鐵的研制方法，包括如下步驟：

步驟一、熔煉爐料配比，具體為：生鐵：廢鋼：回爐料＝40％-60％:15％-30％:15％-30％，同時在爐中加入一定量的75硅鐵；

步驟二、在球化包的一個坑中依次加入：1％的球墨鑄鐵球化劑、0.2％-0.4％高鈣鋇孕育劑、30-60g/t的sb和壓鐵；

步驟三、鐵水從爐中倒入另外一個坑中，澆注時加入0.1％-0.2％的隨流孕育劑，澆注溫度為1340℃-1380℃。

所述球墨鑄鐵球化劑由以下重量百分比成分組成：si：40％-50％，ca：0.9％-1.3％，ba：1％-1.5％，mg：5.8％-6.2％，re：0.8％-1.0％，al<1.2％，余量為fe以及不可避免的微量元素，粒度為5-30mm。

所述高鈣鋇孕育劑由以下重量百分比成分組成：si：72％-75％，ca：1％-2％，ba：2％-2.5％，al<2％，余量為fe以及不可避免的微量元素，粒度為3-8mm。

所述隨流孕育劑由以下重量百分比成分組成：si：70％-76％，ca：0.75％-1.25％，re：1.5％-4％，al：0.75％-1.25％，余量為fe以及不可避免的微量元素，粒度為0.1-1mm。

本專利中立方體旁的附鑄試塊力學性能達到了qt420-18的性能，且-20℃的v缺口低溫沖擊打到13j。石墨形態良好，即使在模數5的厚大斷面上也沒有出現明顯的碎塊狀石墨。為好的本體力學性能提供了先決條件。

1、熔煉結果

按照上述配方熔煉球化的鐵水，球化前后鐵水成分如下表1，球化過程爆發完好，最終鐵水的硫和鎂都在期望的范圍內。然后澆注300mm立方體試塊，等冷卻1.5天后，取出。

表1球化前后鐵水成分

2、附鑄試塊力學性能

本附鑄試塊厚度70mm，在附鑄試塊上取一根試棒、一個金相、三組沖擊(分別測試-20℃、-30℃、室溫的v缺口沖擊性能)。力學性能如下表2，qt420-18的抗拉強度提高了32mpa，屈強比提高至0.683，材料利用率提高。同時還滿足風電鑄件的低溫沖擊性能，即使-30℃時，其低溫沖擊仍然大于12j。

表2附鑄試塊力學性能

金相照片對比如圖4，由金相可得兩者石墨球都比較圓整、均勻，但是石墨球個數有明顯差異。qt400-18的石墨球數為180個/mm²，而qt420-18的石墨球數為230個/mm²。這主要是因為高si引起的高效孕育引起的。

3、本體理化性能

將立方體試塊從中間取下一塊厚度為30mm的一片做力學性能測試。在中間一片中取3個金相、3根試棒、6組沖擊切割，觀察石墨形態和力學性能在斷面上的分布情況，切割方式如下圖2。

力學性能如下表3，與qt400-18相比，qt420-18的抗拉強度提高了30mpa左右，硬度提高了15hb。與此同時屈強比也從原來的0.64提高到了0.67，這對減少鑄件厚度，提高材料利用率有很大的幫助。qt420-18的低溫沖擊性能，從-20℃至-30℃有所降低。-20℃的低溫沖擊值滿足要求，-30℃的低溫沖擊值稍低于要求的12j。

表3300mm立方體試塊本體力學性能

qt420-18的本體斷面金相如圖5所示，從中心到表面，石墨形態漸漸變差。b的石墨大小不均勻，出現少量大球，而且在石墨球稀疏的地方，出現了少量夾雜物。c的地方出現了少量的碎塊狀石墨，抗拉強度有所降低，但其對低溫沖擊性能的影響較小。這主要是由于鐵水冷卻時候的“再輝現象”和加入少量銻元素引起的。

4、斷口sem分析

圖6和圖7為qt420-18和qt400-18在-30℃時，中間和邊緣的低溫沖擊斷口的sem照片。從圖中可以看出qt400-18的中間和邊緣斷口均存在較多韌窩，而且周圍有明顯的撕裂棱說明斷裂時基體被拉伸成韌窩，在石墨球周圍，韌窩分布較均勻，形狀較規則，這些韌窩的存在是較高沖擊韌性的根本保證。而qt420-18的邊緣由于石墨形態的變差，除了韌窩，還出現了一部分的河流花樣，并且有明顯的解理臺階，說明是一種準解理斷裂。這種現象是由于qt420-18過高的硅量使材料的韌脆轉變溫度提高，鑄造手冊記載，硅每增加0.1％，韌脆轉變溫度提高5.5℃-6℃。從而使材料在-30℃的情況下，已經進入準解理階段。

本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。