一种高强度低温冲击型球墨铸铁及其制备方法与流程

本发明属于风力发电领域，涉及一种高强度低温冲击型球墨铸铁及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，风力发电的发展十分迅速，我国风电机装机容量以每年100％的速度递增，风电设备国产化的装备能力越来越高，所以风电制造工艺方面也随着国内风电装备单机容量与风电场规模的扩大而不断改进与完善，务必形成批量生产成熟的制造工艺，其中以主要大型零部件轮毂为甚。轮毂是连接叶片与主轴的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、转矩、弯矩和陀螺力矩。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低等优势，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。

2、风电铸件主要采用qt350-22al、qt400-18al两个牌号，随着风电铸件技术能力的提升，根据铸件结构设计的需要，目前有qt500-14、qt450-18、qt600-10等铁素体球墨铸铁牌号使用到风电主轴、底座、轮毂上，但这三个牌号采用的是高硅固溶强化原理增加材料的强度指标，但随着硅从2.0％左右提高到4.0％，低温缺口冲击指标下降的非常明显，也就预示着材料的低温脆性增加明显，如果风机装机在陆地严寒之地，或者四季温差的大的地方，铸件的使用风险还是很大的，因此我们急需一种性能介于qt400-18al和高硅牌号之间的一种非标牌号正真地实现铸件质量和经济效率双提升，对风电铸件推动降能节耗具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种实现铸件质量和经济效率双提升的高强度低温冲击型球墨铸铁。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高强度低温冲击型球墨铸铁，球墨铸铁包括如下质量分数的组成成分：93.0-95.0％ fe、3.65-3.80％ c、2.40-2.60％ si、0.005-0.012％ s、0.038-0.055％ mg、0.001-0.010％ re、0.30-0.60％ ni、mn≤0.40％、p≤0.025％、ti≤0.020％、cu≤0.020％。

3、本发明高强度低温冲击型球墨铸铁应用范围包括轮毂、底座、主轴、轴承座及小件产品。

4、本发明还提供了一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法，所述方法包括如下步骤：

5、s1、将废钢、生铁、硅铁、增碳剂加入到电炉中熔炼成铁水，然后加入预处理剂；

6、s2、对铁水进行成分调整，然后升温对铁水进行球化孕育处理；

7、s3、球化孕育处理后清除炉内浮渣，在铁水液面覆盖保温覆盖剂转运至浇注场地；

8、s4、将铁水起吊转运至铸型进行浇注，并随铁水加入硅锶锆孕育剂进行随流孕育。

9、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，步骤s1废钢、生铁、硅铁、增碳剂按照如下质量份数进行配置：10-20份废钢、77.8～88.7份生铁、1.0～1.50份硅铁、0.30-0.7份增碳剂。

10、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，步骤s1预处理剂添加量为铁水重量的0.05-0.15wt％,成分含量按质量百分比计为：硅62-69％，钙0.6-1.9％，锆3-5％，铝3-5％，其余为铁。

11、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，步骤s2成分调整后铁水包括如下质量分数的组成成分：3.75-3.85％碳，1.5-2.7％硅，0.15-0.16％锰，0.013-0.015％磷，0.0010-0.0014％硫，0.006-0.009％铜，0.010-0.013％铬，0.005-0.010％钛，0.005-0.008％钒，0.0020-0.0035％钼，0.0005-0.0006％硼，余量为铁。

12、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，步骤s2球化孕育处理的过程为，在球化包底堤坝一侧放置占铁水重量1.0-1.25wt％的球化剂，覆盖0.1-0.3％的硅钡孕育剂，在硅钡孕育剂上覆盖占铁水重量0.5-0.8wt％的矽钢片，并将占铁水重量0.004-0.007wt％的锑加入量置于矽钢片上，然后将铁水快速倒入球化包包底没有球化剂的一侧，静置进行爆镁反应100-200s。本发明利用球化剂表面覆盖硅钡孕育剂，再在孕育剂上覆盖矽钢片达到最佳孕育效果，而且能够使得爆镁反应能够充分进行，镁吸收率高。

13、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，球化剂粒度为4-30mm，成分按照质量百分比计为：镁5.55-6.15％，稀土0.10-0.40％，硅44-48％，钙0.8-1.2％，余量为铁；其中稀土为质量比1：(2.0-2.5)的镧铈。

14、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，硅钡孕育剂粒度为3-8mm，成分按照质量百分比计为：硅70-73％，钡2-3％，钙0.7-1.3％，余量为铁。

15、在上述的一种上述高强度低温冲击型球墨铸铁的制备方法中，硅锶锆孕育剂粒度为0.2-0.7mm，包括如下质量百分比的成分：硅73-78％，锶0.6-1.0％，钙≤0.1％，铝≤0.5％，锆1.0-1.5％，余量为铁。

16、作为优选，步骤s4铁水起吊温度为1380-1400℃，浇注温度为1350-1360℃。浇注温度越高，凝固时间越长，缩松倾向越大。

17、作为优选，步骤s4铁水起吊转运到浇注结束时间在25min以内，防止发生球化衰退。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1.本发明非标牌号-20℃缺口冲击球铁附铸试块抗拉≥425mpa,屈服≥290mpa，冲击平均≥8j，个别值7j可稳定做到，在模数6-8cm阶梯试块上已得到充分验证。

20、2.本发明镍一定程度可增加缺口冲击值，镍的作用相当于1/3的硅，为了兼顾强度和冲击，硅、镍相互转化的含量临界值是2.5-2.6％，为了保证冲击值达到7j以上，硅的最大值在2.4-2.5％左右，镍在0.3-0.4％左右；因为镍增加强度的作用非常有限，当硅在2.4％，镍在0.4％左右时，可以提升冲击和增加强度，随着镍量的继续提升，珠光体含量增加(镍是石墨化元素，但也是弱珠光体促进元素)，同时成分已到韧脆转变点，若硅继续提高，最终导致冲击值下降；若硅量偏低时导致屈服强度无法得到提高，屈强比低于0.7，无法达到最初设定的性能目标。

21、3.本发明非标牌号是qt400-18al的加强版，通过大量实验及铸件验证，在qt400-18al配方基础上对成分进行优化后，当碳硅镍三者含量控制在：碳3.70-3.80％，硅2.40-2.60％，镍0.30-0.40％时，本发明可以将抗拉提高65mpa,屈服提高70mpa，冲击平均值降低2j。

22、4.本发明使用到风电铸件后，可实现轻量化设计，铸件可减重15-20％。其次从技术指标上是一种突破，球铁低温冲击标准中缺口冲击是10j，指标要求很高，严重影响了抗拉强度的提高，相对降低冲击指标也是可以满足铸件使用要求的。而且本发明以循环次数≥500万次，材质阶梯法疲劳极限≥185mpa，疲劳强度良好，铸件安全性高。