生产低温用风电球墨铸铁实践

2016-08-13姜兆健大连橡胶塑料机械有限公司辽宁大连116039

橡塑技术与装备 2016年14期

姜兆健（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁大连 116039）

生产低温用风电球墨铸铁实践

姜兆健
（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁大连 116039）

结合生产实践，分析了中型风电低温用高韧性球墨铸铁件QT400-18Al主箱体，发现冲击功达不到验收要求，主要可能是因为炉料加入比例不符合规范，化学成分不准确，处理铁水时间过长，终硅量值比较大，造成石墨球圆整度不足，且数量较少，白口倾向增加，铸件强度增大，韧性降低，冲击功降低，使铸件达不到在寒冷地区的使用条件。本文通过调整废钢加入量和终硅量，通过实验，生产出合格的低温抗冲击球墨铸铁。

QT400-18Al；废钢加入量；终硅量

这几年，对清洁能源的需求增大，风能是其中重要的能源，风力发电迫在眉睫。风电用球铁发展迅速，例如我公司生产的主箱体是风力发电的主要结构件之一。轮廓尺寸是Φ2 560 mm×1 011 mm，毛重7.16 t，出铁水11 t，主要壁厚25 mm，材料QT400-18Al。力学性能验收标准：附铸抗拉强度（σb）≥370 MPa，延伸率≥18 mm，硬度≥120～175 HBS，冲击功（Ak）≥12 J。采用15 t中频电炉熔炼铁水，自冷硬呋喃树脂砂造型、制芯。

1　生产过程

1.1炉料组成

抚顺核电球墨生铁以及废钢。其中球墨生铁占90%，化学成分为：C4.1%，Si0.57%，Mn0.07，P0.023%，S0.017%。废钢占10%，均为A3钢。

1.2合金料

球化剂、加入量为1.05%～1.5%；长效孕育剂，加入量视具体情况而定。

1.3铁液化学成分

原铁液化学成分：C3.8%～3.9%，Si1.3%～1.4%，Mn≤0.3%，P≤0.05%，S≤0.02%

铁液终化学成分：C3.6%～3.7%，Si2.3%～2.5%，Mn≤0.2%，P≤0.05%，S≤0.015%

1.4浇注工艺

熔炼铁水时间和出铁时间尽量缩短，扒渣应尽快进行。出炉温度1 430～1 450℃（视铁水包具体情况而定），浇注温度1 340～1 350℃，浇注时间60～70 s，从出炉到铁水浇注完毕，时间不超过30 min。

1.5最终化学成分

采用公司光谱仪分析化学成分，化学成分及力学性能检测结果如表1所示。

从表1中可以看出，抗拉强度未达到目标，冲击功较低，不能达到验收标准。为此，将球墨生铁与废钢的加入比调为4：1。

2　实验过程

2.1废钢加入量改为20%

从表2可以看出，单铸及附铸试块的抗拉强度基本不变，冲击功值增加。但是随着废钢加入量的增大，单铸及附铸延伸率有所降低，硬度降低。查阅近几年高韧性球铁的生产资料和经验，发现终硅量对于冲击功数值有很大影响。于是，降低终硅量，继续做实验。

2.2终硅量改为2.1%左右

从表3中看出，延伸率和冲击功数值明显增大，但仍有个别数值达不到要求，实验结果也很不稳定。生产经验告诉我们，硅含量在一定范围的降低会增加铸件的冲击功，但是硅含量太低，容易出现球化和孕育不良，石墨球不圆整，影响铸件的基体结构，白口倾向大大增加，降低铸件的使用性能。如试验中有一组数据C3.78%，Si1.77%，Mn0.22%，P0.023%，S0.013%，Mg0.043%，Re0.006%，单铸试棒抗拉强度仅有410 MPa，延伸率13 mm，冲击功6.5 J。故无法通过大幅降低硅含量，来提高冲击功。根据以往的生产经验，再次提高废钢加入量进行试验。

表1　废钢加入量10%、终硅量2.5%左右，单铸及附铸的分析结果

表2　废钢加入量20%、终硅量2.5%左右，单铸及附铸的分析结果

表3　废钢加入量20%、终硅量2.1%左右，单铸及附铸的分析结果

表4　废钢加入量30%、终硅量2.1%左右，单铸及附铸的分析结果

2.3废钢加入量30%

通过此次试验，从表4可以看出，试验结果是比较让人满意的，所有验收指标均达到要求，尤其是冲击功，在试验中的个别数值最高达到了16 J。

3　结果分析

影响球墨铸铁冲击功的因素主要有废钢加入量及终硅含量。硅能细化石墨，提高石墨球圆整度，但是降低铸件冲击韧性；废钢中杂志元素较少，尤其是S含量非常低，成分较稳定，由于废钢加入量增大，增碳剂的使用势必要增加，增碳剂本身有孕育效果，具有很好的促进石墨化倾向，铸件的基体晶粒组织会均匀化、细化，提高铸件的冲击功。

4　结论

我公司生产高韧性球铁时，当废钢加入量为10%、终硅量2.5%左右时，铸件冲击功比较低；当废钢加入量增加到20%、终硅量2.1%左右时，铸件冲击功增加，但未达到验收要求；当废钢加入量达到30%，终硅量2.1%左右时，铸件冲击功最大，铸件各项验收指标也全都符合。需要注意的是，不能为了追求大的冲击功，盲目降低终硅量，会造成球化不良，铸件绝废。

综上所述，生产低温用高韧性风电球铁件，废钢加入量应为30%，终硅量最好为2.1%左右。

[1] 朱长春.大型风电球墨铸铁件的生产实践，一重技术，2010.

[2] 俞旭如，李川度，蔡佳佳.风电球墨铸铁件生产技术及最新发展，现代铸铁；2011.

(R-03)

Production of low temperature wind power ductile iron