一種耐低溫耐腐蝕風(fēng)電球墨鑄鐵件的制備方法

1、申請(qǐng)專(zhuān)利技術(shù)交底書(shū)1、 發(fā)明創(chuàng)造名稱(chēng)： 一種耐低溫耐腐蝕風(fēng)電球墨鑄鐵件的制備方法 二、現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題： 現(xiàn)有的風(fēng)電球墨鑄鐵產(chǎn)品耐低溫性能一般只能滿(mǎn)足零下40度以下要求； 風(fēng)電產(chǎn)品常年在野外加之近些年酸雨的侵蝕，銹蝕較嚴(yán)重， 風(fēng)機(jī)的耐腐蝕性能較差，其使用壽命大大縮短。3、 發(fā)明目的： 解決了零下60度環(huán)境下風(fēng)電球墨鑄鐵產(chǎn)品的沖擊值不低于零下40環(huán)境下球墨鑄鐵風(fēng)電產(chǎn)品的沖擊值，使目前的風(fēng)電球墨鑄鐵產(chǎn)品在超低溫環(huán)境下的安全性能大幅提高，提高極惡劣低溫環(huán)境下風(fēng)電產(chǎn)品球墨鑄鐵風(fēng)電產(chǎn)品的安全性；同時(shí)加入一定量的合金鎳使風(fēng)電球墨鑄鐵產(chǎn)品的耐腐蝕性能大幅提高，其使用壽命得到很大提高。 四、發(fā)明內(nèi)容： 見(jiàn)以

2、下文章的生產(chǎn)制備詳細(xì)過(guò)程描述內(nèi)容。一種耐低溫耐腐蝕風(fēng)電球墨鑄鐵的制備方法 鮑玉龍;經(jīng)喜東 風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展 ,對(duì)低溫沖擊特性球墨鑄鐵的需求越來(lái)越大。 根據(jù)目前增長(zhǎng)趨勢(shì)，到2020年，中國(guó)總裝機(jī)容量可達(dá)1億KW，可見(jiàn)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)方興未艾。由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備多建于海邊和沙漠等多風(fēng)低溫地帶，長(zhǎng)期裸露空氣中易受風(fēng)雨腐蝕氧化，在要求球墨鑄鐵具有低溫性能的同時(shí)，也應(yīng)具有耐腐蝕性能，以提高風(fēng)電產(chǎn)品的安全系數(shù)和使用壽命。我們制備的能夠耐零下60度低溫、同時(shí)就有耐腐蝕性能的球墨鑄鐵風(fēng)電產(chǎn)品，大大超過(guò)了高寒地區(qū)風(fēng)電球墨鑄鐵產(chǎn)品對(duì)于低溫性能和耐腐蝕性能的要求。 球墨鑄鐵的低溫性能主要是通過(guò)控制原材料、冶煉球化工

3、藝、孕育工藝、化學(xué)成分、熱處理工藝等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)；球墨鑄鐵的球鐵耐腐蝕性主要是通過(guò)加入某些合金的方式來(lái)達(dá)到提高鑄件的防銹、防腐蝕性能。 1、化學(xué)成分分析 由于在不同溫度下鐵素體基體球鐵沖擊韌性指標(biāo)明顯高于珠光體球鐵，所以若想達(dá)到所要求的低溫沖擊韌性首先要保證基體為全鐵素體，因此要適當(dāng)提高鐵素體形成元素（如C 、Si、Ca、Ba 及Bi）的含量；對(duì)于促進(jìn)或細(xì)化珠光體元素（如Mn、Ti、Cu、Cr、Mo） 要嚴(yán)格限制，而對(duì)于P、S兩個(gè)元素的含量也應(yīng)越低越好，一般S含量要求小于0.020%，P含量要求小于0.040%。而要想使鑄件具有一定的防銹性能，就要加入一定的Ni，加入適當(dāng)?shù)逆嚥粌H能夠提高低溫環(huán)境

4、下鑄件的強(qiáng)度和韌性，還使鑄件具有一定的防腐蝕性能。1.1 Mn、Cu、Si的含量對(duì)低溫沖擊韌性的影響及分析 Mn對(duì)球鐵沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度都有特別不利的影響，w(Mn)含量每提高0.1%，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高10-121；Cu雖然是中性元素，增加珠光體體積分?jǐn)?shù)的作用不明顯，但隨著w(Cu）量的增加，球鐵脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，沖擊韌度下降；Si是強(qiáng)烈的促進(jìn)石墨化元素，有利于增加鐵素體體積分?jǐn)?shù)，但w(Si）含量每提高0.1%，脆性轉(zhuǎn)變溫度就提高5.5-6.02，因此低溫沖擊球鐵中的w(Si）含量一般控制在1.7-2.1%最好。1.2 P、S含量對(duì)低溫沖擊韌性的影響及分析 P在鑄鐵中多以磷共晶形式存在，由

5、于磷共晶熔點(diǎn)低，在鑄鐵凝固過(guò)程中一直保持液態(tài)，不斷被共晶團(tuán)排擠，最后在共晶團(tuán)邊界凝固，因此會(huì)急劇惡化球鐵力學(xué)性能； P還能顯著提高球鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度，w(P）量每提高0.01%，球鐵脆性轉(zhuǎn)變溫度提高4-5，當(dāng)w(P）量超過(guò)0.16%時(shí)，脆性轉(zhuǎn)變溫度已在室溫以上，沖擊端口出現(xiàn)脆斷2。實(shí)踐表明，在鑄鐵中脫P(yáng) 是很難的，只有采購(gòu)低w(P）量的原材料來(lái)降低球鐵件的w(P)量。S是最主要的反球化元素，使用球化劑的目的之一就是降低w( S）量,所以在原材料和成品中w( S）量越低越好，w(P）的量最好低于0.040%，w(S）的量最好低于0.020%。1.3 一定含量的Ni對(duì)球鐵鑄件的作用及分析 由于低溫

6、沖擊性球鐵的鐵素體含量要求大于95%，這樣導(dǎo)致在低溫環(huán)境下球鐵的強(qiáng)度降低，在球鐵中加入1-1.5%含量的Ni能大大提高鑄件在低溫環(huán)境下保持一定的強(qiáng)度和硬度，還能降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，且在共晶團(tuán)內(nèi)分布均勻，不會(huì)因偏析而使共晶團(tuán)邊界脆化；同時(shí)對(duì)提高鑄件的耐腐蝕性能也起到很好的作用，由于Ni在氧化性氣氛中的熱力學(xué)穩(wěn)定性高，屬于易鈍化金屬，溶于基體可降低基體與石墨的電位差，減小腐蝕電流，改善材料的耐蝕性，故加入適量的Ni有利于提高低溫高韌性球鐵的抗鹽霧、酸雨腐蝕性能3。2、原材料選擇 2.1 生鐵的選擇 耐低溫沖擊球鐵對(duì)原材料要求非常嚴(yán)格，生產(chǎn)中必須選用高純生鐵，Si、Mn、P、S的含量越低越好要求滿(mǎn)足w

7、(Si）1.0%，w(Mn）0.2%,，w(S）0.02%,w(P）5mm，必須無(wú)銹蝕、油漆油污。2.3球化劑的選擇 對(duì)于厚大斷面的風(fēng)電鑄件，澆鑄過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，凝固慢，為防止球化衰退，必須加入適量球化效果好、抗衰退能力強(qiáng)的釔基重稀土球化劑（ 球化劑總用量的50%即可），并與GB4138-1993稀土鎂合金FeSiMg8Re3復(fù)合使用， 效果更佳，球化劑總加入量為處理鐵液的1.5-1.8%。2.4 孕育劑的選擇 為強(qiáng)化孕育效果，采用兩次孕育過(guò)程，都選用無(wú)錫永新合金球鐵廠生產(chǎn)的硅鋇孕育劑，孕育劑的加入量為0.8-1.0%左右，其中包底一次孕育量為0.7-0.9%，二次孕育隨流孕育量0.10-0.15

8、%，其成分檢見(jiàn)表2。 表2 球化劑孕育劑化學(xué)成分wB(%)材料MgRECaBaSiBi球化劑6-70.5-1.51.5-2.51.5-2.540-45-孕育劑-2-344-500.1-0.2 2.5 Ni合金的選擇 選用Ni含量為99.9-99.99 %的Ni板。 2 生產(chǎn)制備詳細(xì)過(guò)程描述1）熔煉處理過(guò)程 采用本溪Q10生鐵（加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的 的70%） 及低錳碳素廢鋼（加入比例為 Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的30%）進(jìn)行生產(chǎn)，采用增碳劑（加入比例占廢鋼總量的4%）增碳、鎳板（加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量 的1-1.5%）等調(diào)整鐵液成分。使用蓋包法進(jìn)行

9、球化和孕育處理。鐵水采用高溫熔煉（1500-1550），低溫（1350-1310）澆注；澆鑄前將球化劑放在球化包的堤壩一側(cè)，其上覆蓋加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量0.8%的孕育劑，扒平后用廢鋼板壓緊，澆鑄時(shí)用特制漏斗隨流加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.10-0.15%、粒度為0.2-1mm的孕育劑，控制原鐵液及鑄件的化學(xué)成分如表3所示范圍： 表3原鐵液及鑄件的化學(xué)成分wB(%)材料CSiMnPSNiMgRe原鐵液3.7-3.90.7-1.10.20.0350.0201-1.5-鑄件3.5-3.81.7-2.10.20.0350.0151-1.50.035-0.0550.

10、01-0.022） 球化處理 按上述表中鐵液化學(xué)成分要求熔煉鐵液，達(dá)到要求后，將爐溫升到1500-1550，靜止2分鐘后出爐，利用蓋包球化法進(jìn)行球化，球化劑總加入量為 為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量 的1.6%。對(duì)于厚大斷面（一般大于100毫米）的風(fēng)電鑄件，澆鑄過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，凝固慢，為防止球化衰退，必須加入適量球化效果好、抗衰退能力強(qiáng)的DY-5釔基重稀土球化劑（ 其用量為加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量 的0.8%），并與GB4138-1993稀土鎂合金FeSiMg8Re3（ 其用量為加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量的0.8%） 復(fù)合使用， 效果更佳 。蓋包球化法工藝穩(wěn)定，保證

11、球化效果，石墨體積減小，數(shù)量明顯增多，分布均勻，并且更加圓整。同時(shí)還具有一下有點(diǎn) ：鎂的吸收率高（大于50%）。減少球化后鐵液中的含硫量，減少鑄件中偏析傾向和微量夾雜物的含量。減少球化劑的用量，減少生產(chǎn)成本。要注意殘余鎂的含量，鎂雖可以使墨圓整，球數(shù)增加，減緩球化衰退，但也會(huì)加大鑄件收縮和脆性，因此w(Mg殘）量應(yīng)保證球化不產(chǎn)生衰退的前提下越低越好，根據(jù)筆者多年經(jīng)驗(yàn)， w(Mg殘）量控制在0.035-0.055%較為適宜。 3） 孕育處理 采用兩次孕育處理：一次孕育在包底將孕育劑（加入量為加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量 的0.8%）覆蓋在球化劑表面，上面用鋼板遮蓋；二次孕育采用澆注過(guò)

12、程中的隨流孕育（孕育劑加入量為加入比例為Q10生鐵和低錳碳素廢鋼總質(zhì)量 的0.1%）。孕育的實(shí)質(zhì)是脫硫、脫氧，并形成異質(zhì)晶核。采用兩次孕育,第一次孕育采用3-8mm 的含Ba與Ca孕育劑；澆鑄過(guò)程中再用0.2-0.7mm的含Ba和Bi 的孕育劑隨流孕育，孕育量雖少，但效果極佳，既可改善斷面中心部位的球化狀況，又使得球徑變小，球數(shù)增多，經(jīng)過(guò)二次孕育，球墨數(shù)量能達(dá)到 200個(gè)/mm2。隨著石墨數(shù)量增加，低溫沖擊值也顯著提高，當(dāng)球墨數(shù)量 250個(gè)/mm2時(shí)，退火態(tài)的-40低溫沖擊韌性值約為鑄態(tài)的的3倍2 。4） 熱處理過(guò)程 耐低溫沖擊球鐵件必須保證全鐵素體基體，即珠光體體積分?jǐn)?shù)需穩(wěn)定控制在小于5%，

13、才能達(dá)到低溫沖擊韌性的要求，所以必須通過(guò)熱處理的方式來(lái)解決。退火態(tài)球鐵基體全部為鐵素體，隨著石墨數(shù)量增多，石墨粒徑減小，碳在共析轉(zhuǎn)變時(shí)向熔體擴(kuò)散的行經(jīng)縮短，鐵素體晶粒細(xì)小，韌性得到提高；同時(shí)石墨數(shù)量增多，石墨周?chē)F素體的碳含量低，塑性增強(qiáng)，基體硬度下降。另外，較高的石墨球數(shù)量能夠減弱碳化物的形成趨勢(shì)，在一定程度上也能夠提高鐵素體球鐵低溫沖擊韌性，這也就是我們一直強(qiáng)調(diào)要增加球墨數(shù)量的重要原因之一。 為了消除鑄態(tài)組織中的少量或微量的滲碳體，必須進(jìn)行高溫、低溫兩個(gè)階段石墨化退火。高溫階段全部奧氏體化、消除自由滲碳體，低溫階段由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。 石墨化退火過(guò)程為將試樣升溫至920-940，保溫2-

14、3小時(shí)，爐冷至730-750，保溫2-3小時(shí)，然后爐冷至600出爐即可。退火工藝如圖1所示： 5） 試驗(yàn)結(jié)果（1）試驗(yàn)結(jié)果 化學(xué)分析結(jié)果如下： 化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果wB(%) 編號(hào)編號(hào) 項(xiàng)目CSMnPSiMgRENi13.550.0120.150.0262.050.0500.0151.4423.600.0130.160.0281.950.0450.0171.3533.500.0130.150.0282.080.0420.0161.40（.2 ）金相檢驗(yàn)結(jié)果如圖2、 圖3球化級(jí)別為2級(jí)，球化個(gè)數(shù)250個(gè)/ mm2，熱處理后基體組織珠光體5%。 圖2 球化金相照片 (100) 圖3 基體組織金相照片(

15、100) （3 ）機(jī)械性能結(jié)果如表 依據(jù)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法GB/T228-2002，進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn) 編號(hào)項(xiàng) 目項(xiàng)目抗拉強(qiáng)度N/mm2屈服強(qiáng)度N/mm2延伸率%硬度HBW-60沖擊值(V型缺口）J/cm2結(jié)論123平均值13802782516412131312.3合格23902752416611131312.0合格33882652316813121212.3合格 機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果 6） 分析討論若想生產(chǎn)出合格的耐低溫耐腐蝕風(fēng)電球鐵件，首先要控制好原材料，一定要選擇低硫、低磷的生鐵，并且生鐵和廢鋼中的微量元素含量一定要低；其次鐵液中的C、Si、Mn、Mg、 RE等元素的含量一定要控制在合適范圍內(nèi)，加入一定含量的鎳合金，盡量降低其他元素的含量，選用適合的球化劑及孕育劑，輔以相應(yīng)的球化孕育工藝；最后輔以適當(dāng)?shù)臒崽幚硎侄伪ＷC鐵素體體積分?jǐn)?shù)。只要嚴(yán)格逐步地按工藝操作，生產(chǎn)出合格的耐低溫耐腐蝕球鐵風(fēng)電產(chǎn)品是沒(méi)有問(wèn)題的。原材料主要成分含量