用于大型风电铸件产品的铸造材料及铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于大型风电铸件产品的铸造材料及铸造方法，通过从材料组分和熔炼制备工艺两个方面进行改进，在熔炼制备过程中，控制熔炼步骤中铁水的硅含量，对所得到的铸造材料的成分进行控制，同时在熔炼步骤中将生铁分两次加入，以激活铁水、净化铁水，提高了铁水的纯净度，保证在出炉前铁水成分的稳定性，对材料最终的机械性能、金相性能特别是材料的低温冲击性能以及疲劳性能有着重要的促进作用，从而使得到的铸造材料能够具有优异的抗低温冲击性能、抗疲劳断裂等综合性能，使其能够应用于大型厚壁风电产品的铸造。能够应用于大型厚壁风电产品的铸造。能够应用于大型厚壁风电产品的铸造。

【技术实现步骤摘要】
用于大型风电铸件产品的铸造材料及铸造方法


[0001]本专利技术属于铸造材料及工艺
，具体涉及一种用于大型风电铸件产品的铸造材料及铸造方法。

技术介绍

[0002]随着风力发电机组大型化的发展，主要零部件承受的载荷也不断提高，采用QT350
‑
22AL、QT400
‑
18AL材质的风电机组铸造零部件，因材料强度相对较低，为了满足其载荷要求，零部件的壁厚、尺寸、重量势必会不断增加，导致风电机组成本增加，且增加了风电机组的装配难度。因此，采用具有高强度、高韧性的铸铁材料如QT500
‑
14成为风电机组大型化设计的一个重要应用方向。但由于其材料成分等方面的差异，在风电机组产品这些大型、厚壁铸件的铸造过程中容易导致一些铸造缺陷如缩松、缩孔等，影响铸件的性能。在性能方面，虽然这些高强度、高韧性的铸铁材料如QT500
‑
14相对强度更高，但往往存在低温韧性较差、抗疲劳断裂的性能较差的问题，从而影响到风电产品的性能及使用寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于大型风电铸件产品的铸造材料及铸造方法，解决采用QT500
‑
14球磨铸铁铸造大型、厚壁风电产品时低温韧性差、抗疲劳断裂性能差的问题。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]用于大型风电铸件产品的铸造材料，按重量计其组分含量如下：
[0006]C：3.0～3.5％，Si：3.3～3.5％，Mn＜0.20％，P＜0.035％，S＜0.012％，Sb：0.004
‑
0.005％，Mg：0.035
‑
0.045％，Cu＜0.04％，Cr＜0.035％，其余为Fe；
[0007]所述铸造材料的制备步骤如下：
[0008]a、熔炼；熔炼采用的原材料按重量计包括：生铁：40～60％，废钢：10～30％，回炉料：10～30％；
[0009]将生铁、废钢、回炉料加入到熔炉内，预留10％～20％的生铁不加入，在熔炼过程中加入增碳剂和硅铁；熔炼过程中将温度控制在1350～1390℃；熔炼一段时间后，停炉静置一段时间使炉内氧化渣充分浮出熔液表面，进行除渣处理，在除渣处理完成后将预留的生铁加入熔炉内，重新升温至铁水出炉温度；
[0010]b、球化、孕育处理；在球化包最底部的一侧加入含稀土的球化剂，在球化剂上面依次加入高钡孕育剂、矽钢片，矽钢片的加入量为铁水重量的0.6
‑
0.8％，高钡孕育剂为铁水重量的0.15％，高钡孕育剂为粒径为8
‑
15mm的高钡孕育剂；
[0011]铁水出炉冲入球化包内，进行球化和包内孕育，球化处理温度为1420～1450℃，球化时间为2
‑
3min；
[0012]铁水出炉的同时投掷孕育剂，投掷的孕育剂为粒径为3
‑
8mm的硅钡孕育剂，硅钡孕育剂的投掷量为铁水重量的0.2
‑
0.3％；
[0013]c、浇注；浇注时随铁水加入随流孕育剂，随流孕育剂孕育时间与铁水流入时间相
同；随流孕育剂采用粒径0.2
‑
0.7mm的硅钡孕育剂，随流孕育剂的加入量为铁水重量的0.15％。
[0014]作为对上述技术方案的进一步改进，步骤a、步骤b中铁水出炉温度控制为1470～1520℃。
[0015]作为对上述技术方案的进一步改进，步骤a中铁水出炉时，控制铁水中的硅含量为2.3～2.5％。
[0016]作为对上述技术方案的进一步改进，生铁采用高纯生铁或Q10生铁，废钢采用A类废钢材。
[0017]另一方面，本专利技术中还涉及一种铸造大型风电铸件产品的铸造方法，包括在浇注前制备浇注模型的步骤，浇注模型的制备包括以下步骤：
[0018]造型；用于制备砂型的型砂中树脂的量为型砂重量的1.2
‑
1.4％，固化剂的量为树脂量的35
‑
50％，使砂型强度达到4MPa
‑
8MPa，下砂操作时进行捣砂操作；
[0019]制芯；砂芯制作时在砂芯内设置芯骨，在芯骨上绕通气绳并引出砂芯芯头表面；用于制备砂芯的型砂中树脂的量为型砂重量的1.2
‑
1.4％，固化剂的量为树脂量的35
‑
50％，使砂芯强度达到4MPa
‑
8MPa，下砂操作时进行捣砂操作；
[0020]涂刷；采用耐高温涂料对砂型、砂芯表面进行涂刷，涂料浓度为50
‑
70波美度，涂刷的涂层厚度为150
‑
200um；
[0021]合箱；合箱完成后采用配重进行压箱，压箱所采用的配重重量为浇注铁水重量的5
‑
8倍。
[0022]作为对上述技术方案的进一步改进，浇注时，控制浇注温度为1300～1330℃。
[0023]作为对上述技术方案的进一步改进，控制浇注速度，将浇注时间控制在200s以内。
[0024]作为对上述技术方案的进一步改进，铸造材料球化处理至浇注结束的时间控制在25min以内，优选为10min以内。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0026]通过从材料组分和熔炼制备工艺两个方面进行改进，在熔炼制备过程中，控制熔炼步骤中铁水的硅含量，对所得到的铸造材料的成分进行控制，同时在熔炼步骤中将生铁分两次加入，以激活铁水、净化铁水，提高了铁水的纯净度，保证在出炉前铁水成分的稳定性，对材料最终的机械性能、金相性能特别是材料的低温冲击性能以及疲劳性能有着重要的促进作用，从而使得到的铸造材料能够具有优异的抗低温冲击、抗疲劳断裂等综合性能，使其能够应用于大型厚壁风电产品的铸造。
[0027]在球化、孕育步骤和浇注步骤中，通过控制球化温度/时间、球化孕育剂/随流孕育剂的组分/加入量等制备参数，进一步改善铸造材料的基体组织，使得到的铸造材料的基体组织更细，石墨球化更加圆整，从而提高铸造材料的综合性能。
[0028]同时，在研究中发现，采用该铸造材料在铸造成型时，材料二次膨胀效应明显，对大型风电产品的成型质量带来了很大的影响；基于这一问题，通过改善浇注模型中砂型、砂芯的结构强度，将其控制在一定的强度范围内，同时控制浇注铁水的浇注温度、浇注速度，很好地解决了铸造材料在浇注过程中二次膨胀的问题，保证了最终浇注成型的风电产品的综合性能。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0030]图1a)为本专利技术实施例中厚度为150mm处试样腐蚀前的金相组织图。
[0031]图1b)为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于大型风电铸件产品的铸造材料，其特征在于，按重量计其组分含量如下：C：3.0～3.5%，Si：3.3～3.5%，Mn＜0.20%，P＜0.035%，S＜0.012%，Sb：0.004
‑
0.005%，Mg：0.035
‑
0.045%，Cu＜0.04%，Cr＜0.035%，其余为Fe；所述铸造材料的制备步骤如下：a、熔炼；熔炼采用的原材料按重量计包括：生铁：40～60%，废钢：10～30%，回炉料：10～30%；将生铁、废钢、回炉料加入到熔炉内，预留10%～20%的生铁不加入，在熔炼过程中加入增碳剂和硅铁；熔炼过程中将温度控制在1350～1390℃；熔炼一段时间后，停炉静置一段时间使炉内氧化渣充分浮出熔液表面，进行除渣处理，在除渣处理完成后将预留的生铁加入熔炉内，重新升温至铁水出炉温度；b、球化、孕育处理；在球化包最底部的一侧加入含稀土的球化剂，在球化剂上面依次加入高钡孕育剂、矽钢片，矽钢片的加入量为铁水重量的0.6
‑
0.8%，高钡孕育剂为铁水重量的0.15%，高钡孕育剂为粒径为8
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15mm的高钡孕育剂；铁水出炉冲入球化包内，进行球化和包内孕育，球化处理温度为1420～1450℃，球化时间为2
‑
3min；铁水出炉的同时投掷孕育剂，投掷的孕育剂为粒径为3
‑
8mm的硅钡孕育剂，硅钡孕育剂的投掷量为铁水重量的0.2
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0.3%；c、浇注；浇注时随铁水加入随流孕育剂，随流孕育剂孕育时间与铁水流入时间相同；随流孕育剂采用粒径0.2
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0.7mm的硅钡孕育剂，随流孕育剂的加入量为铁水重量的0.15%。2.根据权利要求1所述用于大型风电铸件产品的铸造材料，其特征在于，步骤a、步骤b中铁水出...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵延光，杨大友，
申请(专利权)人：四川天奇永大机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：