釔基重 REMg球化劑在風電鑄件中的應用

胡玲海 1，董成玉 1，鐘偉昌 2，李春紅 2，劉光輝 2 
（1.一汽鑄造有限公司，吉林 長春 130011；2.龍南龍釔重稀土科技股份公司，江西 贛州 341700）

摘要：介紹了 QT400-18AL 的主箱體和 QT450-10 的 3 MW 行星架鑄件的要求和鑄造工藝，以及生產(chǎn)厚大球鐵鑄件必須重視的問題，試驗結(jié)果顯示：應用 Y 基重 REMg 球化劑生產(chǎn)大斷面風電球鐵鑄件，具有較強的抗球化衰退能力，鑄件的各項力學性能指標完全符合材料要求。分析 Y 基重 REMg 球化劑抗球化衰退的原因為：①重 RE 元素沸點高；②不會發(fā)生因返 S 現(xiàn)象而導致的球化衰退；③具有較強的抗石墨畸變能力；④充分利用了 RE 元素間和 Mg、Ba、Ca 之間互為補充的疊加作用及復合作用。

關鍵詞：Y 基重 REMg 球化劑；大斷面風電球鐵鑄件；抗球化衰退能力
中圖分類號：TG255 文獻標識碼：B 文章編號：1003－8345（2012）01－0033－04
DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2012.01.006

Application of Y-Base Heavy Rare Earth-Containing REMgFeSi Nodularizing Alloy to Wind-Power Castings

HU Lin-hai1，Dong Cheng-yu1，ZHONG Wei-chang2，LI Chun-hong2，LIU Guang-hui2

（1.First Automotive Foundry Co. Ltd.，Changchun 130011，China；2.Longnan Longyi Rare-earth Material Co. Ltd.，Ganzhou 341700，China）

Abstract:Technical r equirements，casting process and the main points of the QT400 -18AL grade nodular iron main case
body and the QT450-10 grade nodular iron planet support was introduced. The test result showed that the heavy section windpower nodular iron castings produced by using Y -base heavy RE -Mg nodularizer have relatively strong ability to prevent nodularization degeneration, and all the mechanical properties fully met the material requirements. The reasons why the heavyRE-Mg nodularizing alloy has strong ability to prevent nodularization fading were analyzed as follows:（a）the heavy rare earth elements have high boiling point;（b）it's impossible to occur that the S returning from the slag to the iron melt would cause nodularization degeneration;（c）the heavy RE has relatively high ability to prevent the nodular graphite degeneration;（d）the mutual complementation effect and combination effect of the RE and Mg, Ba, Ca was fully utilized.

Key words:Y-base heavy RE-Mg-Si-Fe nodularzing alloy; heavy section wind power nodular iron castings; anti-nodularizing
degeneration capacity

    近年來，一汽鑄造有限公司技術中心大件車間應用 Y 基重 REMg 球化劑生產(chǎn)大斷面風電球鐵鑄件，結(jié)果顯示：該球化劑具有較強的抗球化衰退能力，鑄件的各項力學性能指標完全符合材料要求。下面以主箱體和 3 MW 行星架兩種鑄件來舉例說明。

1 鑄造產(chǎn)品和工藝
1.1 鑄件及其要求
表 1 說明了對主箱體鑄件和行星架鑄件的要求，鑄件輪廓見圖 1。

1.2 原鐵液化學成分采用中頻電爐熔煉，原鐵液化學成分見表2。
1.3 球化處理工藝
采用沖入法進行球化處理。 （1）選用龍南龍釔公司 Y 基重 REMg 球化劑DY-4 牌號產(chǎn)品，主要化學成分是：w（Y）2.4%~3.2%，w （Mg）6%~8%，w （Ca）2%~3%，w（Si）43%~45%。 （2）球化處理包包底凹坑內(nèi)依次加入鐵液量1.5%的球化劑、0.4%的含 Ba 高 效 孕 育 劑、0 ~0.4%的75SiFe［根據(jù)原鐵液 w（Si）量調(diào)整］、鐵屑覆蓋。鐵液出爐溫度 1 460~1 520 ℃（根據(jù)不同件要求的澆注溫度選擇）。Cu、Mn、Sn 合金量根據(jù)各材料要求量在包內(nèi)或爐內(nèi)調(diào)整。 （3）鐵液經(jīng)球化處理后的終成分如表 3。
1.4 澆注溫度和開箱時間
表 4 為澆注溫度和開箱時間。

2 結(jié)果及分析
2.1 力學性能和金相檢測取鑄造產(chǎn)品的附鑄試塊做力學性能和金相檢測，結(jié)果見表 5 和圖 2～5 所示。
2.2 生產(chǎn)厚大球鐵鑄件必須特別重視的問題
（1）球化衰退。生產(chǎn)厚大球鐵鑄件采用呋喃樹脂自硬砂造型，其散熱條件有限，加上厚大球鐵鑄件自身熱節(jié)部位凝固速度很慢、凝固時間長，很容易造成鑄件的球化衰退。因此必須保證具有高溫純凈的原鐵液，并且選用具有強抗球化衰退能力的球化劑。

（2）隨流孕育。厚大球鐵鑄件澆注時的隨流孕育很關鍵，如果孕育不足將會導致石墨球數(shù)量減少、球徑增大、形態(tài)變差、甚至球化衰退。推薦采用掛包孕育斗的隨流孕育方式（見圖 6），可以方便可靠地保證隨流孕育質(zhì)量。筆者公司采用含Ba 高效孕育劑，粒度 0.2~0.7 mm，孕育量為鐵液

量的 0.1%~0.15%。 （3）化學成分。為保證 QT400-18AL 材料的低溫沖擊值達標，必須嚴格控制鐵液中 Si、Mn、P、As、V 含量。

2.3 Y 基重 REMg 球化劑抗球化衰退的原因
①Y 基重 REMg 球化劑中的重 RE 元素沸點高（3 038 ℃），比 Ce 基輕 RE 高得多。加入到鐵液中產(chǎn)生的蒸氣壓僅是 0.001 大氣壓，燒損小。球化反應后 75 min，鐵液中重 RE 元素含量才有下降。因此，在 Mg 衰減較快的情況下，由于RE 總量的存在，降低了保證球化所必需的最低w（Mg 殘）量，避免了球化衰退。 
②用輕 REMg 球化劑處理球鐵時，有返 S 現(xiàn)象，這是因為脫 S 產(chǎn)物在鐵液表面與空氣中的 O作用重新釋放出 S，釋放出的 S 又回到鐵液中奪取球化元素，因而 S 作為運載工具，不斷循環(huán)消耗鐵液中的球化元素，致使球鐵球化衰退。重 RE元素和 S 的親和力很強，且為不可逆反應。因此，使用 Y 基重 REMg 球化劑基本上不會發(fā)生因返S 現(xiàn)象而導致球化衰退。
③Y 基重 REMg 球化劑的抗石墨畸變能力強。鐵液中有一定的球化元素殘留量，石墨才能球化；球化元素不足，容易產(chǎn)生球化不良或球化衰退。但是球化元素都是促進白口增加的元素，過量的球化元素不僅使球鐵白口傾向大、組織滲碳體多，還容易產(chǎn)生夾渣、皮下氣孔等鑄造缺陷，而且嚴重惡化石墨形態(tài)。實際生產(chǎn)中證明，使用輕REMg球化劑生產(chǎn)球鐵就常出現(xiàn)這類問題。對厚大斷面鑄件及電爐保溫鐵液而言，為防止球化衰退，就必須保持較高的 w（Mg 殘）量或 w（RE 殘）量，而且由于大型鑄件冷卻速度慢，球化元素易產(chǎn)生偏析 ，導 致 局 部 或 中 心 部 位 w（RE）、 w（Mg）量增大。這些元素含量的增大，嚴重惡化石墨形態(tài)，產(chǎn)生石墨畸變，同時產(chǎn)生白口傾向。
 Y 在鑄鐵中的固溶度要大于輕 RE 元素，濃度可達到 0.5％。通過電子掃描顯微分析，Y 在球鐵基體中，與鐵形成 Y-Fe 金屬鍵化合物，形成微合金化，不可能吸附在石墨晶體螺旋位錯的旋出口處，代替 S、O 的干擾作用。由于 Y 基重 RE 殘留量范圍比較寬，因而有較多的 RE 含量可供衰減，因此大大提高了其抗球化衰退能力。并且，如果鐵液中殘留重 RE 量不超過固溶度，則將不造成石墨畸變。 
④由于 Y 基重 REMg 球化劑中的 RE 組分除了以重 RE 元素為主（含 Y50%）以外，還包含了其它 RE 元素，同時由于配加了 Mg、Ca、Ba、Si等，并充分利用了 RE 元素間和 Mg、Ba、Ca 之間互為補充的疊加作用及復合作用，使得 Y 基重REMg 球化劑的球化能力強、球化質(zhì)量高，而且反應平穩(wěn)。
曾有一段時間，由于熔煉設備生產(chǎn)能力不足，用戶又急待供件，不得已只能在相距 500 m以外的另一鑄造廠熔煉車間求援鐵液，球化處理后經(jīng) 30 min 運回進行厚大球鐵鑄件澆注，結(jié)果鑄件完成達到要求，滿足了用戶需求, 獲得了使用其它球化劑難以想像的效果。 
3 結(jié)語Y 基重REMg 球化劑應用于大斷面風電球鐵鑄件生產(chǎn)，具有較強的抗球化衰退能力，鑄件的各項力學性能指標完全符合材料要求。
（編輯：王 峰，E-mail：xdzt_wf@fawfc.com；編審：周 亙，E－mail：zhougen_embx@163.com）