钇基重 REMg球化剂在风电铸件中的应用

胡玲海 1，董成玉 1，钟伟昌 2，李春红 2，刘光辉 2 
（1.一汽铸造有限公司，吉林 长春 130011；2.龙南龙钇重稀土科技股份公司，江西 赣州 341700）

摘要：介绍了 QT400-18AL 的主箱体和 QT450-10 的 3 MW 行星架铸件的要求和铸造工艺，以及生产厚大球铁铸件必须重视的问题，试验结果显示：应用 Y 基重 REMg 球化剂生产大断面风电球铁铸件，具有较强的抗球化衰退能力，铸件的各项力学性能指标完全符合材料要求。分析 Y 基重 REMg 球化剂抗球化衰退的原因为：①重 RE 元素沸点高；②不会发生因返 S 现象而导致的球化衰退；③具有较强的抗石墨畸变能力；④充分利用了 RE 元素间和 Mg、Ba、Ca 之间互为补充的叠加作用及复合作用。

关键词：Y 基重 REMg 球化剂；大断面风电球铁铸件；抗球化衰退能力
中图分类号：TG255 文献标识码：B 文章编号：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

    近年来，一汽铸造有限公司技术中心大件车间应用 Y 基重 REMg 球化剂生产大断面风电球铁铸件，结果显示：该球化剂具有较强的抗球化衰退能力，铸件的各项力学性能指标完全符合材料要求。下面以主箱体和 3 MW 行星架两种铸件来举例说明。

1 铸造产品和工艺
1.1 铸件及其要求
表 1 说明了对主箱体铸件和行星架铸件的要求，铸件轮廓见图 1。

1.2 原铁液化学成分采用中频电炉熔炼，原铁液化学成分见表2。
1.3 球化处理工艺
采用冲入法进行球化处理。 （1）选用龙南龙钇公司 Y 基重 REMg 球化剂DY-4 牌号产品，主要化学成分是：w（Y）2.4%~3.2%，w （Mg）6%~8%，w （Ca）2%~3%，w（Si）43%~45%。 （2）球化处理包包底凹坑内依次加入铁液量1.5%的球化剂、0.4%的含 Ba 高 效 孕 育 剂、0 ~0.4%的75SiFe［根据原铁液 w（Si）量调整］、铁屑覆盖。铁液出炉温度 1 460~1 520 ℃（根据不同件要求的浇注温度选择）。Cu、Mn、Sn 合金量根据各材料要求量在包内或炉内调整。 （3）铁液经球化处理后的终成分如表 3。
1.4 浇注温度和开箱时间
表 4 为浇注温度和开箱时间。

2 结果及分析
2.1 力学性能和金相检测取铸造产品的附铸试块做力学性能和金相检测，结果见表 5 和图 2～5 所示。
2.2 生产厚大球铁铸件必须特别重视的问题
（1）球化衰退。生产厚大球铁铸件采用呋喃树脂自硬砂造型，其散热条件有限，加上厚大球铁铸件自身热节部位凝固速度很慢、凝固时间长，很容易造成铸件的球化衰退。因此必须保证具有高温纯净的原铁液，并且选用具有强抗球化衰退能力的球化剂。

（2）随流孕育。厚大球铁铸件浇注时的随流孕育很关键，如果孕育不足将会导致石墨球数量减少、球径增大、形态变差、甚至球化衰退。推荐采用挂包孕育斗的随流孕育方式（见图 6），可以方便可靠地保证随流孕育质量。笔者公司采用含Ba 高效孕育剂，粒度 0.2~0.7 mm，孕育量为铁液

量的 0.1%~0.15%。 （3）化学成分。为保证 QT400-18AL 材料的低温冲击值达标，必须严格控制铁液中 Si、Mn、P、As、V 含量。

2.3 Y 基重 REMg 球化剂抗球化衰退的原因
①Y 基重 REMg 球化剂中的重 RE 元素沸点高（3 038 ℃），比 Ce 基轻 RE 高得多。加入到铁液中产生的蒸气压仅是 0.001 大气压，烧损小。球化反应后 75 min，铁液中重 RE 元素含量才有下降。因此，在 Mg 衰减较快的情况下，由于RE 总量的存在，降低了保证球化所必需的最低w（Mg 残）量，避免了球化衰退。 
②用轻 REMg 球化剂处理球铁时，有返 S 现象，这是因为脱 S 产物在铁液表面与空气中的 O作用重新释放出 S，释放出的 S 又回到铁液中夺取球化元素，因而 S 作为运载工具，不断循环消耗铁液中的球化元素，致使球铁球化衰退。重 RE元素和 S 的亲和力很强，且为不可逆反应。因此，使用 Y 基重 REMg 球化剂基本上不会发生因返S 现象而导致球化衰退。
③Y 基重 REMg 球化剂的抗石墨畸变能力强。铁液中有一定的球化元素残留量，石墨才能球化；球化元素不足，容易产生球化不良或球化衰退。但是球化元素都是促进白口增加的元素，过量的球化元素不仅使球铁白口倾向大、组织渗碳体多，还容易产生夹渣、皮下气孔等铸造缺陷，而且严重恶化石墨形态。实际生产中证明，使用轻REMg球化剂生产球铁就常出现这类问题。对厚大断面铸件及电炉保温铁液而言，为防止球化衰退，就必须保持较高的 w（Mg 残）量或 w（RE 残）量，而且由于大型铸件冷却速度慢，球化元素易产生偏析 ，导 致 局 部 或 中 心 部 位 w（RE）、 w（Mg）量增大。这些元素含量的增大，严重恶化石墨形态，产生石墨畸变，同时产生白口倾向。
 Y 在铸铁中的固溶度要大于轻 RE 元素，浓度可达到 0.5％。通过电子扫描显微分析，Y 在球铁基体中，与铁形成 Y-Fe 金属键化合物，形成微合金化，不可能吸附在石墨晶体螺旋位错的旋出口处，代替 S、O 的干扰作用。由于 Y 基重 RE 残留量范围比较宽，因而有较多的 RE 含量可供衰减，因此大大提高了其抗球化衰退能力。并且，如果铁液中残留重 RE 量不超过固溶度，则将不造成石墨畸变。 
④由于 Y 基重 REMg 球化剂中的 RE 组分除了以重 RE 元素为主（含 Y50%）以外，还包含了其它 RE 元素，同时由于配加了 Mg、Ca、Ba、Si等，并充分利用了 RE 元素间和 Mg、Ba、Ca 之间互为补充的叠加作用及复合作用，使得 Y 基重REMg 球化剂的球化能力强、球化质量高，而且反应平稳。
曾有一段时间，由于熔炼设备生产能力不足，用户又急待供件，不得已只能在相距 500 m以外的另一铸造厂熔炼车间求援铁液，球化处理后经 30 min 运回进行厚大球铁铸件浇注，结果铸件完成达到要求，满足了用户需求, 获得了使用其它球化剂难以想像的效果。 
3 结语Y 基重REMg 球化剂应用于大断面风电球铁铸件生产，具有较强的抗球化衰退能力，铸件的各项力学性能指标完全符合材料要求。
（编辑：王 峰，E-mail：xdzt_wf@fawfc.com；编审：周 亘，E－mail：zhougen_embx@163.com）