[00117322]大型風力發電機用低溫高強高韌球墨鑄鐵關鍵零部件的研制

本項目研究了鎳元素對大型風電機用低溫高強高韌球墨鑄鐵材料組織及性能的影響規律,確定合理的含鎳量,改善了材料的低溫性能、抗拉強度及耐腐蝕性能,制定風力發電機組關鍵零部件用低溫高韌性球墨鑄鐵材料的成份規范;在熔煉上嚴格控制生鐵中的Si、P、S含量,合理使用吹氬精煉工藝,提高鐵液質量,同時采用蓋包球化處理和漏包澆注工藝;在鑄造工藝上,合理設計冒口、通過底注反雨淋式澆口適度澆注,采用附砂冷鐵工藝,以調整鐵水的溫度,減少厚大部分的縮孔;并采用振實工作臺振實造型,提高砂型的強度,避免因鐵水凝固過程中石墨膨脹,產生微松缺陷,成功研制了風力發電裝備用大型低溫高韌性抗腐蝕球鐵零部件。 歐洲風能協會在布魯塞爾發表的國際能源研究報告稱,風力發電到2020年將可提供世界電力的10﹪,并在全球范圍內減少170多億噸二氧化碳廢氣。風力發電作為可再生清潔能源,開發利用不會產生任何有害物質和造成大氣污染,可減少溫室效應氣體的排放,環保價值可觀。根據《全國海岸帶和海洋資源綜合調查報告》,我國大陸沿岸淺海0～20m等深線的海域面積為15.7萬km2,考慮其總量10﹪～20﹪的海面可以利用,近海和灘涂可利用發電和風能達20億KW,占總量的75﹪。我國現在已能夠批量生產1.5MW的風電機組,3MW機組也已經投入運行,5MW機組正在研制中。針對2.5MW以上的大型風電機用關鍵零部件,目前我國尚無相關國家標準,仍然急待開發。有文獻指出,一臺2MW風電機組約需20～30噸鑄件,機艙、力矩支撐、輪轂等是風力發電機的關鍵零部件重量占風力發電機組總重的40﹪左右。隨著風電機的大型化,輪轂、力矩支撐、機艙等零部件結構更為復雜,壁厚和重量進一步增大,既加大了制造的難度,對材質也提出了更高的要求。厚大壁低溫球墨鑄鐵件生產技術一貫是該行業的難點,重量達數十噸的大型輪轂、機艙等零部件,采用高溫熱處理易發生變形而報廢,要求鑄態下獲得細密的全鐵素體金相組織和較高的機械性能和低溫沖擊韌性,因此,進一步增大了材質研究的難度。此外,為了保證大型復雜低溫球墨鑄鐵件滿足超聲和磁粉探傷Ⅱ級要求,對鑄造工藝過程也提出了更高的要求。 本項目就是針對2.5MW以上的大型風電機用關鍵零部件,及其組織、性能及其他特殊要求進行開發研制的,大型風電機用低溫高強高韌球墨鑄鐵關鍵零部件的研究成功,對大功率風力發電機的開發推廣將起重大推動作用。