儲能飛輪鑄件用合金鋼及儲能飛輪鑄件鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種儲能飛輪鑄件用合金鋼及儲能飛輪鑄件鑄造方法，合金鋼成分的重量百分比如下：碳為0.55％-0.60％，硅為0.23％-0.33％，錳為0.42％-0.52％，鉻為1.55％-1.65％，鎳為3.95％-4.05％，鉬為0.31％-0.41％，磷＜0.015％，硫＜0.015％，余量為鐵及不可避免的雜質。儲能飛輪鑄件鑄造方法，包括以下步驟：制作木模、采用堿酚醛樹脂砂制芯、飛輪輪緣與輪幅相接觸部位采用暗冒口進行補縮、合箱澆注、鑄件在砂箱中保溫后進行打箱清砂、氣割冒口，完成儲能飛輪鑄件的鑄造。本合金鋼強度高，能夠滿足滿足輪轂性能要求，鑄造方法工藝簡單、生產(chǎn)便捷、效率高。
【專利說明】儲能飛輪鑄件用合金鋼及儲能飛輪鑄件鑄造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料領域，具體涉及一種儲能飛輪鑄件用超高強度合金鋼及儲能飛輪鑄件鑄造方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代能源生產(chǎn)的大規(guī)模和連續(xù)的剛性特征，與能源應用的復雜和間斷的柔性特征之間的矛盾，對能源儲存技術提出了極大的需求。先進飛輪儲能技術等是正在開發(fā)的新技術，具有儲能密度高、功率大、可以快速充放電、使用壽命長、對環(huán)境無污染等特點，在電力調(diào)峰、風力發(fā)電、不間斷供電、車輛混合動力、車輛剎車動能再生、航天電源和姿態(tài)控制/儲能一體化等方面具有廣闊的應用前景。
[0003]由于飛輪儲能設計總體要求，對輪轂合金材料力學性能提出了很高的要求，特別是材料強度的要求，最高達到2000MPa以上。目前能夠滿足輪轂性能要求的已有的高強合金鋼均為軍用背景的專用 材料，存在材料成本高、采購難、機械加工成本高、大儲能飛輪輪轂成型技術瓶頸等問題。本專利針對輪轂制備的問題，自主研發(fā)超高強度合金鋼，實現(xiàn)材料制備與輪轂鑄造加工成型，解決材料成本高、大儲能輪轂加工問題，為不同儲能效率的飛輪的批量生產(chǎn)提供輪轂材料及成型技術。
[0004]一般儲能飛輪有兩種成型方法:一是分別鑄造飛輪輪子和軸，然后將二者裝配組成一個整體；二是將飛輪輪子與軸整體鑄造成型。其中，采用分別鑄造飛輪輪子和軸再進行裝配的方法，一方面是裝配起來比較困難，另一方面，對裝配的精度要求高，飛輪在高速旋轉時，如果裝配時配合得不夠好，就容易出現(xiàn)松脫現(xiàn)象。而采用輪子與軸整體鑄造成型的方法，可以避免飛輪輪子與軸分體鑄造成型再裝配時易出現(xiàn)的輪子松脫和裝配困難等問題，還具有工藝簡單、生產(chǎn)便捷、效率高的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對國內(nèi)已有的鋼種難以滿足大儲能飛輪的使用要求，公開一種儲能飛輪用超高強度合金鋼的成分及其冶煉方法，同時針對儲能飛輪的飛輪輪子與軸分體鑄造成型再裝配時，易出現(xiàn)的輪子松脫和裝配困難的問題提出一種儲能飛輪鑄件的鑄造的整體成型方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術如下:
[0007]—種儲能飛輪鑄件用超高強度合金鋼，成分的重量百分比如下:碳(C)為
0.55 % -0.60 %，硅(Si)為 0.23 % -0.33 %，錳(Mn)為 0.42 % -0.52 %，鉻(Cr)為
1.55% -1.65%,Il (Ni)為 3.95% -4.05%，鑰(Mo)為 0.31% -0.41%，磷(P) < 0.015%,硫(S) < 0.015%，余量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。
[0008]本發(fā)明還具有如下特征:
[0009]1、依照以上所述的一種儲能飛輪鑄件用超高強度合金鋼的制造方法，步驟如下:
[0010]通過中頻感應爐熔煉合金鋼:裝料前先在坩堝底部裝入占爐料重量2% -5%的底渣，所述的底渣為占底渣重量70% -80%的石灰和螢石20% -30%,
[0011]然后裝入爐料，所述的爐料由以下物質組成，電解鎳、純鑰條、金屬鉻、電解錳、工業(yè)純鐵和生鐵；
[0012]爐料底部為電解鎳，中部為純鑰條、金屬鉻和工業(yè)純鐵，上部為生鐵，要求坩堝中部與下部爐料的堆積密度越大越好；
[0013]裝料完畢后，送電熔化；為減少氧化，爐料開始熔化后，在上面撒上占爐料重量1% -3%的覆蓋渣，覆蓋渣由占覆蓋渣總量70% -80%的石灰和20% -30%的螢石組成；爐料全部熔化完畢后，加入電解錳和硅鐵進行預脫氧，并攪動鋼液檢查爐底是否熔清；
[0014]然后，取樣用直讀光譜儀進行爐前分析，分析C、S1、Mn、Cr、N1、Mo、P和S的含量；如不足應以補加料的形式進行成分調(diào)整；
[0015]計算方法如下:
[0016]
【權利要求】
1.一種儲能飛輪鑄件用合金鋼，其特征在于:成分的重量百分比如下:碳(C)為0.55 % -0.60 %，硅(Si)為 0.23 % -0.33 %，錳(Mn)為 0.42 % -0.52 %，鉻(Cr)為 1.55 % -1.65 %，鎳(Ni)為 3.95 % -4.05 %，鑰(Mo)為 0.31 % -0.41 %，磷(P)<0.015%，硫(S) <0.015%，余量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。
2.一種使用如權利要求1所述的一種儲能飛輪鑄件用合金鋼的儲能飛輪鑄件鑄造方法，其特征在于:具體包括以下步驟: (1)按照儲能飛輪輪轂結構設計圖紙要求制作木模:將飛輪輪子和下半軸制作成整體木模，上半軸做成另一木模，將木模分別固定于型板上，采用有機脂水玻璃自硬砂造型； (2)采用堿酚醛樹脂砂制芯，飛輪輪子內(nèi)部各輪幅之間的空隙采用堿酚醛樹脂砂制 芯; (3)飛輪輪緣與輪幅相接觸部位采用暗冒口進行補縮； (4)合箱澆注，使用所述的合金鋼，采用底返式澆注，澆注溫度為1600°C-1650°C，全流澆注，澆注時間約為60秒到90秒； (5)鑄件在砂箱中保溫36h-40h后進行打箱清砂、氣割冒口，完成儲能飛輪鑄件的鑄造。
【文檔編號】B22C9/28GK103451550SQ201210177300
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月1日 優(yōu)先權日:2012年6月1日
【發(fā)明者】蔣濤, 李珍, 王香, 李莉, 趙忠祥 申請人:北京奇峰聚能科技有限公司