《表9 SiWind的断裂性能对比[10]》

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《Si强化铁素体球墨铸铁的新进展》

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德国克莱费尔德市的西姆佩尔卡姆普公司（Siempelkamp）是专做重型铸件的世界著名公司，其中球墨铸铁铸件的质量从3 t到320 t，年产量为8.5万t。为捷克做的长达23.5 m、重120 t的铸件，是世界上迄今为止最长的机床用球墨铸铁铸件[7]。作为大件铸造厂，不仅生产风电铸件，也生产厚度达600 mm的Castor（核废料）容器。风电中的大铸件至今多是球墨铸铁制造的，随着风电装备的功率增加，按现有球墨铸铁的性能水平，铸件会越来越大，批量生产的8 MW风电铸件最重的已超过60 t，叶片长80 m。这不仅增加了铸造的难度，还给运输和安装带来了极大的困难。尤其是深海的风电安装[8]，装备质量的增加，对其基础要求更大，这无疑会极大地增加风电的成本，为发展更大功率的深海风电，就需要开发新材料，德国环境、天然保护、反应堆安全部开展了“MEGAWind”研究项目，编号为0327593。西姆佩尔卡姆普公司负责进行新材料开发及验证，空间能源系统公司（Aerody Energiesysteme GmbH）负责断裂力学的构件计算与验证，福劳恩豪佛工作强度与可靠性研究所（Frauhofer-Institut fuer Betriebsfestigkeit und Yystemzuverlaessigkeit LBF）负责收集工件表面状况的疲劳数据，采矿技术大学的材料技术研究所（Institut fuer Werkstofftechnik，Technische Universitaet Berkakademie）负责断裂力学参数，DNL GL REnnmables Cetification公司被委托做断裂力学的验证及其方法的研究。严格来说，这些都是材料研究方面最权威的单位。图12是试验所采用的阶梯试样，试样宽1 m，厚度从60 mm到200 mm。拉伸试棒的直径是15 mm，疲劳试样直径是15 mm或24 mm，断裂力学试验用SEB20和C125形式的试样。通过大量的试验与模拟，成功开发出新的风电用铸造材料，并命名为“SiWind”，按EN 1563的写法为GJSF SiNi30-5。GJS-400-18-LT牌号的球墨铸铁是现在风电铸件通用的球墨铸铁牌号（欧洲风电铸件的球墨铸铁的要求是：抗拉强度在400 MPa以上，伸长率大于12.5%，在-20℃时的冲击功大于10 J，珠光体体积分数小于10%），表7～表9列出了它们的性能对比。设计人员使用SiWind材料时推荐使用的设计数据表明，新材料的屈服强度可比原先的材料高50%，认为在新设计的风电设备上或老的设备改进时，可降低铸件质量的15%以上，新设计的3 MW风电的铸件质量将和原先的2MW风电铸件的质量相同。尽管Si强化球墨铸铁的冲击韧性和高强度牌号的珠光体球墨铸铁一样不好，但Si强化铁素体球墨铸铁承受循环载荷和疲劳载荷的能力要比高强度牌号的珠光体球墨铸铁强，和原先的GJS-400-18-LT牌号相差无几，甚至某些方面比400-18-LT优异。经计算和验证，其寿命同样可保证在20年以上，故在2012年通过了风电铸件材料的认证。在2016或2017就能看到用这种新材料做的风电设备，包括8 MW机组。