奧氏體鑄造閥體的研制

門是流量輸送和管道輸送的重要裝置。特別是對于強(qiáng)腐蝕、易燃、易爆、有毒等流體介質(zhì)的輸送、儲存、運(yùn)輸，閥門的作用更為重要。閥門對流體壓力控制，定量以及管路關(guān)斷、檢修，能夠提供安全保障。閥體是組成閥門的重要零件。閥體鑄造質(zhì)量如何，將直接影響到整個(gè)閥門的使用性能及其壽命。制造一個(gè)符合使用技術(shù)要求的閥門，首先就要制造一個(gè)符合質(zhì)量要求的閥體。郫縣嘉興特種鑄鋼廠受解放軍某部委托，鑄造00Cr22Ni5Mo3N超低碳不銹鋼閥體，就是用來輸送具有強(qiáng)酸性腐蝕氣體的閥門零件。根據(jù)輸送物流特性，要求鑄造閥體必須具有良好的綜合機(jī)械性能；具有優(yōu)良的耐腐蝕性能；具有在高溫流體壓力下，長期正常工作的性能。為了達(dá)到用戶要求，在充分論證基礎(chǔ)上，進(jìn)行了閥體的試制。1嚴(yán)格控制c含量鑄造閥體材質(zhì)成分見表1。對鑄造閥體材質(zhì)要求分析，應(yīng)屬于耐腐蝕超低碳雙相不銹鋼。材質(zhì)成分控制難點(diǎn)，在于超低碳的獲得。(1)CC在鋼中主要以碳化物形態(tài)存在。部分固溶于奧氏體和鐵素體中，可提高基體強(qiáng)度。當(dāng)C超過一定范圍，碳化物在晶界析出，嚴(yán)重影響基體的抗腐蝕性能。同時(shí)C與Cr也極易化合，形成鉻碳化物，使基體中有效Cr含量降低。因此在超低碳不銹鋼中應(yīng)嚴(yán)格控制C含量。用戶要求C≤0.03正是基于此。(2)CrCr是耐腐蝕，耐高溫的主要基本元素。在鋼中由于腐蝕介質(zhì)的氧化作用，會使Cr產(chǎn)生純化現(xiàn)象，形成組織致密的Cr2O3保護(hù)膜，保護(hù)其它合金不再被繼續(xù)氧化，從而提高了閥體的抗蝕性能。Cr還能有效地提高電極電位，降低了電化學(xué)腐蝕的危害。鋼中隨著Cr含量的提高，抗蝕性能、抗高溫性能也提高。根據(jù)工況條件，把Cr控制于（21～23）%的范圍為宜。(3)Mn、NiMn和Ni都具有擴(kuò)大奧氏體區(qū)和穩(wěn)定奧氏體作用，與N共用可部分代替價(jià)格昂貴的Ni。同時(shí)Ni具有良好的抗氧化性能，對提高閥體的抗蝕能力起到良好的作用。按成分要求，Mn≤2.00%，Ni(4.5～6.5）%，N(0.08～0.20)%為控制范圍。(4)MoMo是鐵素體形成元素。在高溫下，其抗蠕變能力較大，而且能細(xì)化晶粒，對提高閥體的高溫強(qiáng)度非常有利。因此在閥體鑄造中，除主要元素外，添加（2.5～3.3）%的Mo以提高閥體抗高溫性能。以上合金元素的合理搭配，保證00CrNi5Mo3N超低碳雙相不銹鋼閥體的耐腐蝕，抗高溫，長壽命的使用性能。2產(chǎn)品了規(guī)范的冒口補(bǔ)縮設(shè)計(jì)鑄造閥體經(jīng)加工完畢，應(yīng)根據(jù)《工業(yè)用閥門的壓力試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。要能達(dá)到用戶試壓要求，必須首先保證閥體鑄件無氣孔、裂紋、夾雜、組織疏松等鑄造缺陷。為保證鑄件的氣密性，采取了以下幾項(xiàng)措施。(1）采用足夠的冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。除主法蘭處安設(shè)頂冒口外，在兩個(gè)側(cè)法蘭處，還設(shè)計(jì)了冒口，造成較強(qiáng)的順序凝固，保證閥體補(bǔ)縮良好。(2）局部采用激冷能力較強(qiáng)的鉻鐵礦砂造型，制芯。特別是閥座位置，熱不易散失，易產(chǎn)生縮松。采取局部激冷措施，加強(qiáng)該處的冷卻，消除分散熱節(jié)的疏松。(3）配合冒口采用冷鐵。對于不便安設(shè)冒口或冒口補(bǔ)縮有限部位，采用安置冷鐵，以擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮范圍。使閥體造成順序凝固，以保證鑄件組織致密。(4）加強(qiáng)排氣。除造型時(shí)多扎排氣孔，型芯采用烘干合箱澆注外，在閥體下部還設(shè)計(jì)了一個(gè)出氣補(bǔ)縮冒口。通過采取以上措施，澆注的鑄件經(jīng)檢查，完全達(dá)到用戶質(zhì)量要求。鑄件無裂紋，氣孔，沒有疏松和其它鑄造缺陷，達(dá)到了耐壓試驗(yàn)要求。3嚴(yán)格控制應(yīng)力爐料，嚴(yán)格配方閥體試生產(chǎn)的成敗關(guān)鍵之一是材質(zhì)的熔煉，它直接影響到閥門的綜合性能和壽命。根據(jù)我廠現(xiàn)有熔練設(shè)備條件，熔煉合金的難點(diǎn)是超低碳的獲得。熔煉設(shè)備為4臺0.5T電頻感應(yīng)電爐。由于中頻感應(yīng)電爐熔化特性及我廠生產(chǎn)條件所限，不能采用氧化法煉鋼降碳。超低碳的獲得，只能在爐料上加以選用配制，所用爐料見表2。采用超低C配料原則，經(jīng)過配料計(jì)算，爐料總C量低于0.02%，為超低碳材質(zhì)的獲得提供了保證。此外，還特別加強(qiáng)了熔煉，脫氧，除氣各熔煉工藝的控制，嚴(yán)防外帶碳的影響。經(jīng)過嚴(yán)格配料，采用新打結(jié)的堿性爐襯，特制澆包，澆注時(shí)注意引火排氣及冒口的點(diǎn)澆。在現(xiàn)有條件下，鑄造出了化學(xué)成分合格、質(zhì)量完好的閥體鑄件。4雙相組織的熱處理鑄件經(jīng)外觀檢查，去除澆冒口后尚需進(jìn)行固溶熱處理，獲得奧氏體為主的雙相組織，進(jìn)一步提高了閥門的耐腐蝕性能和綜合機(jī)械性能。熱處理工藝見圖1。5碳雙相不銹鋼控制閥采用超低碳配料，中頻電爐熔煉，嚴(yán)格熔煉操作，防止外帶碳影響；型芯采用局部激冷，加強(qiáng)