奥氏体铸造阀体的研制

奥氏体铸造阀体的研制

门是流量输送和管道输送的重要装置。特别是对于强腐蚀、易燃、易爆、有毒等流体介质的输送、储存、运输，阀门的作用更为重要。阀门对流体压力控制，定量以及管路关断、检修，能够提供安全保障。阀体是组成阀门的重要零件。阀体铸造质量如何，将直接影响到整个阀门的使用性能及其寿命。制造一个符合使用技术要求的阀门，首先就要制造一个符合质量要求的阀体。郫县嘉兴特种铸钢厂受解放军某部委托，铸造00Cr22Ni5Mo3N超低碳不锈钢阀体，就是用来输送具有强酸性腐蚀气体的阀门零件。根据输送物流特性，要求铸造阀体必须具有良好的综合机械性能；具有优良的耐腐蚀性能；具有在高温流体压力下，长期正常工作的性能。为了达到用户要求，在充分论证基础上，进行了阀体的试制。1严格控制c含量铸造阀体材质成分见表1。对铸造阀体材质要求分析，应属于耐腐蚀超低碳双相不锈钢。材质成分控制难点，在于超低碳的获得。(1)CC在钢中主要以碳化物形态存在。部分固溶于奥氏体和铁素体中，可提高基体强度。当C超过一定范围，碳化物在晶界析出，严重影响基体的抗腐蚀性能。同时C与Cr也极易化合，形成铬碳化物，使基体中有效Cr含量降低。因此在超低碳不锈钢中应严格控制C含量。用户要求C≤0.03正是基于此。(2)CrCr是耐腐蚀，耐高温的主要基本元素。在钢中由于腐蚀介质的氧化作用，会使Cr产生纯化现象，形成组织致密的Cr2O3保护膜，保护其它合金不再被继续氧化，从而提高了阀体的抗蚀性能。Cr还能有效地提高电极电位，降低了电化学腐蚀的危害。钢中随着Cr含量的提高，抗蚀性能、抗高温性能也提高。根据工况条件，把Cr控制于（21～23）%的范围为宜。(3)Mn、NiMn和Ni都具有扩大奥氏体区和稳定奥氏体作用，与N共用可部分代替价格昂贵的Ni。同时Ni具有良好的抗氧化性能，对提高阀体的抗蚀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)%为控制范围。(4)MoMo是铁素体形成元素。在高温下，其抗蠕变能力较大，而且能细化晶粒，对提高阀体的高温强度非常有利。因此在阀体铸造中，除主要元素外，添加（2.5～3.3）%的Mo以提高阀体抗高温性能。以上合金元素的合理搭配，保证00CrNi5Mo3N超低碳双相不锈钢阀体的耐腐蚀，抗高温，长寿命的使用性能。2产品了规范的冒口补缩设计铸造阀体经加工完毕，应根据《工业用阀门的压力试验》标准，进行耐压试验。要能达到用户试压要求，必须首先保证阀体铸件无气孔、裂纹、夹杂、组织疏松等铸造缺陷。为保证铸件的气密性，采取了以下几项措施。(1）采用足够的冒口进行补缩。除主法兰处安设顶冒口外，在两个侧法兰处，还设计了冒口，造成较强的顺序凝固，保证阀体补缩良好。(2）局部采用激冷能力较强的铬铁矿砂造型，制芯。特别是阀座位置，热不易散失，易产生缩松。采取局部激冷措施，加强该处的冷却，消除分散热节的疏松。(3）配合冒口采用冷铁。对于不便安设冒口或冒口补缩有限部位，采用安置冷铁，以扩大冒口补缩范围。使阀体造成顺序凝固，以保证铸件组织致密。(4）加强排气。除造型时多扎排气孔，型芯采用烘干合箱浇注外，在阀体下部还设计了一个出气补缩冒口。通过采取以上措施，浇注的铸件经检查，完全达到用户质量要求。铸件无裂纹，气孔，没有疏松和其它铸造缺陷，达到了耐压试验要求。3严格控制应力炉料，严格配方阀体试生产的成败关键之一是材质的熔炼，它直接影响到阀门的综合性能和寿命。根据我厂现有熔练设备条件，熔炼合金的难点是超低碳的获得。熔炼设备为4台0.5T电频感应电炉。由于中频感应电炉熔化特性及我厂生产条件所限，不能采用氧化法炼钢降碳。超低碳的获得，只能在炉料上加以选用配制，所用炉料见表2。采用超低C配料原则，经过配料计算，炉料总C量低于0.02%，为超低碳材质的获得提供了保证。此外，还特别加强了熔炼，脱氧，除气各熔炼工艺的控制，严防外带碳的影响。经过严格配料，采用新打结的碱性炉衬，特制浇包，浇注时注意引火排气及冒口的点浇。在现有条件下，铸造出了化学成分合格、质量完好的阀体铸件。4双相组织的热处理铸件经外观检查，去除浇冒口后尚需进行固溶热处理，获得奥氏体为主的双相组织，进一步提高了阀门的耐腐蚀性能和综合机械性能。热处理工艺见图1。5碳双相不锈钢控制阀采用超低碳配料，中频电炉熔炼，严格熔炼操作，防止外带碳影响；型芯采用局部激冷，加强