專(zhuān)利名稱(chēng)：超臨界機(jī)組用c12a材料鑄件的鑄造生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫高壓超超臨界用閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
·C12A材料是美國(guó)ASTM和ASME材料標(biāo)準(zhǔn)中最高端耐高壓、高溫材料，我國(guó)近年來(lái)開(kāi)發(fā)的600MW至1000MW超臨界和超超臨界特大型鍋爐電站閥門(mén)的必用材料。由于其在550°C和55MPa (工作常態(tài))下工作性能穩(wěn)定可靠將取代傳統(tǒng)的ZG20CrMoV、ZG15CrlMolV、WC9等耐高溫高壓材料，填補(bǔ)我國(guó)蒸汽管道590-650°C溫度范圍內(nèi)的材料空缺，使超臨界和超超臨界大型機(jī)組電站的發(fā)展解除了瓶頸。我國(guó)現(xiàn)在使用的大C12A材質(zhì)閥體的生產(chǎn)目前受外國(guó)工藝技術(shù)的封鎖，進(jìn)口此材質(zhì)的閥體每噸需要30萬(wàn)兀左右，價(jià)格相當(dāng)?shù)陌嘿F，而國(guó)內(nèi)最聞成品價(jià)格才10萬(wàn)兀/噸。若國(guó)內(nèi)能直接鑄造生產(chǎn)出C12A材質(zhì)，使用該材質(zhì)的電站閥門(mén)產(chǎn)品將其打入國(guó)際市場(chǎng)，將會(huì)為我國(guó)的火電設(shè)備發(fā)展產(chǎn)生很大的影響，具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。美標(biāo)C12A 化學(xué)成分為C O. 08 O. 12%，Si O. 2 O. 5 %，MnO. 3 O. 6 %，PO. 02% S O. 01%, Cr 8. O 9. 5%, Ni O. 04%, Mo O. 85 1. 05%。超超臨界C12A閥體產(chǎn)品鑄造生產(chǎn)時(shí)主要技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)在以下見(jiàn)個(gè)方面1.此產(chǎn)品因化學(xué)成分C的范圍窄，只有O. 08-0. 12%，同時(shí)S的要求在彡O. 010%，Cr 含量較高在 8. 0-9. 5，同時(shí)含有 Nb 0. 060-0. 10%，N 為 O. 030-0. 070，V 為 O. 18-0. 25%,Al為< O. 040化學(xué)成分范圍窄，控制元素多，合金加入量大，熔煉時(shí)間長(zhǎng)，鋼水易氧化，熔煉難度大。2.此產(chǎn)品C12A材料其鑄造工藝性差，冶煉難度大、澆注溫度可控范圍僅30度，稍有不慎產(chǎn)品成型后裂紋缺陷嚴(yán)重。材質(zhì)的鋼水流動(dòng)性差，且Cr極易氧化形成夾渣物影響鑄件內(nèi)在質(zhì)量。3.此閥體的壁厚一般都比較薄，結(jié)構(gòu)工藝性差，傳統(tǒng)的平鑄平澆工藝對(duì)此閥體的補(bǔ)縮上存在很大的困難，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量難以保證。4.因此材料使用性能要求較高，對(duì)產(chǎn)品的熱處理要求較高，目前國(guó)內(nèi)無(wú)現(xiàn)成的熱處理工藝，必須經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，才能掌握。產(chǎn)品的機(jī)械性能要求較高，金相組織中鐵素體的含量小于3%。5.此材料的金相組織為為板條狀馬氏體，材料在轉(zhuǎn)變馬氏體的過(guò)程中體積為迅速膨脹，因此在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中如出箱清理、切割澆冒口以及補(bǔ)焊、熱處理等過(guò)程必須嚴(yán)格控制才能保證產(chǎn)品在鑄造過(guò)程中不產(chǎn)生裂紋等缺陷。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提出了一種新的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鑄造生產(chǎn)超超臨界C12A材料用高溫高壓閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)方法，該方法通過(guò)對(duì)鋼水化學(xué)成分控制、鋼水冶煉過(guò)程、鑄造工藝和熱處理過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)超超臨界C12A材料高溫高壓閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)，并使鑄件完全滿(mǎn)足產(chǎn)品的技術(shù)要求。為達(dá)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供了一種超臨界、超超臨界機(jī)組用C12A材料鑄件的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟，(I)初煉；(2)去氣脫氧；
(3)二次精煉，深脫硫處理；(4)平鑄立澆；(5)在后序熱處理。為實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟⑴中對(duì)合金加入時(shí)對(duì)C、S含量的控制，采用低碳、低硫磷的合金或采用金屬直接加入；對(duì)Nb、N元素的控制時(shí)通過(guò)計(jì)算加入合適的鈮鐵和氮化鉻來(lái)調(diào)整化學(xué)成分含量，同時(shí)在熔化脫碳時(shí)將C、S含量控制在較低的范圍內(nèi)，以保證鋼水的化學(xué)成分 合格。步驟(2)中采用復(fù)合脫氧劑對(duì)鋼水進(jìn)行去氣脫氧。步驟(3)采用LF的鋼包精煉爐對(duì)鋼水進(jìn)行二次精煉，深脫硫處理，并同時(shí)為防止Cr含量高引起的鑄造夾渣等鑄造缺陷的產(chǎn)生，在出鋼時(shí)在鋼包內(nèi)吹入氬氣對(duì)鋼水進(jìn)行凈化，讓鋼水中的夾渣物和氧氣、氫氣等氣體排出，使鋼水盡量純凈。步驟(4)包括以下步驟，A、在鑄型內(nèi)在澆注前吹入一定量的氬氣，使?jié)踩氲匿撍划a(chǎn)生吸氣氧化，減少鑄件缺陷的產(chǎn)生；B、進(jìn)行平鑄立澆，將鑄件的中管端面向上、中管上放置冒口并在其下部增設(shè)冒口補(bǔ)貼，在支管泥芯內(nèi)補(bǔ)縮困難的底部增設(shè)暗冒口，加強(qiáng)補(bǔ)縮。。在所述冒口的設(shè)置上采用英國(guó)富土科的高效保溫板，強(qiáng)化對(duì)鑄件的補(bǔ)縮作用。在步驟(5)中先進(jìn)行退火消應(yīng)力處理再進(jìn)行探傷消缺、焊補(bǔ)、消應(yīng)力合格后再進(jìn)行性能熱處理的方式，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，防止裂紋等在生產(chǎn)過(guò)程控制中的出現(xiàn)。所述性能熱處理包括以下步驟，a、正火處理在爐溫小于200°C條件下進(jìn)爐以加熱至300°C，保溫2小時(shí)后，以彡70°C /h速度升溫至520± 10°C，保溫1. 5小時(shí)，然后，經(jīng)彡80°C /h的升溫速度升溫至680±10°C，保溫2小時(shí)，再以90°C /h的速度升溫至1040±10°C后保溫4h后進(jìn)行空冷至200-300°C ;b、回火處理彡60°C /h升溫速度至350± 10°C，保溫2小時(shí)，然后，經(jīng)彡800C /h的升溫速度升溫至77± 10°C后保溫6h后爐冷至< 200°C后進(jìn)行出爐。通過(guò)本發(fā)明制得的最終產(chǎn)品的機(jī)械性能達(dá)到屈服強(qiáng)度os>415(MPa)、ob585-720 (MPa)、δ 5彡20%, Ψ彡45%、范圍內(nèi)及鑄件金相組織為板條狀馬氏體，鐵素體含量小于3%，HB達(dá)到190-220的范圍內(nèi)，達(dá)到產(chǎn)品的使用要求。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的目的是提供一種鑄造生產(chǎn)超超臨界C12A材料用高溫高壓閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)方法，該方法通過(guò)對(duì)鋼水化學(xué)成分控制、鋼水冶煉過(guò)程、鑄造工藝和熱處理過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)超超臨界C12A材料高溫高壓閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)，并使鑄件完全滿(mǎn)足產(chǎn)品的技術(shù)要求。由于C12A材質(zhì)其化學(xué)成分要求范圍較窄，其中C含量?jī)H為O. 08-0. 12%，S含量為(O. 010%, Cr、Mo元素含量又較高，同時(shí)還含有Nb、N稀有元素，熔煉上存在很大的困難，為解決合金加入時(shí)對(duì)C、S含量的控制，在配料上經(jīng)過(guò)精心的計(jì)算采用低碳、低硫磷的合金或采用金屬等直接加入，對(duì)Nb、N元素的控制時(shí)通過(guò)計(jì)算加入合適的鈮鐵和氮化鉻來(lái)調(diào)整化學(xué)成分含量，同時(shí)在熔化脫碳時(shí)將C、S含量控制在較低的范圍內(nèi)，以保證鋼水的化學(xué)成分合格。在鋼水的去氣的處理因含量鋁元素有控制范圍，傳統(tǒng)以加鋁來(lái)進(jìn)行脫氧的方式不再可行，我公司采用一種新型的復(fù)合脫氧劑對(duì)鋼水進(jìn)行去氣脫氧。同時(shí)采用LF的鋼包精煉爐對(duì)鋼水進(jìn)行二次精煉，深脫硫處理，并同時(shí)為防止Cr含量高引起的鑄造夾渣等鑄造缺陷的產(chǎn)生，在出鋼時(shí)在鋼包內(nèi)吹入氬氣對(duì)鋼水進(jìn)行凈化，讓鋼水中的夾渣物和氧氣、氫氣等氣體排出，使鋼水盡量純凈。并在鑄型內(nèi)在澆注前吹入一定量的氬氣，使?jié)踩氲匿撍划a(chǎn)生吸氣氧化，減少鑄件缺陷的產(chǎn)生。在鑄造工藝上近年來(lái)，隨著電站對(duì)閥門(mén)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量的嚴(yán)格要求，鑄件由原來(lái)的不要求超聲波探傷到現(xiàn)在的全身超聲波探傷檢查，對(duì)鑄造質(zhì)量提出了更大的要求。特別對(duì)于C12A材質(zhì)的閥體產(chǎn)品，由于材質(zhì)的特性此類(lèi)閥體的鑄造按傳統(tǒng)的平鑄平澆工藝就更難保證了，在此條件下我公司將閥體的平鑄平澆工藝改為平鑄立澆工藝，將鑄件的中管·端面向上、中管上放置冒口并在其下部增設(shè)冒口補(bǔ)貼，在支管泥芯內(nèi)補(bǔ)縮困難的底部增設(shè)暗冒口，加強(qiáng)補(bǔ)縮。在冒口的設(shè)置上采用英國(guó)富土科的高效保溫板，強(qiáng)化對(duì)鑄件的補(bǔ)縮作用。在后序熱處理中為保證產(chǎn)品的機(jī)械性能、金相組織、硬度等性能的達(dá)到要求，在熱處理上經(jīng)過(guò)精心的測(cè)算，先用試樣反復(fù)的進(jìn)行試驗(yàn)、反復(fù)的測(cè)試直至測(cè)試出合格的性能要求，才試用于產(chǎn)品，在產(chǎn)品上得到了一次成功的好效果后序的生產(chǎn)中為控制中產(chǎn)品不再出現(xiàn)次生缺陷如裂紋等，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，從傳統(tǒng)的性能熱處理后再進(jìn)行消缺陷、焊補(bǔ)消應(yīng)力的工藝流程調(diào)整為先進(jìn)行退火消應(yīng)力處理再進(jìn)行探傷消缺、焊補(bǔ)、消應(yīng)力合格后再進(jìn)行性能熱處理的方式，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，防止裂紋等在生產(chǎn)過(guò)程控制中的出現(xiàn)。產(chǎn)品熱處理過(guò)程為熱處理方式1)正火處理在爐溫小于200°C條件下進(jìn)爐以加熱至300°C，保溫2小時(shí)后，以彡70 0C /h速度升溫至520±10°C，保溫1. 5小時(shí)，然后，經(jīng)彡80°C /h的升溫速度升溫至680±10°C，保溫2小時(shí)，再以90°C /h的速度升溫至1040±10°C后保溫4h后進(jìn)行空冷至200-300°C。2)回火處理彡60°C /h升溫速度至350±10°C，保溫2小時(shí)，然后，經(jīng)彡800C /h的升溫速度升溫至77± 10°C后保溫6h后爐冷至< 200°C后進(jìn)行出爐。最終產(chǎn)品的機(jī)械性能達(dá)到屈服強(qiáng)度σ s ^ 415 (MPa)、σ b :585-720 (MPa)、δ 5彡20%、Ψ ^ 45%、范圍內(nèi)及鑄件金相組織為板條狀馬氏體，鐵素體含量小于3%，HB達(dá)到190-220的范圍內(nèi)，達(dá)到產(chǎn)品的使用要求。雖然對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但不應(yīng)理解為對(duì)本專(zhuān)利的保護(hù)范圍的限定。在權(quán)利要求書(shū)所描述的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可作出的各種修改和變形仍屬本專(zhuān)利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.超臨界、超超臨界機(jī)組用C12A材料鑄件的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟，(I)初煉；(2)去氣脫氧；(3) 二次精煉，深脫硫處理；(4)平鑄立澆；(5)在后序熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于為實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟(I)中對(duì)合金加入 時(shí)對(duì)C、S含量的控制,米用低碳、低硫磷的合金或米用金屬直接加入；對(duì)Nb、N兀素的控制時(shí)通過(guò)計(jì)算加入合適的鈮鐵和氮化鉻來(lái)調(diào)整化學(xué)成分含量，同時(shí)在熔化脫碳時(shí)將C、S含量控制在較低的范圍內(nèi)，以保證鋼水的化學(xué)成分合格。
3.如權(quán)利要求1所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(2)中采用復(fù)合脫氧劑對(duì)鋼水進(jìn)行去氣脫氧。
4.如權(quán)利要求1所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(3)采用LF的鋼包精煉爐對(duì)鋼水進(jìn)行二次精煉，深脫硫處理，并同時(shí)為防止Cr含量高引起的鑄造夾渣等鑄造缺陷的產(chǎn)生，在出鋼時(shí)在鋼包內(nèi)吹入氬氣對(duì)鋼水進(jìn)行凈化，讓鋼水中的夾渣物和氧氣、氫氣等氣體排出，使鋼水盡量純凈。
5.如權(quán)利要求1所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(4)包括以下步驟，A、在鑄型內(nèi)在澆注前吹入一定量的氬氣，使?jié)踩氲匿撍划a(chǎn)生吸氣氧化，減少鑄件缺陷的產(chǎn)生；B、進(jìn)行平鑄立澆，將鑄件的中管端面向上、中管上放置冒口并在其下部增設(shè)冒口補(bǔ)貼，在支管泥芯內(nèi)補(bǔ)縮困難的底部增設(shè)暗冒口，加強(qiáng)補(bǔ)縮。。
6.如權(quán)利要求4所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于在所述冒口的設(shè)置上采用英國(guó)富土科的高效保溫板，強(qiáng)化對(duì)鑄件的補(bǔ)縮作用。
7.如權(quán)利要求1所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟(5)中先進(jìn)行退火消應(yīng)力處理再進(jìn)行探傷消缺、焊補(bǔ)、消應(yīng)力合格后再進(jìn)行性能熱處理的方式，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，防止裂紋等在生產(chǎn)過(guò)程控制中的出現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求7所述的鑄造生產(chǎn)方法，其特征在于所述性能熱處理包括以下步驟，a、正火處理在爐溫小于200°C條件下進(jìn)爐以加熱至300°C，保溫2小時(shí)后，以彡70°C /h速度升溫至520± 10°C，保溫1. 5小時(shí)，然后，經(jīng)彡800C /h的升溫速度升溫至680± 10°C，保溫2小時(shí)，再以90°C /h的速度升溫至1040+10°C后保溫4h后進(jìn)行空冷至200300°C ;b、回火處理■·< 60V /h升溫速度至350±10°C，保溫2小時(shí)，然后，經(jīng)彡80°C /h的升溫速度升溫至77±10°C后保溫6h后爐冷至彡200°C后進(jìn)行出爐。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種一種鑄造生產(chǎn)超超臨界C12A材料用高溫高壓閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)方法，包括以下步驟，(1)初煉；(2)去氣脫氧；(3)二次精煉，深脫硫處理；(4)平鑄立澆；(5)在后序熱處理。該方法通過(guò)對(duì)鋼水化學(xué)成分控制、鋼水冶煉過(guò)程、鑄造工藝和熱處理過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)超超臨界C12A材料高溫高壓閥體產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)，并使鑄件完全滿(mǎn)足產(chǎn)品的技術(shù)要求。通過(guò)本發(fā)明制得的最終產(chǎn)品的機(jī)械性能達(dá)到屈服強(qiáng)度σs≥415(MPa)、σb585-720(MPa)、δ5≥20％、ψ≥45％、范圍內(nèi)及鑄件金相組織為板條狀馬氏體，鐵素體含量小于3％，HB達(dá)到190-220的范圍內(nèi)，達(dá)到產(chǎn)品的使用要求。
文檔編號(hào)C22C33/04GK102994898SQ20121036650
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者涂建華 申請(qǐng)人:樂(lè)山沙灣天華機(jī)械制造有限責(zé)任公司