大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件的制作方法

本发明涉及一种大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件。

背景技术：

大型水轮机导叶主要用于控制水轮机过流量，其由导叶瓣体、枢轴、轴头组成。大型水轮机导叶尺寸大，运行工况复杂，受巨大的水力矩，长期处于含沙水流中，因此，要求大型水轮机导叶铸件具有较高的力学性能和抗磨蚀能力。实际生产中，大型水轮机电站熔铸马氏体不锈钢导叶铸件上述特点，其铸造成形工艺难度大，易产生偏析、裂纹、气孔、夹渣等缺陷，质量风险很高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种性能优异及性能稳定的大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件，浇注铸件的钢水熔炼成分和铸件成品成分由下述质量分数的组分组成：

碳≤0.05％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

锰≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

铬：12.0％～13.5％；

镍：3.8％～5.5％；

钼：0.4％～1.0％；

杂质元素总含量≤0.5％，其中：铜≤0.5％，钨≤0.10％，钒≤0.05％；

气体含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氢≤0.0003％；

镍当量与铬当量的比值≥0.42，

其中：镍当量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，铬当量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量为铁和不可避免的杂质；

所述的铸件采用电渣熔铸方法成型。

根据本发明的一个技术方案，浇注铸件的钢水熔炼成分和铸件成品成分由下述质量分数的组分组成：

碳≤0.04％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

锰≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

铬：12.0％～13.5％；

镍：4.5％～5.5％；

钼：0.4％～1.0％；

杂质元素总含量≤0.5％，其中：铜≤0.5％，钨≤0.10％，钒≤0.05％；

气体含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氢≤0.0003％；

镍当量与铬当量的比值≥0.42，

其中：镍当量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，铬当量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的一个技术方案，浇注铸件的钢水熔炼成分和铸件成品成分由下述质量分数的组分组成：

碳≤0.04％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

锰≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

铬：12.0％～13.5％；

镍：3.8％～5.0％；

钼：0.4％～1.0％；

杂质元素总含量≤0.5％，其中：铜≤0.5％，钨≤0.10％，钒≤0.05％；

气体含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氢≤0.0003％；

镍当量与铬当量的比值≥0.42，

其中：镍当量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，铬当量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的一个技术方案，浇注铸件的钢水熔炼成分和铸件成品成分由下述质量分数的组分组成：

碳≤0.05％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

锰≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

铬：12.0％～13.5％；

镍：3.8％～5.0％；

钼：0.4％～1.0％；

杂质元素总含量≤0.5％，其中：铜≤0.5％，钨≤0.10％，钒≤0.05％；

气体含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氢≤0.0003％；

镍当量与铬当量的比值≥0.42，

其中：镍当量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，铬当量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的一个技术方案，浇注铸件的钢水熔炼成分和铸件成品成分由下述质量分数的组分组成：

碳≤0.05％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

锰≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

铬：12.0％～13.5％；

镍：4.5％～5.5％；

钼：0.4％～1.0％；

杂质元素总含量≤0.5％，其中：铜≤0.5％，钨≤0.10％，钒≤0.05％；

气体含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氢≤0.0003％；

镍当量与铬当量的比值≥0.42，

其中：镍当量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，铬当量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量为铁和不可避免的杂质。

进一步的技术方案是，所述的导叶铸件为单机容量500MW以上大型水轮机用，其导叶铸件尺寸长度≥3000mm，瓣体宽度≥1000mm。

进一步的技术方案是，所述铸件的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥800MPa，断后伸长率≥18％，断面收缩率≥55％，冲击吸收能量≥100J，硬度220～290HBW，冷弯(α＝90°，d＝25mm)：无裂纹。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥800MPa，断后伸长率≥18％，断面收缩率≥55％，冲击吸收能量≥100J，硬度220～290HBW，冷弯(α＝90°，d＝25mm)：无裂纹。

附图说明

图1为铸件试样取样的示意图。

图2为铸件无损检测分区示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

1、大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件的制造步骤如下

1.1电极冶炼：应严格控制电渣熔铸的自耗电极冶炼质量，推荐采用经精炼后的钢水制造电极；冶炼时应控制钢水中Ni_eq/Cr_eq值，以便有效减少铸件中的δ铁素体含量；浇注电极的钢水应进行熔炼化学成分分析，若采用多炉钢水浇注电极时，每炉都应进行熔炼化学成分分析。

1.2电渣熔铸

采用CaF₂-Al₂O₃渣系，铸件采用电渣熔铸方法成型。

1.3性能热处理

1.3.1热处理炉：热处理炉应按GB/T 9452定期进行检测并合格，满足工艺要求。性能热处理由一次正火和两次回火组成；推荐正火加热过程中在800℃均温，使铸件各部分温度均匀，然后加热至1040℃进行正火处理。回火的温度不低于590℃，以便获得适量的逆变奥氏体和最佳的综合力学性能。

1.4缺陷焊补

1.4.1焊补前准备：焊补材料为与铸件同材质或相近的马氏体不锈钢材料，首批生产时，焊前应提交焊接工艺评定报告。

1.4.2焊补过程控制：焊补前应清除缺陷，然后进行液体渗透探伤(PT)或磁粉探伤(MT)，以保证缺陷完全清除。焊前对铸件进行预热，预热温度不低于100℃，预热区域的面积应不小于缺陷面积的3倍。

1.4.3焊补后消除应力热处理：要缺陷和特殊缺陷焊补后都应进行消除应力热处理，热处理温度不得高于二次回火温度。

1.4.4焊补后检查：焊补后进行无损检测。

1.5机械加工和粗磨

2、检测

2.1铸件的检测试样

根据图1，在铸件上的本体位置①或本体位置②上取检测试样。

铸件的检测试样最小尺寸为60mm×60mm×160mm。

铸件的成品化学分析、气体含量分析和力学性能试验采用同一铸件的检测试样。

2.2化学成分分析

2.2.1按GB/T 20066规定，化学成分分析样品应取自附铸试样表层以下至少6mm处。

2.2.2化学成分分析按GB/T 223或GB/T 11170规定进行。

2.2.3化学成分仲裁按照GB/T 222和GB/T 223规定。

2.2.4气体含量分析按GB/T 11261、GB/T 20124、GB/T 223.82规定进行。

浇注铸件的钢水熔炼分析和铸件成品分析，其化学成分、气体含量见表1、表2。

表1化学成分

表2气体含量(质量百分比)

2.3力学性能试验

2.3.1拉伸和冲击

取一个拉伸试样和一组冲击试样(三个试样)进行试验，拉伸试验按GB/T228.1规定进行，冲击试验按GB/T 229规定进行。

2.3.2硬度

硬度检测按GB/T 231.1规定进行。

2.3.3弯曲试验

试样截面尺寸为13mm×25mm，长度≥180mm，倒角半径≤2mm，表面粗糙度Ra值达到0.8μm。弯曲试验按GB/T 232规定进行。

大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶铸件的力学性能见表3。

表3力学性能

2.4无损检测

按CCH70-3标准规定对铸件进行超声波探伤(UT)、磁粉探伤(MT)或液体渗透探伤(PT)及目视(VT)等无损检测，按照图2的区域进行无损检测，检测结果符合表4规定。

表4无损检测

下述实施例制造的大型水轮机电渣熔铸马氏体不锈钢导叶及轴尺寸(长×宽×高)为4935mm×1303mm×470mm。

实施例1：

碳：0.04％，硅：0.22％，锰：0.48％，磷：0.024％，硫：0.004％，铬：12.4％，镍：4.5％，钼：0.5％，铜：0.15％，钨：0.02％，钒：0.06％。对应的屈服强度664MPa，抗拉强度828MPa，断后伸长率22.5％，断面收缩率70％，冲击吸收能量168J，冷弯(α＝90°，d＝25mm)：无裂纹。

实施例2：

碳：0.022％，硅：0.45％，锰：0.45％，磷：0.019％，硫：0.002％，铬：12.79％，镍：4.28％，钼：0.4952％，铜：0.03％，钨：0.01％，钒：0.04％。对应的屈服强度705MPa，抗拉强度899MPa，断后伸长率21.5％，断面收缩率69％，冲击吸收能量124J，冷弯(α＝90°，d＝25mm)：无裂纹。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。