汽轮机用耐高温硅钼铁素体球墨铸铁及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料及其制备工艺，尤其涉及一种球墨铸铁及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 球墨铸铁由于其具有良好的铸造性能及低生产成本的经济性在装备工程领域获 得了大量的应用，如汽轮机汽缸、轴承座等。当今大功率、高参数、高可靠性、高热效率和清 洁环保已经成为汽轮机技术的发展方向。汽轮机二次再热技术的应用使机组再热温度达到 625°C，压力35MPa，其外缸的使用温度达到350~450°C，这对材料的强度、蠕变特性、抗氧 化、抗疲劳等性能提出了更为苛刻的要求。普通球墨铸铁材料使用温度在350°C以下，为满 足高温使用的要求，通常采用硅钼球墨铸铁进行生产制造。
[0003] 以下专利"SMO DUCTILE IRON CASTINGS IN GAS TURBINE APPLICATIONS"（公开 号US 20100322813 Al，公开日期2010. 12. 23)公开了一种燃气轮机用硅钼球墨铸铁件，其 主要内容为：
[0004] 1、材料组分为（质量百分比）2.8~3.7%(：，3.0~3.5%51，0.8~1.5%]\1〇， 0· 025 ~0· 60% Mg，S < 0· 01%，0 ~I. 3% Ni，P < 0· 05%，Ti < 0· 05%，V < 0· 05%，Sn < 0· 05%，Al < 0· 10%，Cr < 0· 10%，Cu < 0· 10%，Mn < 0· 15%，余为铁。
[0005] 2、铸件铁素体化热处理，加热至900°C保温至少7小时，然后冷却至720°C保温至 少2小时，继续冷却至690°C保温至少8小时。
[0006] 3、650~75(TC除应力处理。
[0007] 其效果为生产出一种适应燃气轮机高温下使用的球墨铸铁件。但该材料需消耗大 量的钼合金及一定量的镍贵重金属，且铸件需进行高温铁素体化热处理及除应力处理，生 产成本高，周期长。
[0008] 中国专利"一种高硅钼耐热球墨铸铁的制备方法"（公开号CN 104141088A，公开 日2014. 11. 12)公开了一种用于内燃机高温部件的球墨铸铁件制备方法。
[0009] 1、其材料的组分3. 2 ~3. 4%C，3. 7 ~4. 3% Si，Mn 彡 0· 3%，P 彡 0· 05%，0· 007 ~ 0. 012% S，0. 04 ~0. 55% Mg，0. 8 ~I. 2% Mo。
[0010] 2、铸件需进行时效去应力退火处理：50~80°C /h，加热至550~600°C，保温 3. 5~4h，然后缓冷，冷却速度30~50°C /h，冷却至250~200°C出炉空冷。
[0011] 该材料中硅含量偏高，易使铸件产生脆性，增加铸件生产风险；同时需要进行时效 去应力退火处理，延长生产周期，增加生产成本，
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题是要提供一种综合性能更好、成本更低廉、满足汽轮 机部件在高温下使用的耐热球墨铸铁及其制备工艺，获得耐高温球墨铸铁其球化率达到 GB/T 9441-2009《球墨铸铁金相检验》所规定的80%以上，铁素体量大于90%，常温及高温 力学性能满足生产的要求。
[0013] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0014] -种汽轮机用耐高温娃钼铁素体球墨铸铁，各成分的质量百分含量如下：，
[0015] C 3. 0 ~3. 5%，Si 2. 8 ~3. 2%，Mo 0· 5 ~0· 8%，Mg 0· 040 ~0· 055%，
[0016] Sb 0· 004 ~0· 008%，Mn < 0· 2%，P < 0· 040%，S < 0· 015%，
[0017] Re < 0. 010%，余为铁及残余元素。
[0018] 同时本发明提供了一种汽轮机用耐高温硅钼铁素体球墨铸铁的制备工艺，其步骤 包括：
[0019] a、炉料配比：用生铁50重量份，碳素废钢30重量份，球墨铸铁废铁20重量份，增 碳剂1. 10重量份；
[0020] b、中频感应炉熔化，炉料化清，升温至1520°C，除渣；加入硅铁，钼铁；温度1450°C 时进行球化处理，以下百分比以铁液重量百分比计：
[0021] 轻稀土球化剂为0. 5%，重稀土球化剂为0. 7%;覆盖0. 2%硅铁粒及铸铁板；在球 化过程中加入一次孕育硅铁0. 6% ;
[0022] 控制铸铁中各元素的含量为：
[0023] C 3. 0 ~3. 5%，Si 2. 8 ~3. 2%，Mo 0· 5 ~0· 8%，Mg 0· 040 ~0· 055%，
[0024] Sb 0· 004 ~0· 008%，Mn < 0· 2%，P < 0· 040%，S < 0· 015%，
[0025] Re <0· 010%，余为铁及残余元素；
[0026] c、将球化处理后温度为1380°C的铁液倒进拔塞浇口箱中，同时进行二次孕育，孕 育剂加入量为〇. 25%，以铁液重量百分比计；
[0027] d、打开拔塞装置，浇注；成型的铸件自然冷却至200°C后从铸型中取出。
[0028] 所研制的耐高温球墨铸铁其球化率达到GB/T 9441-2009《球墨铸铁金相检验》所 规定的80%以上，铁素体量大于90%，常温及高温力学性能满足下表1的要求。
[0029] 表1.硅钼铁素体球墨铸铁常温及高温力学性能
[0030]
[0031] 本发明的理论依据是：硅是促进石墨化、提高相变温度和抗氧化能力的最常见元 素。硅能在铸铁表面形成具有很好保护效果的SiO 2钝化膜，在各种气氛中都具有优异的抗 氧化性，同时具有一定自愈能力。钼提高球墨铸铁高温强度、增加抗蠕变能力和蠕变断裂 特性，Mo多0.46%时，固溶强化铁素体球墨铸铁效果明显，每增加1%的钼，抗拉强度增加 42Mpa。在球铁中硅与钼形成金属间化合物MoSi2，提高材料的耐磨性、耐高温腐蚀性和耐氧 化性。
[0032] 尤其是锑（Sb)作为改善球墨铸铁石墨形态添加使用。球墨铸铁中加入微量锑后， 在凝固时锑被吸附在石墨和金属基体界面上，形成一层富锑障碍层，阻碍了氧向组织内部 扩散，增加高温抗生长性和热疲劳性能。
[0033] 本发明所具备的优点：
[0034] 1.硅在球墨铸铁中具有双重性。既增加铁素体数量，提高韧性与塑性，同时又 固溶强化铁素体基体，增加强度与硬度。但硅量的增加提高球墨铸铁的脆性-韧性转变温 度，易使铸件产生脆性断裂。比较以上公开的专利，本发明中硅含量显著降低，避免了因硅 含量高而产生的负面效应。
[0035] 2.钼是正偏析的元素，在厚壁铸件中，由于冷却速度低，促进钼的偏析，形成复杂 的合金化合物，降低球墨铸铁的塑性。同时，增加钼含量，促进形成球墨铸铁的晶间缩松。比 较以上公开的