专利名称：电渣熔铸异种钢水轮机导叶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用电渣熔铸工艺制造由至少二种材料组成的水轮机导叶的技术。
背景技术：
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，对能源的需求量日益增加。其中电力是最重要的能源之一。而水力发电又是提供电力的主要途径之一。目前水力发电站安装的发电设备水轮机，其关键部件导叶的瓣体部分在水下工作，要求材料具有高强韧性、耐磨性和抗腐蚀性能以及抗腐蚀疲劳性能，因此目前导叶大多采用低碳马氏体不锈钢材料制成，其代表牌号是ZG06Cr13Ni4Mo。这种材料价格昂贵。整体导叶用低碳马氏体不锈钢制成，就会大大提高水轮机组的整体造价。实际上导叶瓣体分部的重量仅占导叶重量的一半左右，导叶的长轴部分不在水下工作，只起传递力矩和支承作用，对力学的要求远低于瓣体，没有必要采用低碳马氏体不锈钢。但迄今为止，电渣熔铸导叶整体一直沿用单一低碳马氏体不锈钢，这无疑造成了较大的浪费。
目前制造导叶的方法主要有1、砂型整体制造。该制造方法是目前国内外制造导叶的主要方法。这种方法制造出的导叶在铸造过程中易产生缩孔、裂纹等缺陷。
2、瓣体模压成形或砂型铸造成形与轴组焊。采用该方法制造出的导叶工序复杂，生产周期长，且易产生铸造缺陷。
3、整体锻造导叶。这种工艺方法通常只适用于制造小型导叶。
4、电渣熔铸导叶。采用这种方法制造出的导叶，其导叶短轴、瓣体、长轴均为同一材料，成本高，浪费资源。
发明内容本发明的目的，是提供一种符合各种水轮机使用技术要求，且质量高、价格低的导叶。
本发明要解决的另一技术问题，是提供一种由异种钢一体成形制造导叶的方法。
采用的技术方案是电渣熔铸异种钢水轮机导叶，由导叶短轴、导叶瓣体和导叶长轴构成，导叶短轴和导叶瓣体采用低碳马氏体不锈钢自耗电极，导叶长轴采用其它水轮机材料自耗电极，通过电渣熔铸法制成一整体结构。即导叶短轴为低碳马氏体不锈钢短轴、导叶瓣体为低碳马氏体不锈钢瓣体，导叶长轴为其它水轮机材料长轴，且导叶短轴，导叶瓣体，导叶长轴为一整体结构。
上述导叶短轴也可由其它水轮机材料自耗电极通过电渣熔铸法制成。
上述低碳马氏体不锈钢导叶瓣体的电极成分可采用表1所示的成分。
上述导叶短轴和长轴的电极成分可采用表2所示的成分。
表1 瓣体成形用电极成分 质量分数(％)包含W、V的C SiMn SP Cr Ni MoCu备注残余元素总量≤0.07 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.04 ≤0.04 8.0～18.0 3.0～8.0 ≤2.0 ≤4.0≤1.0 其余为Fe表2 与瓣体用电极异同的电极成分 质量分数(％)包含W、V的C SiMn S P Cr Ni Mo Cu 备注残余元素总量≤0.4 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.04 ≤0.04 ≤18.0 ≤8.0 ≤2.0 ≤4.0 ≤1.0 其余为Fe一种导叶的制造方法，包括下述工艺过程1、按导叶设计规格制造出下结晶器和上结晶器，即上铸模和下铸模。结晶器材料可选用铜或钢。
2、自耗电极选用。导叶瓣体电极成分见表1。长轴电极成分见表2。导叶短轴电极可选择表1的成分，也可选择表2的成分。
3、电渣熔铸工艺。按常规电渣熔铸导叶的工艺熔铸异种钢水轮机导叶。
本发明具有如下优点1、金属质量优良。金属纯度高，组织致密，成分均匀，表面光洁；2、工艺稳定。凝固组织可控制，质量和性能再现性高；3、毛坯尺寸精确，可减少加工量；4、设备简单，操作方便，省去造型等工序，无冒口，成材率高，成品率高。除了需将不同材料的电极组合外，其余工艺与单一材料电渣熔铸导叶工艺完全一致，不需要增加新的工序和工装。
5、成本低，与由单一低碳马氏体不锈钢材料制成的电渣熔铸水轮机导叶相比成本有较大幅度降低，可节省大量低碳马氏体不锈钢。
图1为电渣熔铸导叶的结晶器和工艺过程示意图。
图2为ZG06Cr13Ni4Mo-20SiMn双金属导叶示意图(熔合线以左为ZG06Cr13Ni4Mo，熔合线以右为从20SiMn电极开始熔化起的材料)。
附图标号说明1为短轴、2为导叶瓣体、3为长轴、4为自耗电极、5为渣池、6为金属熔池、7为导叶已凝固部分、8为结晶器、9为底板、10为熔合线。
具体实施方式
一种导叶，其长轴长990mm、长轴大端Φ255mm、长轴小端Φ198mm，导叶瓣体长780mm、宽450mm，导叶短轴长175mm、Φ180mm。导叶瓣体和短轴采用低碳马氏体不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo自耗电极，导叶长轴采用20SiMn锻钢自耗电极，通过电渣熔铸法制成一整体结构的导叶(见图2)。
ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢自耗电极成分见表3，20SiMn锻钢自耗电极的成分见表4。
表3 ZG06Cr13Ni4Mo电极成分 质量分数(％)C SiMnS P Cr NiMoCuW V 备注余量主0.045 0.56 0.55 0.030 0.02 13.70 4.60 0.68 0.22 0.07 0.02要为Fe表4 20SiMn锻钢电极成分 质量分数(％)C Si MnS P CrNiMo备注0.15 0.60 1.20 0.025 0.02 0.21 0.17 0.08余量主要为Fe采用焊接方式联接异种钢电极。按常规电渣熔铸导叶的工艺熔铸异种钢导叶。
按照短轴→瓣体→长轴的顺序熔铸导叶，以导叶长轴熔合线10为界，包括瓣体一侧的成分如表5所示，长轴小端端部成分如表6所示。
表5 以熔合线为界包括瓣体一侧的成分质量分数(％)C SiMnS P Cr NiMo备注0.04 0.45 0.53 0.015 0.016 13.73 4.60 0.65 余量主要为Fe表6 长轴小端端部的成分 质量分数(％)C SiMnS P CrNiMo备注0.146 0.59 1.18 0.016 0.016 0.28 0.19 0.085 余量主要为Fe与采用单一ZG06Cr13Ni4Mo材料制备的电渣熔铸导叶相比，该例子中短轴和瓣体采用ZG06Cr13Ni4Mo，长轴采用20SiMn，成本降低30％。
权利要求
1.电渣熔铸异种钢水轮机导叶，导叶由导叶短轴(1)、导叶瓣体(2)和导叶长轴(3)构成，其特征在于导叶短轴(1)和导叶瓣体(2)采用低碳或超低碳马氏体不锈钢自耗电极，导叶长轴(3)采用其它水轮机材料自耗电极，通过电渣熔铸法制成一整体结构；导叶短轴也可采用其它水轮机材料自耗电极。
2.根据权利要求1所述的电渣熔铸异种钢水轮机导叶，其特征在于所述的低碳或超低碳马氏体不锈钢电极和成形后导叶相应部分的成分，质量分数，％C≤0.07、Si≤1.0、Mn≤2.0、S≤0.04、P≤0.04、Cr＝8.0～18.0、Ni＝3.0～8.0、Mo≤2.0、Cu≤4.0，包括W、V的残余元素总量≤1.0，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的电渣熔铸异种钢水轮机导叶，其特征在于所述的其它水轮机材料电极及成形后导叶相应部分的成分，质量分数，％C≤0.4、Si≤1.0、Mn≤2.0、S≤0.04、P≤0.04、Cr≤18.0、Ni≤8.0、Mo≤2.0、Cu≤4.0，包含W、V的残余元素总量≤1.0，余量为Fe。
全文摘要
电渣熔铸异种钢水轮机导叶，导叶由导叶短轴、导叶瓣体和导叶长轴构成，其特点在于导叶短轴和导叶瓣体采用低碳或超低碳马氏体不锈钢自耗电极，导叶长轴采用其它水轮机材料自耗电极，通过电渣熔铸法制成一整体结构，导叶短轴也可采用其它水轮机材料自耗电极。本发明的优点在于金属质量优良、工艺稳定、毛坯尺寸精确，可减少加工量，设备简单，操作方便，成材率高，成品率高。除了需将不同材料的电极组合外，其余工艺与单一材料电渣熔铸导叶工艺完全一致，不需要增加新的工序和工装，且成本低，与由单一低碳马氏体不锈钢材料制成的电渣熔铸水轮机导叶相比成本有较大幅度降低，可节省大量低碳马氏体不锈钢。
文档编号B22D23/10GK1613579SQ20041005055
公开日2005年5月11日 申请日期2004年10月9日 优先权日2004年10月9日
发明者赵芳欣, 陈瑞, 李宝东, 于波, 张瑛洁, 王景成, 郝学卓 申请人:沈阳铸造研究所