专利名称：超临界机组用c12a材料铸件的铸造生产方法
技术领域：
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种高温高压超超临界用阀体产品的铸造生产方法。
背景技术：
·C12A材料是美国ASTM和ASME材料标准中最高端耐高压、高温材料，我国近年来开发的600MW至1000MW超临界和超超临界特大型锅炉电站阀门的必用材料。由于其在550°C和55MPa (工作常态)下工作性能稳定可靠将取代传统的ZG20CrMoV、ZG15CrlMolV、WC9等耐高温高压材料，填补我国蒸汽管道590-650°C温度范围内的材料空缺，使超临界和超超临界大型机组电站的发展解除了瓶颈。我国现在使用的大C12A材质阀体的生产目前受外国工艺技术的封锁，进口此材质的阀体每吨需要30万兀左右，价格相当的昂贵，而国内最闻成品价格才10万兀/吨。若国内能直接铸造生产出C12A材质，使用该材质的电站阀门产品将其打入国际市场，将会为我国的火电设备发展产生很大的影响，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。美标C12A 化学成分为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%。超超临界C12A阀体产品铸造生产时主要技术难点体现在以下见个方面1.此产品因化学成分C的范围窄，只有O. 08-0. 12%，同时S的要求在彡O. 010%，Cr 含量较高在 8. 0-9. 5，同时含有 Nb 0. 060-0. 10%，N 为 O. 030-0. 070，V 为 O. 18-0. 25%,Al为< O. 040化学成分范围窄，控制元素多，合金加入量大，熔炼时间长，钢水易氧化，熔炼难度大。2.此产品C12A材料其铸造工艺性差，冶炼难度大、浇注温度可控范围仅30度，稍有不慎产品成型后裂纹缺陷严重。材质的钢水流动性差，且Cr极易氧化形成夹渣物影响铸件内在质量。3.此阀体的壁厚一般都比较薄，结构工艺性差，传统的平铸平浇工艺对此阀体的补缩上存在很大的困难，产品的内在质量难以保证。4.因此材料使用性能要求较高，对产品的热处理要求较高，目前国内无现成的热处理工艺，必须经过大量的试验，才能掌握。产品的机械性能要求较高，金相组织中铁素体的含量小于3%。5.此材料的金相组织为为板条状马氏体，材料在转变马氏体的过程中体积为迅速膨胀，因此在整个生产过程中如出箱清理、切割浇冒口以及补焊、热处理等过程必须严格控制才能保证产品在铸造过程中不产生裂纹等缺陷。为了解决现有技术中的上述不足，本发明提出了一种新的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造生产超超临界C12A材料用高温高压阀体产品的铸造生产方法，该方法通过对钢水化学成分控制、钢水冶炼过程、铸造工艺和热处理过程控制，实现超超临界C12A材料高温高压阀体产品的铸造生产，并使铸件完全满足产品的技术要求。为达上述发明目的，本发明所采用的技术方案是提供了一种超临界、超超临界机组用C12A材料铸件的铸造生产方法，其特征在于包括以下步骤，(I)初炼；(2)去气脱氧；
(3)二次精炼，深脱硫处理；(4)平铸立浇；(5)在后序热处理。为实现对步骤⑴中对合金加入时对C、S含量的控制，采用低碳、低硫磷的合金或采用金属直接加入；对Nb、N元素的控制时通过计算加入合适的铌铁和氮化铬来调整化学成分含量，同时在熔化脱碳时将C、S含量控制在较低的范围内，以保证钢水的化学成分 合格。步骤(2)中采用复合脱氧剂对钢水进行去气脱氧。步骤(3)采用LF的钢包精炼炉对钢水进行二次精炼，深脱硫处理，并同时为防止Cr含量高引起的铸造夹渣等铸造缺陷的产生，在出钢时在钢包内吹入氩气对钢水进行净化，让钢水中的夹渣物和氧气、氢气等气体排出，使钢水尽量纯净。步骤(4)包括以下步骤，A、在铸型内在浇注前吹入一定量的氩气，使浇入的钢水不产生吸气氧化，减少铸件缺陷的产生；B、进行平铸立浇，将铸件的中管端面向上、中管上放置冒口并在其下部增设冒口补贴，在支管泥芯内补缩困难的底部增设暗冒口，加强补缩。。在所述冒口的设置上采用英国富土科的高效保温板，强化对铸件的补缩作用。在步骤(5)中先进行退火消应力处理再进行探伤消缺、焊补、消应力合格后再进行性能热处理的方式，大大提高了产品的质量，防止裂纹等在生产过程控制中的出现。所述性能热处理包括以下步骤，a、正火处理在炉温小于200°C条件下进炉以加热至300°C，保温2小时后，以彡70°C /h速度升温至520± 10°C，保温1. 5小时，然后，经彡80°C /h的升温速度升温至680±10°C，保温2小时，再以90°C /h的速度升温至1040±10°C后保温4h后进行空冷至200-300°C ;b、回火处理彡60°C /h升温速度至350± 10°C，保温2小时，然后，经彡800C /h的升温速度升温至77± 10°C后保温6h后炉冷至< 200°C后进行出炉。通过本发明制得的最终产品的机械性能达到屈服强度os>415(MPa)、ob585-720 (MPa)、δ 5彡20%, Ψ彡45%、范围内及铸件金相组织为板条状马氏体，铁素体含量小于3%，HB达到190-220的范围内，达到产品的使用要求。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
做详细的说明。本发明的目的是提供一种铸造生产超超临界C12A材料用高温高压阀体产品的铸造生产方法，该方法通过对钢水化学成分控制、钢水冶炼过程、铸造工艺和热处理过程控制，实现超超临界C12A材料高温高压阀体产品的铸造生产，并使铸件完全满足产品的技术要求。由于C12A材质其化学成分要求范围较窄，其中C含量仅为O. 08-0. 12%，S含量为(O. 010%, Cr、Mo元素含量又较高，同时还含有Nb、N稀有元素，熔炼上存在很大的困难，为解决合金加入时对C、S含量的控制，在配料上经过精心的计算采用低碳、低硫磷的合金或采用金属等直接加入，对Nb、N元素的控制时通过计算加入合适的铌铁和氮化铬来调整化学成分含量，同时在熔化脱碳时将C、S含量控制在较低的范围内，以保证钢水的化学成分合格。在钢水的去气的处理因含量铝元素有控制范围，传统以加铝来进行脱氧的方式不再可行，我公司采用一种新型的复合脱氧剂对钢水进行去气脱氧。同时采用LF的钢包精炼炉对钢水进行二次精炼，深脱硫处理，并同时为防止Cr含量高引起的铸造夹渣等铸造缺陷的产生，在出钢时在钢包内吹入氩气对钢水进行净化，让钢水中的夹渣物和氧气、氢气等气体排出，使钢水尽量纯净。并在铸型内在浇注前吹入一定量的氩气，使浇入的钢水不产生吸气氧化，减少铸件缺陷的产生。在铸造工艺上近年来，随着电站对阀门产品的内在质量的严格要求，铸件由原来的不要求超声波探伤到现在的全身超声波探伤检查，对铸造质量提出了更大的要求。特别对于C12A材质的阀体产品，由于材质的特性此类阀体的铸造按传统的平铸平浇工艺就更难保证了，在此条件下我公司将阀体的平铸平浇工艺改为平铸立浇工艺，将铸件的中管·端面向上、中管上放置冒口并在其下部增设冒口补贴，在支管泥芯内补缩困难的底部增设暗冒口，加强补缩。在冒口的设置上采用英国富土科的高效保温板，强化对铸件的补缩作用。在后序热处理中为保证产品的机械性能、金相组织、硬度等性能的达到要求，在热处理上经过精心的测算，先用试样反复的进行试验、反复的测试直至测试出合格的性能要求，才试用于产品，在产品上得到了一次成功的好效果后序的生产中为控制中产品不再出现次生缺陷如裂纹等，通过优化生产工艺流程，从传统的性能热处理后再进行消缺陷、焊补消应力的工艺流程调整为先进行退火消应力处理再进行探伤消缺、焊补、消应力合格后再进行性能热处理的方式，大大提高了产品的质量，防止裂纹等在生产过程控制中的出现。产品热处理过程为热处理方式1)正火处理在炉温小于200°C条件下进炉以加热至300°C，保温2小时后，以彡70 0C /h速度升温至520±10°C，保温1. 5小时，然后，经彡80°C /h的升温速度升温至680±10°C，保温2小时，再以90°C /h的速度升温至1040±10°C后保温4h后进行空冷至200-300°C。2)回火处理彡60°C /h升温速度至350±10°C，保温2小时，然后，经彡800C /h的升温速度升温至77± 10°C后保温6h后炉冷至< 200°C后进行出炉。最终产品的机械性能达到屈服强度σ s ^ 415 (MPa)、σ b :585-720 (MPa)、δ 5彡20%、Ψ ^ 45%、范围内及铸件金相组织为板条状马氏体，铁素体含量小于3%，HB达到190-220的范围内，达到产品的使用要求。虽然对本发明的具体实施方式
进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
权利要求
1.超临界、超超临界机组用C12A材料铸件的铸造生产方法，其特征在于包括以下步骤，(I)初炼；(2)去气脱氧；(3) 二次精炼，深脱硫处理；(4)平铸立浇；(5)在后序热处理。
2.如权利要求1所述的铸造生产方法，其特征在于为实现对步骤(I)中对合金加入 时对C、S含量的控制,米用低碳、低硫磷的合金或米用金属直接加入；对Nb、N兀素的控制时通过计算加入合适的铌铁和氮化铬来调整化学成分含量，同时在熔化脱碳时将C、S含量控制在较低的范围内，以保证钢水的化学成分合格。
3.如权利要求1所述的铸造生产方法，其特征在于步骤(2)中采用复合脱氧剂对钢水进行去气脱氧。
4.如权利要求1所述的铸造生产方法，其特征在于步骤(3)采用LF的钢包精炼炉对钢水进行二次精炼，深脱硫处理，并同时为防止Cr含量高引起的铸造夹渣等铸造缺陷的产生，在出钢时在钢包内吹入氩气对钢水进行净化，让钢水中的夹渣物和氧气、氢气等气体排出，使钢水尽量纯净。
5.如权利要求1所述的铸造生产方法，其特征在于步骤(4)包括以下步骤，A、在铸型内在浇注前吹入一定量的氩气，使浇入的钢水不产生吸气氧化，减少铸件缺陷的产生；B、进行平铸立浇，将铸件的中管端面向上、中管上放置冒口并在其下部增设冒口补贴，在支管泥芯内补缩困难的底部增设暗冒口，加强补缩。。
6.如权利要求4所述的铸造生产方法，其特征在于在所述冒口的设置上采用英国富土科的高效保温板，强化对铸件的补缩作用。
7.如权利要求1所述的铸造生产方法，其特征在于在步骤(5)中先进行退火消应力处理再进行探伤消缺、焊补、消应力合格后再进行性能热处理的方式，大大提高了产品的质量，防止裂纹等在生产过程控制中的出现。
8.如权利要求7所述的铸造生产方法，其特征在于所述性能热处理包括以下步骤，a、正火处理在炉温小于200°C条件下进炉以加热至300°C，保温2小时后，以彡70°C /h速度升温至520± 10°C，保温1. 5小时，然后，经彡800C /h的升温速度升温至680± 10°C，保温2小时，再以90°C /h的速度升温至1040+10°C后保温4h后进行空冷至200300°C ;b、回火处理■·< 60V /h升温速度至350±10°C，保温2小时，然后，经彡80°C /h的升温速度升温至77±10°C后保温6h后炉冷至彡200°C后进行出炉。
全文摘要
本发明公开了一种一种铸造生产超超临界C12A材料用高温高压阀体产品的铸造生产方法，包括以下步骤，(1)初炼；(2)去气脱氧；(3)二次精炼，深脱硫处理；(4)平铸立浇；(5)在后序热处理。该方法通过对钢水化学成分控制、钢水冶炼过程、铸造工艺和热处理过程控制，实现超超临界C12A材料高温高压阀体产品的铸造生产，并使铸件完全满足产品的技术要求。通过本发明制得的最终产品的机械性能达到屈服强度σs≥415(MPa)、σb585-720(MPa)、δ5≥20％、ψ≥45％、范围内及铸件金相组织为板条状马氏体，铁素体含量小于3％，HB达到190-220的范围内，达到产品的使用要求。
文档编号C22C33/04GK102994898SQ20121036650
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者涂建华 申请人:乐山沙湾天华机械制造有限责任公司