專利名稱：超臨界機組用c12a材料鑄件的鑄造生產方法
技術領域：
本發明涉及鑄造技術領域，具體涉及一種高溫高壓超超臨界用閥體產品的鑄造生產方法。
背景技術：
·C12A材料是美國ASTM和ASME材料標準中最高端耐高壓、高溫材料，我國近年來開發的600MW至1000MW超臨界和超超臨界特大型鍋爐電站閥門的必用材料。由于其在550°C和55MPa (工作常態)下工作性能穩定可靠將取代傳統的ZG20CrMoV、ZG15CrlMolV、WC9等耐高溫高壓材料，填補我國蒸汽管道590-650°C溫度范圍內的材料空缺，使超臨界和超超臨界大型機組電站的發展解除了瓶頸。我國現在使用的大C12A材質閥體的生產目前受外國工藝技術的封鎖，進口此材質的閥體每噸需要30萬兀左右，價格相當的昂貴，而國內最聞成品價格才10萬兀/噸。若國內能直接鑄造生產出C12A材質，使用該材質的電站閥門產品將其打入國際市場，將會為我國的火電設備發展產生很大的影響，具有廣闊的市場前景和良好的經濟效益。美標C12A 化學成分為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閥體產品鑄造生產時主要技術難點體現在以下見個方面1.此產品因化學成分C的范圍窄，只有O. 08-0. 12%，同時S的要求在彡O. 010%，Cr 含量較高在 8. 0-9. 5，同時含有 Nb 0. 060-0. 10%，N 為 O. 030-0. 070，V 為 O. 18-0. 25%,Al為< O. 040化學成分范圍窄，控制元素多，合金加入量大，熔煉時間長，鋼水易氧化，熔煉難度大。2.此產品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，稍有不慎產品成型后裂紋缺陷嚴重。材質的鋼水流動性差，且Cr極易氧化形成夾渣物影響鑄件內在質量。3.此閥體的壁厚一般都比較薄，結構工藝性差，傳統的平鑄平澆工藝對此閥體的補縮上存在很大的困難，產品的內在質量難以保證。4.因此材料使用性能要求較高，對產品的熱處理要求較高，目前國內無現成的熱處理工藝，必須經過大量的試驗，才能掌握。產品的機械性能要求較高，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，材料在轉變馬氏體的過程中體積為迅速膨脹，因此在整個生產過程中如出箱清理、切割澆冒口以及補焊、熱處理等過程必須嚴格控制才能保證產品在鑄造過程中不產生裂紋等缺陷。為了解決現有技術中的上述不足，本發明提出了一種新的解決方案。

發明內容
本發明的目的是提供一種鑄造生產超超臨界C12A材料用高溫高壓閥體產品的鑄造生產方法，該方法通過對鋼水化學成分控制、鋼水冶煉過程、鑄造工藝和熱處理過程控制，實現超超臨界C12A材料高溫高壓閥體產品的鑄造生產，并使鑄件完全滿足產品的技術要求。為達上述發明目的，本發明所采用的技術方案是提供了一種超臨界、超超臨界機組用C12A材料鑄件的鑄造生產方法，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。為實現對步驟⑴中對合金加入時對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Nb、N元素的控制時通過計算加入合適的鈮鐵和氮化鉻來調整化學成分含量，同時在熔化脫碳時將C、S含量控制在較低的范圍內，以保證鋼水的化學成分 合格。步驟(2)中采用復合脫氧劑對鋼水進行去氣脫氧。步驟(3)采用LF的鋼包精煉爐對鋼水進行二次精煉，深脫硫處理，并同時為防止Cr含量高引起的鑄造夾渣等鑄造缺陷的產生，在出鋼時在鋼包內吹入氬氣對鋼水進行凈化，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、在鑄型內在澆注前吹入一定量的氬氣，使澆入的鋼水不產生吸氣氧化，減少鑄件缺陷的產生；B、進行平鑄立澆，將鑄件的中管端面向上、中管上放置冒口并在其下部增設冒口補貼，在支管泥芯內補縮困難的底部增設暗冒口，加強補縮。。在所述冒口的設置上采用英國富土科的高效保溫板，強化對鑄件的補縮作用。在步驟(5)中先進行退火消應力處理再進行探傷消缺、焊補、消應力合格后再進行性能熱處理的方式，大大提高了產品的質量，防止裂紋等在生產過程控制中的出現。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條件下進爐以加熱至300°C，保溫2小時后，以彡70°C /h速度升溫至520± 10°C，保溫1. 5小時，然后，經彡80°C /h的升溫速度升溫至680±10°C，保溫2小時，再以90°C /h的速度升溫至1040±10°C后保溫4h后進行空冷至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，然后，經彡800C /h的升溫速度升溫至77± 10°C后保溫6h后爐冷至< 200°C后進行出爐。通過本發明制得的最終產品的機械性能達到屈服強度os>415(MPa)、ob585-720 (MPa)、δ 5彡20%, Ψ彡45%、范圍內及鑄件金相組織為板條狀馬氏體，鐵素體含量小于3%，HB達到190-220的范圍內，達到產品的使用要求。
具體實施例方式下面對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。本發明的目的是提供一種鑄造生產超超臨界C12A材料用高溫高壓閥體產品的鑄造生產方法，該方法通過對鋼水化學成分控制、鋼水冶煉過程、鑄造工藝和熱處理過程控制，實現超超臨界C12A材料高溫高壓閥體產品的鑄造生產，并使鑄件完全滿足產品的技術要求。由于C12A材質其化學成分要求范圍較窄，其中C含量僅為O. 08-0. 12%，S含量為(O. 010%, Cr、Mo元素含量又較高，同時還含有Nb、N稀有元素，熔煉上存在很大的困難，為解決合金加入時對C、S含量的控制，在配料上經過精心的計算采用低碳、低硫磷的合金或采用金屬等直接加入，對Nb、N元素的控制時通過計算加入合適的鈮鐵和氮化鉻來調整化學成分含量，同時在熔化脫碳時將C、S含量控制在較低的范圍內，以保證鋼水的化學成分合格。在鋼水的去氣的處理因含量鋁元素有控制范圍，傳統以加鋁來進行脫氧的方式不再可行，我公司采用一種新型的復合脫氧劑對鋼水進行去氣脫氧。同時采用LF的鋼包精煉爐對鋼水進行二次精煉，深脫硫處理，并同時為防止Cr含量高引起的鑄造夾渣等鑄造缺陷的產生，在出鋼時在鋼包內吹入氬氣對鋼水進行凈化，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。并在鑄型內在澆注前吹入一定量的氬氣，使澆入的鋼水不產生吸氣氧化，減少鑄件缺陷的產生。在鑄造工藝上近年來，隨著電站對閥門產品的內在質量的嚴格要求，鑄件由原來的不要求超聲波探傷到現在的全身超聲波探傷檢查，對鑄造質量提出了更大的要求。特別對于C12A材質的閥體產品，由于材質的特性此類閥體的鑄造按傳統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冒口補貼，在支管泥芯內補縮困難的底部增設暗冒口，加強補縮。在冒口的設置上采用英國富土科的高效保溫板，強化對鑄件的補縮作用。在后序熱處理中為保證產品的機械性能、金相組織、硬度等性能的達到要求，在熱處理上經過精心的測算，先用試樣反復的進行試驗、反復的測試直至測試出合格的性能要求，才試用于產品，在產品上得到了一次成功的好效果后序的生產中為控制中產品不再出現次生缺陷如裂紋等，通過優化生產工藝流程，從傳統的性能熱處理后再進行消缺陷、焊補消應力的工藝流程調整為先進行退火消應力處理再進行探傷消缺、焊補、消應力合格后再進行性能熱處理的方式，大大提高了產品的質量，防止裂紋等在生產過程控制中的出現。產品熱處理過程為熱處理方式1)正火處理在爐溫小于200°C條件下進爐以加熱至300°C，保溫2小時后，以彡70 0C /h速度升溫至520±10°C，保溫1. 5小時，然后，經彡80°C /h的升溫速度升溫至680±10°C，保溫2小時，再以90°C /h的速度升溫至1040±10°C后保溫4h后進行空冷至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，然后，經彡800C /h的升溫速度升溫至77± 10°C后保溫6h后爐冷至< 200°C后進行出爐。最終產品的機械性能達到屈服強度σ s ^ 415 (MPa)、σ b :585-720 (MPa)、δ 5彡20%、Ψ ^ 45%、范圍內及鑄件金相組織為板條狀馬氏體，鐵素體含量小于3%，HB達到190-220的范圍內，達到產品的使用要求。雖然對本發明的具體實施方式
進行了詳細地描述，但不應理解為對本專利的保護范圍的限定。在權利要求書所描述的范圍內，本領域技術人員不經創造性勞動即可作出的各種修改和變形仍屬本專利的保護范圍。
權利要求
1.超臨界、超超臨界機組用C12A材料鑄件的鑄造生產方法，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.如權利要求1所述的鑄造生產方法，其特征在于為實現對步驟(I)中對合金加入 時對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Nb、N兀素的控制時通過計算加入合適的鈮鐵和氮化鉻來調整化學成分含量，同時在熔化脫碳時將C、S含量控制在較低的范圍內，以保證鋼水的化學成分合格。
3.如權利要求1所述的鑄造生產方法，其特征在于步驟(2)中采用復合脫氧劑對鋼水進行去氣脫氧。
4.如權利要求1所述的鑄造生產方法，其特征在于步驟(3)采用LF的鋼包精煉爐對鋼水進行二次精煉，深脫硫處理，并同時為防止Cr含量高引起的鑄造夾渣等鑄造缺陷的產生，在出鋼時在鋼包內吹入氬氣對鋼水進行凈化，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.如權利要求1所述的鑄造生產方法，其特征在于步驟(4)包括以下步驟，A、在鑄型內在澆注前吹入一定量的氬氣，使澆入的鋼水不產生吸氣氧化，減少鑄件缺陷的產生；B、進行平鑄立澆，將鑄件的中管端面向上、中管上放置冒口并在其下部增設冒口補貼，在支管泥芯內補縮困難的底部增設暗冒口，加強補縮。。
6.如權利要求4所述的鑄造生產方法，其特征在于在所述冒口的設置上采用英國富土科的高效保溫板，強化對鑄件的補縮作用。
7.如權利要求1所述的鑄造生產方法，其特征在于在步驟(5)中先進行退火消應力處理再進行探傷消缺、焊補、消應力合格后再進行性能熱處理的方式，大大提高了產品的質量，防止裂紋等在生產過程控制中的出現。
8.如權利要求7所述的鑄造生產方法，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條件下進爐以加熱至300°C，保溫2小時后，以彡70°C /h速度升溫至520± 10°C，保溫1. 5小時，然后，經彡800C /h的升溫速度升溫至680± 10°C，保溫2小時，再以90°C /h的速度升溫至1040+10°C后保溫4h后進行空冷至200300°C ;b、回火處理■·< 60V /h升溫速度至350±10°C，保溫2小時，然后，經彡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后進行出爐。
全文摘要
本發明公開了一種一種鑄造生產超超臨界C12A材料用高溫高壓閥體產品的鑄造生產方法，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。該方法通過對鋼水化學成分控制、鋼水冶煉過程、鑄造工藝和熱處理過程控制，實現超超臨界C12A材料高溫高壓閥體產品的鑄造生產，并使鑄件完全滿足產品的技術要求。通過本發明制得的最終產品的機械性能達到屈服強度σs≥415(MPa)、σb585-720(MPa)、δ5≥20％、ψ≥45％、范圍內及鑄件金相組織為板條狀馬氏體，鐵素體含量小于3％，HB達到190-220的范圍內，達到產品的使用要求。
文檔編號C22C33/04GK102994898SQ20121036650
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者涂建華 申請人:樂山沙灣天華機械制造有限責任公司