天然气压缩机气缸体铸件的材质改进.pdf

天然气压缩机气缸体铸件的材质改进 王有清 ，胡飞2 ，施华武 ，范 晓明2 1 ． 湖北天 门石油三机铸造 有限责任公司 ，湖北 天门 4 3 1 7 3 4 2 ． 武汉理工大学材料科 学与工程学院，湖北 武 汉 4 3 0 0 7 0 摘要 气缸体铸件 是R D s 天然气压缩机组 的关键部件 。由于其结构 复杂 、壁厚 不均，且 性能要 求较 高，铸件易因材质疏松、裂纹等铸造缺陷而致渗漏报废。针对性改进材质后，基本解决了 铸件材质疏松问题，降低 了废品率，获得了较好的经济效益。 关键词气缸体；疏松；渗漏；铸铁 中图分类号T G 2 5 7 文献标识码A 文章编 号1 6 7 3 3 3 2 0 2 0 1 1 0 1 - 0 0 0 7 - 0 2 I m pr ov emen t of Na t ur a l Gas Com pr e s sor Cyl i nde r Cas t i ng Mat er i al W a n g Y o u q i n g ’ ， Hu F e i ， Sh i Hu a wu ’ ， F a n Xi a o mi n g 。 1 ． H u b e i “ r i a n me n P e t r o l e u m N o ． 3 Ma c h i n e r y P l a n t C a s t i n g C o ． ， L t d ． ， T i a n me n 4 3 1 7 3 4 ， H u b e i C h i n a 2 ． S c h o o l o f Ma t e r i a l s Sc i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， W u h a n Un iv e r s i t y o f T e c h n o lo g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0 ， Hu b e i ， Ch i n a Ab s t r a c t RDS c y l i n d e r b l o c k c a s t i n g s a r e k e y c o mp o n e n t s o f n a t u r a l g a s c o mp r e s s o r s ． Be c a u s e o f t h e i r c o mp l i c a t e d d o u b l e - l a y e r wa l l ，u n e v e n wa l l t h i c k n e s s a n d h i g h b e a r i n g p r e s s u r e p e r f o r ma n c e r e q u i r e me n t s ， t h e c a s t i n g s we r e o f t e n s c r a p p e d d u e t o l e a k a g e c a u s e d b y c a s t i n g d e f e c t s ， s u c h a s p o r o s i t y , c r a c k ， e t c ． Aft e r i mp r o v i n g t h e ma t e r i a l o f c a s t i n g s ， t h e p r o b l e m o f p o r o s i ty wa s s o l v e d a n d t h e r e j e c t r a t e wa s a l s o r e d u c e d ． Ke y wo r d s c y l i n d e r ； p o r o s i t y； l e a k a g e ； c a s t i r o n 我国于上世纪8 O 年代引进美国德来赛一 兰德公 司开发 的系列压缩机组 ，并实施 国产化 。其 中的气 缸体铸件 由于具有气层与水层相隔的双层结构，壁 厚相差较大，抗渗要求较 高，导致其废 品率居高不 下。这不仅直接影响 了机组 的装机进程 ，而且增加 了铸件 的成本 。此外 ，由于石化规模 的不断扩大， 设备大 型化 已成为 明显趋势⋯，业界对机 组提 出了 增 压要求 ，原压 缩机缸 体材质 已难 以满足客 户要 求 。因此 ，气缸体铸件 的材质也亟需改进和提高 ， 以满足产品的升级换代要求。 1 气缸体铸件 的技术要求 气 缸体 铸件 的材质 为合金灰 铸铁 ，参考化 学 成分为 c o c 3 ． 2 ％- 3 ． 4 ％，o g S i 1 ． 6 ％～ 1 ． 8 ％， c o Mn ≤O ． 9 ％，∞ P ≤0 ． 0 6 5 ％，∞ S ≤0 ． 1 2 ％， c o Mo 0 ． 2 5 ％ 0 ． 3 5 ％，c o S n 0 ． 0 6 ％～ 0 ． 1 0 ％。材 料 的金相显微 组织 要求 以层片状 珠光体 为基体 ， 并 带有均匀 分布 的片状石 墨 ，游 离铁素 体 的体积 分 数不 应 超过 5 ％，金 属碳 化 物和 磷 共 晶必 须分 布 均匀 ，二者 体 积 分数 之和 不 超过 5 ％。力 学性 能要 求单铸 试棒 的抗 拉强度 ≥2 8 0 MP a ，硬度为 2 3 0 ～ 2 8 0 HB W 。铸件 不允许有裂 纹 、夹砂 等影响 强度 的缺 陷，且外 观光洁 ，无毛刺 、 凸瘤 、孔眼 等缺 陷 。气道 和水道 分别进 行水压试 验 ，气 道最 大水压试验压力 为2 7 MP a ，不得有渗漏现象 。 2生产状况及存在问题 RDS 系列压 缩机配 备2 O 多种尺 寸的气缸 ，主 体壁厚在3 0 ～ 6 0 mm之间，不同品种气缸体的铸件 质 量为6 6 2 ～1 6 0 0 k g 。生产条件 为 中频炉熔炼 ， 呋 喃树脂砂 造型 工艺 。在 国产化 过程 中 ，气缸体 在 水 压 试 验 和 抗 拉 强 度 两方 面 难 以达 到 要 求 ， 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 - 2 0 。 作者简介王有清 1 9 6 4 一 ，男，工程师，主要从事铸造生产技术及管理工作 。 2 。 l 1年 第 1期 l 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 虱 铸Found造ry Eng工inoe程ring 主要表现为 水压试验严重渗 漏和强度 不稳定 。经 过攻 关 研 究 ，得 到 了一 定 的改 善 。但 是 ，近 几 年 由于 铸造 企 业 改制 和 机 组 性 能要 求 的 提 高及 设计改变等 原因 ，导致铸件 的 内、外废 品率高达 4 0 ％- 5 0 ％。对近几年缸体铸件废 品进行 的统计结 果表 明，约7 0 ％的铸件废 品是 由于试压渗漏 、开 裂 而致废 。由于试 压检测 时出现渗漏和 开裂 的均 为 已完成机加工 的铸 件 ，造成 了高额 的机加 工工 时索赔和工期延误。 3 原 因分析 及改进措施 通过统计分析和进行铸件实体缺陷分析，发现 产生渗漏的原 因主要是厚壁热节处的缩松 ，由于偏 芯等原因而导致加工后气道和水道贯通 ，由于无 冒 口铸件凝固位置上部的缩孔及材质缩松 ，以及铸件 内部有贯穿裂纹等。产生铸件裂纹及 开裂的原 因主 要是由于铸造应力引起 的，为了提高铸件的硬度 ， 开箱时间过早 ，铸件没有进行时效处理 。此外 ，由 于钼铁近几年价格飞涨，锡的价格也较高，导致铸 件成本增加 。为降低铸件成本，企业减少了锡的加 入量 ，并用铬、铜替代钼元素的作用 ，加之 回炉料 管理与使用存在一些 问题 ，致使成分 出现波动，引 起抗拉强度不稳定，有时出现硬度较低现象。 根据产生铸件废品的原因及产品升级换代的新 要求 ，主要对铸件 的材质进行 了相应 的整改并采取 提高措施。企业 以前采用冲天炉熔炼 ，现改为中频 感应 电炉熔炼。因此，原配方和熔炼及处理工艺亦 要做相应的调整 ，并较好地保证铜、锡等合金元素 的含量和化学成分的稳定 。在调整到位后，稳定的 化学成分和处理工艺基本可以满足合金灰铸铁的要 求。由于机组对缸体增压性能的要求不断提高，原 合金灰铸铁材质则显得有些不够 。 蠕墨铸 铁具有拉抗强 度 、伸长率 、耐磨性 、 断面敏感性和铸造性能均优于合金灰铸铁 ，而热传 导性能与之相近 ，缩孔和缩松倾 向也较小， 致 密性 好[ 】 的特 点。同时，蠕 墨铸铁的体积收缩和线收缩 与普通灰铸铁差不多，因而提供了利用现有铸造设 备生产的可能性 。在现有中频炉生产条件下试制了 蠕铁材质 的气缸体，其基体组织如 图1 所示 ，效果 较好，可望解决气缸体铸件 的材质 问题。但是，生 产 的蠕铁铸件仍常出现渗漏和开裂 问题 。图2 的取 样分析结果表 明，蠕化过度是主要 问题。蠕化率过 低 ，且存在显微疏松 。显然这是由于生产蠕铁 的铸 8 l z。 年 第 期 造工艺采用的是原灰铁工艺，而生产 的材质却为球 铁 ，导致 出现热节和上部组织的缩松所致。在调整 了蠕化剂加入量和处理温度后 ，得到了较满意的结 果 。针对铸件 的开裂现象，通过适当延长铸件的开 箱 时间 ，并利用铸件的余热进行时效处理【 s 】 ，基本 解决了铸件的开裂 问题 。对于硬度稍低的铸件，进 行适当的热处理 ，有效提高铸件的珠光体含量，达 到 了铸件的技术指标要求。 图1 蠕墨铸铁的显微组织 图2 渗漏铸件本体取样分析结果 4 结语 气缸 体铸件是压缩 机 的关键 部件 ，由于 形状 较 复杂 、壁 厚不均且性 能要求较 高，易产 生铸造 缺 陷而使铸件 致废 。蠕 墨铸铁 的特 性使其可 以满 足铸 件性 能不断增长 的要求 。但是 ，铸造工 艺的 稳定是生产出优质气缸体铸件 的基本保证 。 参考文献 [ 1 ] 王廷俊． 气体压缩机在石化行业的应用和发展[ J ] ． 2 0 0 5 3 8 1 0 ．1 6． [ 2 】 刘春雷． R U T 3 4 0 材质在6 L气缸体上的应用[ D] ． 上海 上海 交通大学， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 童思艺． 利用铸件余热减少铸造残余应力【 J ] ． 铸造， 2 0 0 8 ， 5 7 f 5 5 0 9 ． 5 1 2 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m