阀体锻件制造工艺的研究.pdf

文章编号 100225855 2008 0320019203 作者简介文长春1971 - ,男,工程师,从事金属材料及热处理工艺的研究工作。 阀体锻件制造工艺的研究 文长春1,那帅1,王永山2,岳景东1 1 1 沈阳科金特种材料有限公司,辽宁 沈阳110015; 21 沈阳盛世高中压阀门有限公司,辽宁 沈阳110142 摘要 介绍了用于苛刻工况的阀体用高性能不锈钢0Cr18Ni10Ti的冶炼和锻造方法,论述了 高性能不锈钢的性能和特点,分析了钢试样的测试结果。 关键词 阀体;工艺;冶炼;锻造 中图分类号 TG316 文献标识码 A Research on body forgings manufacturing technology WEN Chang2Chun1, NA Shuai1, WANG Yong2shan2, YUE Jing2dong1 1 1Shenyang Kejin Special Material Co. , Ltd , Shenyang 110015 , China ; 21Shenyang Shengshi High and Medium Pressure Valve Co. , Ltd , Shenyang 110142 , China Abstract Introduces smelting and forging sof high properties stainless steel 0Cr18Ni10Ti used for body in severe service , discusses the perance and characteristics of high properties stainless steel , analyses testing results of steel samples. Key words body; technology; melting; forging 1 概述 用于特殊工况的阀体锻件其使用安全等级为核 一级,质保一级,设计使用寿命达30年。因此要 求阀体用高性能不锈钢锻件,应该具有高纯度、低 缺陷、低偏析、细晶粒和优良的高温机械性能以及 良好的耐蚀性,同时具有一定比例的α相存在。但 是,现有奥氏体钢的力学性能无法满足制造工艺的 技术要求,所以研究其制造工艺是非常重要的。 2 冶炼 阀体锻件对钢的化学成分有严格的要求表 1 。选用镍板的钴含量应 01050 ,对基本炉料 严格控制微量元素Zn、Sn、Sb、Bi和As 〔1〕, 以保 证钢的高温强度和防止低熔点共晶相而引起的热脆 性。将电弧炉熔化后的钢液转入VOD炉精炼。冶 炼中,真空缶的压力为0113103～012103Pa , 根据不同熔炼期碳含量变化相应调整氧的吹入量。 氧的吹入量控制在600～400nm3/ h。在钢液中的碳 接近0105 时停止吹氧,通入氩气搅拌,促进钢 液中[C]和[O ]反应,使钢液中的[ C]小于 0104 ,钢液中的氮随着氩气泡的形成而一同逸出 钢液,从而达到降氮效果。用氧浓差电极测定钢中 [O]含量为01038 ,将造渣材料CaO、CaF和还 原剂Si - Ca先后加入钢液中,在还原结束时钢液 中加入铝终脱氧,经15min脱氧后测定钢液中 [O]含量是为01002 。在VOD炉冶炼中达到了 降碳脱氧和去除钢液中氮的效果。在浇注中采用了 防护与滤渣相关措施铸成4t重的八角锭。对VOD 炉冶炼的钢锭取样分析表2 ,钢锭的化学成分 满足工艺要求。 表1 0Cr18Ni10Ti化学成分Wt CSiMnPSCrNiTiCo ≤0108≤1100≤2100≤01030≤010351710/ 1910910/ 1210≥5C ≤01080 3 锻造由于含钛的奥氏体不锈钢在浇注时钢液的流动 912008年第3期 阀 门 性较差,影响钢锭的表面质量,也给锻造带来一定 困难。阀体锻件用的奥氏体不锈钢要求具有4 ～ 12 的α相,由于α和γ两种相的高温形变抗力不 同,在锻造过程中如果锻造温度和锻比控制不当很 容易在相界产生内部裂纹而使锻件报废。所以选择 合理的锻造温度与锻比尤为重要。 表2 VOD炉冶炼钢锭的化学成分Wt CSiMnPSCrNiTiCoCu 010400161018201028010121719091800156010600116 BNb TaSnSbPbAsCe[O][N] 01000201020 0110 0110 0110 0110 6 ,终锻温度 ≥900℃,水冷。 图1 钢锭加热曲线 4 试样测试 金相试样和力学性能试样均取自经过1 050℃ 5h固溶处理水冷后的本体件上。试样经抛光和 化学试剂腐蚀后在金相显微镜下观察金相组织及夹 杂物。金相检验依据GB/ T 13305 - 1991奥氏体 不锈钢中α-相面积含量金相测定法 、GB/ T 10561 - 2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准 评级图显微检验法和GB/ T 6394 - 2002金属平 均晶粒度测定法评定。锻件金相试样在显微镜下 观察有少量氧化物存在,仅在个别微区存在弥散分 布的微量Ti N、 C 细小夹杂物,因此锻件具有 较高的纯净度,而且组织均匀,晶粒度达6级图 3 。 图2 钢锭锻造升温曲线 图3 奥氏体组织及晶粒度 200 图4 锻件中的α相 300 由于在冶炼时将钢液中的氧控制在较低水平, 结合浇注过程中采用防护与滤渣相关措施,减少了 02 阀 门 2008年第3期 生成氧化物的可能性,因此在金相显微镜下观察有 少量氧化物的存在。钢液中钛的存在易与氮或碳结 合生成微量的Ti N、 C 细小夹杂物图4 ,表 3 。 表3 锻件的晶粒度、α相及夹杂物评定 晶粒度 级 α相 夹杂物级 A类B类C类D类 670001 晶间腐蚀试样经650℃10℃ 的敏化处理,保 温2h后空冷。依据GB 433415 - 2000不锈钢硫 酸-硫酸铜腐蚀试验方法进行晶间腐蚀试验,试 样经腐蚀后双面冷弯180,放大10倍观察弯曲表 面无晶间腐蚀裂纹。 标准拉伸试样是在AG- 5000A和DCS - 25T 试验机上进行拉伸测试,标准冲击试样是在JB - 30B试验机上进行试验。试样在高温及室温下的机 械性能见表4 ,阀体锻件对机械性能要求见表5。 表4 试样在高温及室温下的机械性能 样品 编号 温度 ℃ σb MPa σ012 MPa δ φ 冲击室温 aKUJ/ cm2 a b 室温5452606381206 3504151964077200 室温5352506680192 3504102003976203 通过对阀体进行100 的超声波探伤和液体渗 透探伤均未发现大于Φ116mm当量的缺陷,质量 完全达到了核工程的技术要求。 表5 阀体锻件机械性能 温度 ℃ σb MPa σ012 MPa δ φ 冲击室温 aKUJ/ cm2 室温≥520≥210≥40≥50≥ 128 纵 350提供数据≥147≥35≥46≥ 80 横 5 结语 经 过 大 量 的 试 验,研 制 出 高 性 能 的 0Cr18Ni10Ti钢制造的阀体锻件,该锻件由于采用 形变与再结晶工艺,使锻造中产生的大量位错得以 保留,为获得均匀的组织和细小的晶粒创造了有利 条件。另外,在制造工艺中除了从原材料控制微量 元素Zn、Sn、Sb、Bi和As外,应对钢中间隙元素 C、N和O加以限制。在浇注时采取防护及滤渣等 工艺防止氧化物的产生和夹杂物进入钢中,保证了 锻件具有高纯度和较高的综合性能,验证了冶金工 艺和锻造工艺的合理性。 参考文献 〔1〕 唐纳德 皮克纳.不锈钢手册 〔M〕.北京机械工业出版 社, 1990. 〔2〕 Journal of the Iron and Steel Institute , July 1969. 〔3〕 中国机械工程学会锻造学会.锻压手册 第一卷 〔M〕.北 京机械工业出版社, 1990. 〔4〕 美国金属学会.金属手册,第九版,第三卷 〔M〕.北京 机械工业出版社, 1990. 〔5〕 Journal of the Iron and Steel Institute , October , 1971. 收稿日期 20081021 10 书讯 112008机电产品报价手册-阀门分册 本书由机械工业信息研究院编,机械工业出版社出版 发行。本书是中国阀门价格信息数据库2008年版的纸质出版物,产品价格信息由各单位自报,其内容包 括产品名称、规格、主要技术参数及备注、参考价格、生产厂家、地址、邮政编码及电话等。书号ISBN 978 - 7 - 111 - 21952 - 1 ,定价135100元/册。 21实用阀门设计手册第2版 本书是2002版实用阀门设计手册的修订版。在技术内容 上更加充实和实用。本书共10章,主要介绍了阀门的分类、名词术语、型号编制、压力损失及主要参数、 结构要素、配合精度和表面粗糙度标准、材料及选用、设计计算和设计数据、零部件及选用原则、驱动装 置、检验和试验方法等。书中图、表、公式、数据资料齐全,包括我国现行标准规范、国际通用标准规范 以及相关数据和设计方法,查找方便。本书可供从事阀门设计、安装调试、使用与维修工作的技术人员参 考,也可供相关专业院校师生参考。本书由陆培文主编,机械工业出版社出版。书号ISBN 978 - 7 - 111 - 21599 - 8 ,定价188100元/册。 每册加收书价10 的邮寄包装费,需要者,请与沈阳经济技术开发区开发大路15号沈阳阀门研究所 科技开发信息中心的尹玉杰联系,邮编 110142 ,电话 024 - 25653780。 E - mail sfskkxz chinavalveinfo. net http / / www.chinavalveinfo. net 122008年第3期 阀 门