CN102626769A - 超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺 - Google Patents

Abstract

一种超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺，包括预制砂型、材料冶炼、铸件浇注，开箱落砂和热处理工序，其中砂型中流道砂芯采用铬铁矿呋喃树脂砂，并在铬铁矿呋喃树脂砂的外层填入石英呋喃树脂砂，组成整体砂芯，材料冶炼选用超级双相不锈钢材料ZG00Cr25Ni7Mo4N，控制钢液的化学成分、铁素体含量和PREN值，浇注温度控制在1540-1560℃，开箱落砂后进行强制风冷，同时在铸件厚大部位再加喷雾冷却，去除浇注系统和冒口后，进行热处理。采用本发明制作超级双相不锈钢离心泵泵体铸件，降低了其制造和维护成本，同时提高了耐磨和抗孔蚀性能，延长其使用寿命。

Description

超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺

技术领域

本发明涉及一种超级双相不锈钢离心泵泵体的铸件制作工艺，属于流体输送设备铸造技术领域。

背景技术

第三代超级双相不锈钢属于新型材料，以瑞典开发成功SAF2507为典型代表，主要应用于锻压行业，具有超低碳（≤0.03%）、PREN大于40、高铬（≥25%）、高钼（≥4%）、高氮（0.1―0.3%）的成分特点，具有很高的耐蚀性能和抗磨损性能，逐渐成为海水或氯化腐蚀介质中各种设备的使用材料。

目前超级双相不锈钢之所以没有能迅速应用和推广于铸件，障碍在于其铁素体含量太高，易析出脆性产生铸造裂纹，但是为保证抗磨损和腐蚀性能又需要严格控制铁素体含量范围，同时还存在冶炼、热处理后无法达到铁素体含量控制要求和抗腐蚀性能差的难点。对于结构复杂、壁厚差异大的铸件，因制造工序多，使用超级双相不锈钢铸造难度更大，因此目前用于海水或者卤素介质中的耐腐蚀材料依然使用奥氏体不锈钢或者X2CrNiMoN22-5-2等第二代双相不锈钢，但所述奥氏体不锈钢或者第二代双相不锈钢需要采用涂层和阴极保护技术，存在耗电、易磨损、工艺复杂的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺方法，解决超级双相不锈钢泵体铸件因材料铁素体含量高、铸件结构复杂、壁厚差异大、冷却不均匀、脆性相析出温度范围大导致容易产生裂纹、粘砂等问题，得到一种具有尺寸精度高，内部组织致密，流道内腔无粘砂、耐孔蚀、耐磨，运行可靠，功效高、使用寿命长的超级双相不锈钢离心泵泵体铸件，从而替代依靠涂层和阴极保护技术提高腐蚀性能的传统材料。

本发明所述超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺，包括预制砂型、材料冶炼、铸件浇注，开箱落砂和热处理工序，所述各工序具体步骤及要求为：

1）预制砂型：其中砂型流道砂芯采用铬铁矿呋喃树脂砂，并铬铁矿呋喃树脂砂的外层填入石英呋喃树脂砂，组成整体砂芯，浇注系统为底注布置，使用陶瓷材料制成直浇道，内浇道的截面面积为直浇道截面积的1.2-1.5倍，下箱底面设置外冷铁，外冷铁的安放间距为10-15mm，上箱均匀设置多个冒口；

2）材料冶炼：选用超级双相不锈钢材料ZG00Cr25Ni7Mo4N冶炼，检测并控制钢液的化学水分符合C≤0.03%，Si：0.4～0.7%，Mn：0.5～0.8%，S≤0.030%，P≤0.030%，Cr：24.5～25%，Ni：7～7.5%，Mo：4～4.5%，N：0.15～0.25%，Nb：0.12%，其余是铁元素，钢液铁素体含量40～45%，PREN值41～43；

3）铸件浇注：浇注温度控制在1540-1560℃，等冒口凝固后去除载荷；

4）开箱落砂；铸件在砂型型腔内冷却至1000-1100℃时，开箱落砂，进行强制风冷，同时对铸件厚大部位再加喷雾冷却，去除浇注系统和冒口；

5）热处理：在泵体铸件冷却至300℃±10℃时入炉，保温2-3小时后以200℃/h快速升温至1130℃，再保温4小时，随炉冷至1050℃时淬火。

选用的超级双相不锈钢材料ZG00Cr25Ni7Mo4N采用中频感应电炉+VOD双联法冶炼。

本发明所述制作工艺，使超级双相不锈钢材料在结构复杂的铸件上得以成功运用，可制得超级双相不锈钢离心泵泵体铸件，使泵体省去涂层和阴极保护工序，降低了制造和维护成本，同时提高了其耐磨和抗孔蚀性能，延长其使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺进行详细说明：

实施例为一种十级离心泵泵体，其几何尺寸为2360×1080×345mm、壁厚17～145mm不等、流道复杂、狭窄，拟用超级双相不锈钢ZG00Cr25Ni7Mo4N制作铸件，其铸造工艺方法如下：

以砂型制备、材料冶炼、铸件浇注、开箱落砂和热处理工序为基础进行，具体步骤及要求为：

1）砂型制备：所述泵体铸造工艺方法的难点在于防止泵体流道粘砂，流道砂芯采用铬铁矿呋喃树脂砂，在铬铁矿呋喃树脂砂的外层填入石英呋喃树脂砂，脱模后即与预制的铬矿砂芯自然地组合成整体砂芯，浇注系统经计算按开放式底注布置，全部使用陶瓷材料制成的直浇道，内浇道的截面积为直浇道的1.2～1.5倍，浇注的金属液经直浇道进入横浇道，再经内浇道进入型腔进行底浇，从而均匀地分散金属液的热量，减少对砂芯的热影响，砂型下箱面设置具有激冷作用的不锈钢材料制成的外冷铁，其安放间距为10～15mm，严格地控制金属液浇注后的凝固顺序，因此在砂型上箱与出水法兰等处共设置10个直径为轮毂尺寸壁厚2～2.5倍的冒口，使金属液能自上而下地朝着冒口方向有序地凝固。从而使泵体铸件在整个凝固结晶过程中都能获得金属液的补缩，铸件内的缩孔和缩松最后都被引入冒口内；

2）材料冶炼：选用超级双相不锈钢ZG00Cr25Ni7Mo4N，采用中频感应电炉提供粗炼钢水+VOD精炼的双联冶炼法，通过检测和控制，使钢水化学成分为（重量百分比）C：0.02%，Si：0.56%，Mn：0.67%，S：0.026%，P：0.030%，Cr：24.8%，Ni：7.2%，Mo：4.18%，N：0.23%，Nb：0.12%，其余为铁，钢液铁素体含量40～45%，PREN值41～43；

3）铸件浇注：浇注温度控制在1540-1560℃，为解决该泵体铸件因铁素体含量过高、壁厚差异大，易脆性相析出产生裂纹的难题，在冒口凝固后立即去除载荷；

4）开箱落砂：铸件在砂型型腔内冷却至1000℃时，开箱落砂，针对铸件壁厚采用强制风冷，厚大部位再加喷雾使其急冷快速通过脆性相区域，气割去除浇注系统和冒口后，即获得致密而完整的泵体铸件；

5）热处理：去除浇冒口后的泵体铸件在300℃±10℃时入炉，保温3小时左右后以200℃/h快速升温，在1130℃保温4小时后炉冷到1050℃淬火，保证淬火时不因铸件壁厚差异过大产生裂纹等热处理缺陷。

通过以上工艺步骤制得尺寸精度高，内部组织致密，流道内腔无粘砂、耐腐蚀、耐磨，运行可靠，功效高的离心泵泵体，按GB/T13305-2008测定，该离心泵泵体铸件铁素体含量约47～52%，PREN值41～43，孔腐速率按ASTM A923和ASTM G48中方法C试验后腐蚀速率小于10mdd，外观效果好，耐腐蚀性能好，完全适用于海水及卤素介质环境。

Claims (2)

1.一种超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺，包括预制砂型、材料冶炼、铸件浇注，开箱落砂、热处理工序，其特征在于：上述各工序具体步骤及工艺要求为：

1)预制砂型：其中砂型流道砂芯采用铬铁矿呋喃树脂砂，并铬铁矿呋喃树脂砂的外层填入石英呋喃树脂砂，组成整体砂芯，浇注系统为底注布置，使用陶瓷材料制成直浇道，内浇道的截面面积为所述直浇道截面积的1.2-1.5倍，砂型下箱底面设置外冷铁，外冷铁的安放间距为10-15mm，砂型上箱均匀设置多个冒口；

2)材料冶炼：选用超级双相不锈钢材料ZG00Cr25Ni7Mo4N冶炼，检测并控制钢液的各化学成分的重量百分比符合C≤0.03％，Si：0.4～0.7％，Mn：0.5～0.8％，S≤0.030％，P≤0.030％，Cr：24.5～25％，Ni：7～7.5％，Mo：4～4.5％，N：0.15～0.25％，Nb：0.12％，其余是铁元素，钢液铁素体含量40～45％，PREN值41～43；

3)铸件浇注：浇注温度控制在1540-1560℃，等冒口凝固后去除载荷；

4)开箱落砂；铸件在砂型型腔内冷却至1000-1100℃时，开箱落砂，进行强制风冷，同时对铸件厚大部位再加喷雾冷却，去除浇注系统和冒口；

5)热处理：在泵体铸件冷却至300℃±10℃时入炉，保温2-3小时后以200℃/h快速升温至1130℃，再保温4小时，随炉冷至1050℃时淬火。

2.如权利要求1所述的超级双相不锈钢离心泵泵体铸件制作工艺，其特征在于：选用超级双相不锈钢材料ZG00Cr25Ni7Mo4N采用中频感应电炉+VOD双联法冶炼。