CN103627848A - 一种钢制高压阀体的熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属冶炼技术，具体是一种钢制高压阀体的熔炼方法。该钢制高压阀体的熔炼方法，包括以下步骤：钢锭的VOD炉精炼、合金料的炉中加热干燥与保温、钢水的精炼与浇注。本熔炼方法选用2种精炼剂2次精炼方法，有效的降低了P、S、H、O的含量净化了钢水，提高了晶间腐蚀性能，采用了VOD精炼炉进行真空精炼钢锭的方法，不但稳定了化学成份也保证了N的含量，同时也净化了钢水，解决了铸件内部夹渣、出现氧化层现象。具有克服现有技术铸件后形成大量的气孔的缺点，以及质量优异且成本较低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属冶炼技术，具体是一种钢制高压阀体的熔炼方法。
背景技术
目前，高压阀体的铸造对钢锭材料的选择有着很高的要求，要求钢材要有高温抗氧化性能，较高的高温蠕变强度、持久强度和韧性，低的热膨胀性，良好的导热性、加工性等优点。目前，多使用的是双相不锈钢SAF2507与超-超临界钢C12A。
SAF2507是一种双相不锈钢，钢中的铬、钼、氮量均高于第二代双相不锈钢。此材料是由瑞典SANDVIK公司1993年开发研究成功的， 该钢在固溶处理温度在1050℃以上时此钢的显微组织有比较理想的α/γ之比（即铁素体/奥氏体）约为50/50的双相结构。它的强度及抗腐蚀能力级强、耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优良、它还具有较强的抗氯化物腐蚀能力,较高的导热性和较低的热膨胀系数、它耐冲击强度也很好、优其是对有机酸如甲酸、乙酸等具有较强的抗整体腐蚀的能力、对含氯化物的无机酸也具有较强的抗腐蚀能力、SAF2507对稀释的混有氯根离子的具有更强的抗腐蚀能力。由于双相不锈钢SAF2507中含有26%的铬和0.24以上的N,该钢种比普通双相钢铬和氮都要高，在基体中铁素体的含量达到50%，尤于钢中铁素体的含量高使钢的脆性加大、流动性较差、晶粒粗大、造成热裂的倾向较大，又由于氮的含量提高给铸件造成气孔的几率较大，在铸造钢水熔炼过程中氮的加入是靠CrN或MnN中间合金加入使之N固溶在钢的基体中，也就是说钢中的Cr和Mn含量越高其N的加入量就越高，如果一但N的加入量超出了Cr和Mn的固溶N量，N就会变成弥散的气体在钢水中，铸件凝固后形成大量的气孔。因此该钢种给铸造工艺的设计和钢水的熔炼带来了很大困难。
超-超临界钢C12A是专门用于火力发电机组的一种耐高温高压阀门的特种材料，该材料具有良好的高温抗氧化性能，较高的高温蠕变强度、持久强度和韧性，低的热膨胀性，良好的导热性、加工性等特点，该材料可在高温下长期工作不变形、不蠕变，是火力发电机组在高温环境下工作的最好的材料选择。但是该种材料的钢液的流动性差，容易产生冷隔；高温易氧化，铸件表面易产生氧化膜褶皱，氧化膜卷入内部易形成氧化夹杂物，冶炼难度大；这种材料易产生缩松、缩孔缺陷，体收缩量大，收缩应力大，导致工艺设计的难度加大。阀体整体结构壁厚不均匀，相对增大了铸造难度。国内目前还没有成熟的铸造工艺和完整的铸造工艺文件。
发明内容
为了克服背景技术中的不足。本发明提供了一种钢制高压阀体的熔炼方法，本发明采用的技术解决方案是：
一种钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于，所述方法包括：
（1） 钢锭的VOD炉精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分和调整温度，去除杂质。
（2） 合金料的炉中加热干燥与保温：钢水熔炼前将精炼剂、集渣剂与合金料都置炉中加热干燥，保温。
（3） 钢水的精炼与浇注：在精炼炉中加入VOD炉精炼后的钢锭，送电，在钢锭熔化期间加入合金料，待合金料在炉中熔清后第一次取样光谱检验，待加冒口熔清后第二次取样光谱检验，钢水升温至1500℃以上时，将电解Mn分3次加入钢水中，将炉中的渣全部打净，先加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再次加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再加入剩余的硅钙粉然后搅拌，然后熔清后第三取样光谱检验，调整成份，第一次精炼完毕，再次打渣，进行第二次精炼，将硅钡不锈钢精炼剂分3次加入钢水中搅拌，边加边搅拌边升温，溶清后取样光谱检验化学成份，当温度升到1600℃以上时加入80%的铝终脱氧剂，将钢水倒入钢包中，剩余的20%铝终脱氧剂加入钢包中，钢包中最终取样，钢包运到铸型前、浇注前要测温。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（2）合金料的炉中加热干燥温度为200-300℃。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（2）合金料的炉中保温时间为2-3小时。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注中加入的硅钡不锈钢精炼剂量为总钢水量的2/1000。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注中加入的铝终脱氧剂的量为炉中钢水量的1—2‰。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注时需要采用气体保护方法。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注时需要渣保护方法下进行。
所述的钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注中测温、出炉温度在1620-1630℃，浇注温度在1560℃-1580℃范围。
所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的钢锭为超-超临界钢C12A时，还包括以下步骤：
a、 浇注：采用了双层浇道的浇注方式对铸件模型进行浇注，铸件模型上的冒口为明保温冒口；
b、 切割冒口与补焊：先对铸件进行预热处理，切割冒口，进行补焊，再放置入炉中加热350-400℃保温3-4小时再慢慢冷却；
c、 热处理；
d、 检测机械性能。
所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于，所述步骤a双层浇道的浇注方式为：在铸件模型上设置了一个直浇口，所述直浇口上设有2个排横浇口，所述排横浇口上各设有4个内浇口。
所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于，所述步骤a浇注时，在铸件模型、芯头表面和所有转角位置放置铬矿砂。
所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于，所述步骤b中预热处理为将铸件放入炉中加热到350-400℃并保温3-4小时。
本发明的有益效果是：本熔炼方法选用2种精炼剂2次精炼方法，有效的降低了P、S、H、O的含量净化了钢水，提高了晶间腐蚀性能，采用了VOD精炼炉进行真空精炼钢锭的方法，不但稳定了化学成份也保证了N的含量，同时也净化了钢水，解决了铸件内部夹渣、出现氧化层现象。具有克服现有技术铸件后形成大量的气孔的缺点，以及质量优异且成本较低的特点。
具体实施方式
以下给出本发明的实施例，进一步对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
双相钢SAF2507高压阀体的熔炼方法，所述方法包括：
（1） 钢锭的VOD炉精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分和调整温度，去除杂质。
（2） 合金料的炉中加热干燥与保温：钢水熔炼前将精炼剂、集渣剂与合金料都置炉中加热200-300℃干燥，保温2-3小时。
（3） 钢水的精炼与浇注：加入VOD炉精炼后的钢锭，送电，在钢锭熔化期间加入合金料，待合金料在炉中熔清后第一次取样光谱检验，待加冒口熔清后第二次取样光谱检验，钢水升温至1500℃以上时，将电解Mn分3次加入钢水中，将炉中的渣全部打净，先加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再次加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再加入剩余的硅钙粉然后搅拌，然后熔清后第三取样光谱检验，调整成份，第一次精炼完毕。再次打渣，进行第二次精炼，将硅钡不锈钢精炼剂分3次加入钢水中搅拌，边加边搅拌边升温，溶清后取样光谱检验化学成份，当温度升到1600℃以上时加入炉中钢水量的1—2‰的铝终脱氧剂的80%，将钢水倒入钢包中，剩余的20%铝终脱氧剂加入钢包中，钢包中最终取样，钢包运到铸型前、浇注前要测温。
优选方案可以在钢水的精炼与浇注中钢锭熔化期间加入边角料。
本熔炼方法选用2种精炼剂为硅钙粉和硅钡不锈钢精炼剂。
硅钡不锈钢精炼剂为山东曲阜先锋铸造材料有限公司生产的先锋牌，牌号:Si50Ba15Ca10。
在熔炼过程中为了防止气体的吸入熔炼时导致不打渣，所以采用渣保护方法防止高温时气体的吸入，要求如有漏钢水时要用集渣剂复盖。
熔炼时渣的保护方法：主要是让钢水上面一直保持有一层渣层使钢水不直接接触钢水，防止空气中的氧和氢被吸入钢水中，一直到浇注前精炼前才将渣打掉，制渣的办法，是在加料前将一些莹石和长石首先加入炉底，加入比例是50%对50%,莹石和长石于钢水的比例是8-10%。
加料与熔炼时需要采用气体保护方法。气体保护方法有两种：①钢水熔炼气体保护法、在炉上从钢水熔化开使就采用充氩气保护的方法，一直到钢水浇入包中为止。②铸型浇注过程气体保护法，在钢水浇注前3分钟将型腔内冲入氩气直到浇注完为止。
加料与熔炼的出炉温度与浇注温度：光谱检验化学成份合格后，测温、出炉温度在1620-1630℃。浇注温度在1560℃-1580℃泛围，钢包运到铸型前、浇注前要测温、如温度偏高等待1-2分钟、再测一次温方能浇注。
产品铸件按ASTM SAF2507标准验收。
阀体铸件要求射线探伤检查：
(1)气孔、夹渣、缩孔2级片以内。
（2）无裂纹、镶入物；
补焊：
（1）深度超过25mm、单个补焊面积不超过65cm、所有补焊面积不超过铸件的3%，符合要求。
（2）产品所有铸件补焊热处理的次数不超过2次。
生产的产品符合既定的要求。
实施例2
超-超临界钢C12A高压阀体的熔炼方法，所述方法包括：
（4） 钢锭的VOD炉精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分和调整温度，去除杂质。
（5） 合金料的炉中加热干燥与保温：钢水熔炼前将精炼剂、集渣剂与合金料都置炉中加热200-300℃干燥，保温2-3小时。
（6） 钢水的精炼与浇注：加入VOD炉精炼后的钢锭，送电，在钢锭熔化期间加入合金料，待合金料在炉中熔清后第一次取样光谱检验，待加冒口熔清后第二次取样光谱检验，钢水升温至1500℃以上时，将电解Mn分3次加入钢水中，将炉中的渣全部打净，先加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再次加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再加入剩余的硅钙粉然后搅拌，然后熔清后第三取样光谱检验，调整成份，第一次精炼完毕。再次打渣，进行第二次精炼，将硅钡不锈钢精炼剂分3次加入钢水中搅拌，边加边搅拌边升温，溶清后取样光谱检验化学成份，当温度升到1600℃以上时加入炉中钢水量的1—2‰的铝终脱氧剂的80%，将钢水倒入钢包中，剩余的20%铝终脱氧剂加入钢包中，钢包中最终取样，钢包运到铸型前、浇注前要测温。
用VOD精炼炉熔炼出的钢锭，能稳定钢水的化学成份，保证N的含量在0.03-0.04之间；将电解Mn分2-3次加入钢水中，使电解Mn充分融入钢水；进行两次精炼并且选用不同的精炼剂，能有效的精化钢水，每种精炼剂分三次放入钢水，放入之后都搅拌，能使精炼剂与钢水充分接触，更好的精炼钢水；
超-超临界钢C12A高压阀体的熔炼方法，后续步骤还包括：
浇注：采用了双层浇道的浇注方式对铸件模型进行浇注，铸件模型上的冒口为明保温冒口，所述双层浇道的浇注方式为，在铸件模型上设置了一个直浇口，所述直浇口下端设有2个排横浇口，所述排横浇口上各设有4个内浇口，提高了浇注速度，防止钢水在型腔中提留过长时间导致过度氧化，同时能使钢水平稳上升，解决了卷入性气孔和氧化夹渣的问题，浇注时，在铸件模型、芯头表面和所以转角位置放置铬矿砂，防止铸件粘砂，冲砂，并且提高铸件表面的冷却速度。
切割冒口与补焊：该材料在切割冒口和补焊时极易产生裂纹，因此切割冒口前先对铸件进行预热处理，先对铸件进行预热处理，再切割冒口，进行补焊，补焊完成后再放置入炉中加热350-400℃保温3-4小时再慢慢冷却；所述预热处理为将铸件放入炉中加热到350-400℃并保温3-4小时，根据有关资料报道该材料在补焊时可焊接温度在120℃以上，低于120℃易产生裂纹，因此我们在此基础上作了大量的试验工作，在试验过程中发现如果加热温度低冷却太快，可焊时间太短，如加热温度太高超过400℃以上 ，焊缝及熔合线附近晶粒易急剧长大，同时也会造成层间组织过热，出现魏氏体组织，粗大晶粒和网状晶界，从而易导致焊缝机械性能下降出现裂缝和脱焊现象。为此我们经过实际试验补焊预热温度不能超过400℃，因此决定预热温度在350-400℃，保温时间适件的大小而定，一般2-6小时。
热处理：正火处理：加热1050℃±10℃，保温4小时，出炉空冷；回火处理：加热760℃±10℃，保温4小时，出炉空冷。
检测机械性能：机械性能按ASTM/A217 C12A标准检测数据如下：抗拉强度(MPa)：655；屈服强度(MPa)：480；延伸率（%）：23；断面收缩率（%）：64。
优选方案可以在钢水的精炼与浇注中钢锭熔化期间加入边角料。
本熔炼方法选用2种精炼剂为硅钙粉和硅钡不锈钢精炼剂。
在熔炼过程中为了防止气体的吸入熔炼时导致不打渣，所以采用渣保护方法防止高温时气体的吸入，要求如有漏钢水时要用集渣剂复盖。
加料与熔炼时需要采用气体保护方法。气体保护方法有两种：①钢水熔炼气体保护法、在炉上从钢水熔化开使就采用充氩气保护的方法，一直到钢水浇入包中为止。②铸型浇注过程气体保护法，在钢水浇注前3分钟将型腔内冲入氩气直到浇注完为止。
加料与熔炼的出炉温度与浇注温度：光谱检验化学成份合格后，测温、出炉温度在1620-1630℃。浇注温度在1560℃-1580℃泛围，钢包运到铸型前、浇注前要测温、如温度偏高等待1-2分钟、再测一次温方能浇注。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。
Claims (12)
1.一种钢制高压阀体的熔炼方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）钢锭的VOD炉精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分和调整温度，去除杂质；
（2）合金料的炉中加热干燥与保温：钢水熔炼前将精炼剂、集渣剂与合金料都置炉中加热干燥，保温；
（3）钢水的精炼与浇注：在精炼炉中加入VOD炉精炼后的钢锭，送电，在钢锭熔化期间加入合金料，待合金料在炉中熔清后第一次取样光谱检验，待加冒口熔清后第二次取样光谱检验，钢水升温至1500℃以上时，将电解Mn分3次加入钢水中，将炉中的渣全部打净，先加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再次加入1/3总量的硅钙粉，待溶清后再加入剩余的硅钙粉然后搅拌，然后熔清后第三取样光谱检验，调整成份，第一次精炼完毕，再次打渣，进行第二次精炼，将硅钡不锈钢精炼剂分3次加入钢水中搅拌，边加边搅拌边升温，溶清后取样光谱检验化学成份，当温度升到1600℃以上时加入80%的铝终脱氧剂，将钢水倒入钢包中，剩余的20%铝终脱氧剂加入钢包中，钢包中最终取样，钢包运到铸型前、浇注前要测温。
2.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（2）合金料的炉中加热干燥温度为200-300℃。
3.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（2）合金料的炉中保温时间为2-3小时。
4.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注中加入的硅钡不锈钢精炼剂量为炉中钢水量的2/1000。
5.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注中加入的铝终脱氧剂的量为炉中钢水量的1—2‰。
6.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注时需要采用气体保护方法。
7.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注时需要渣保护方法下进行。
8.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的步骤（3）钢水的精炼与浇注中测温、出炉温度在1620-1630℃，浇注温度在1560℃-1580℃。
9.根据权利要求1所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于：所述的钢锭为超-超临界钢C12A时，还包括以下步骤：
a、浇注：采用了双层浇道的浇注方式对铸件模型进行浇注，铸件模型上的冒口为明保温冒口；
b、切割冒口与补焊：先对铸件进行预热处理，切割冒口，进行补焊，再放置入炉中加热350-400℃保温3-4小时再慢慢冷却；
c、热处理；
d、检测机械性能。
10.根据权利要求9所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于，所述步骤a双层浇道的浇注方式为：在铸件模型上设置了一个直浇口，所述直浇口上设有2个排横浇口，所述排横浇口上各设有4个内浇口。
11.根据权利要求9所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于，所述步骤a浇注时，在铸件模型、芯头表面和所有转角位置放置铬矿砂。
12.根据权利要求9所述的钢制高压阀体的的熔炼方法，其特征在于，所述步骤b中预热处理为将铸件放入炉中加热到350-400℃并保温3-4小时。
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Granted publication date: 20141126 Termination date: 20181030 |