CN104878311A - 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其特征在于，该铸钢零部件化学组成的重量百分比为：C 0.15～0.20，Si≤0.60，Mn 0.4～0.8，P≤0.02，S≤0.015，Cr 2.2～2.5，Ni≤0.5，Mo 0.5～0.8，Cu≤0.5，V 0.3～0.4，其余为Fe和不可避免的微量杂质。还公开了一种用于生产上述铸钢零部件的工艺，使所述铸钢零部件具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能以及较强的韧性，适用于超超临界火电机组中。

Description

一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种超超临界火电机组及其生产工艺，具体的说是一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件及其生产工艺 。

背景技术

所谓超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12兆帕的机组，而亚临界机组通常指出口压力在15.7～19.6兆帕的机组。习惯上，又将超临界机组分为两个层次：一是常规超临界参数机组，其主蒸汽压力一般为24兆帕左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为540～560℃；二是超超临界机组，其主蒸汽压力为25～35兆帕及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度一般580℃以上。

所述铸钢零部件（如：汽缸、半环铸件等）是超超临界火电机组的重要部件，它的质量直接影响超超临界火电机组的运作。由于铸钢零部件的体型相对较大，结构复杂，铸造热节大且分散，导致铸造工艺设计困难；另外，由于超超临界机组的使用环境特殊，对铸钢零部件的材料要求较高。目前，国内对于铸钢零部件的生产存在一定的局限性，其产品的抗拉强度和屈服强度较低，耐腐蚀性、耐磨性也较差，使用寿命短，且容易造成安全隐患；并且，铸钢零部件为大型工件，通过浇注成型，容易出现开裂的现象，生产难度较大。

发明内容

本发明提供了一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件及其生产工艺，其目的在于解决铸钢零部件力学性能差、生产难度大的问题。

一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其特征在于，该铸钢零部件化学组成的重量百分比为：C 0.15～0.20，Si ≤0.60，Mn 0.4～0.8，P ≤0.02，S ≤0.015，Cr 2.2～2.5，Ni ≤0.5，Mo 0.5～0.8，Cu ≤0.5，V 0.3～0.4，其余为Fe和不可避免的微量杂质。

进一步的，所述铸钢零部件为汽缸或半环铸件。

一种生产所述的铸钢零部件的工艺，其步骤如下：

（1）将钢屑、无锈渍的低碳冲片压块和微碳铬铁混合后通过电炉加热融化，形成熔融状态的钢水；

（2）将熔融后的钢水加入AOD精炼炉中进行精炼；

（3）在精炼后的钢水中加入硅铁和电解锰进行熔炼；

（4）加入经过除锈后的同牌号的回炉料进行熔炼，待钢水熔融后，取样用光谱仪做化学成份分析；

（5）针对化学成份分析后的结果，对钢水进行合金成份微调；所加入的合金物料烘烤至180～220℃再加入；

（6）调整成分合格后，切断电炉电源，加入除渣剂进行除渣至钢水液面无杂质后，闭合电炉电源；

（7）将电炉温度升至1600～1620℃后，先加入纯铝脱氧进行第一步脱氧，而后加入含硅、钙、钡和铝的复合脱氧剂进行第二步脱氧；待电炉进行电磁搅拌4～5分钟后，插入定氧仪探头，测量钢水内氧含量PPM值是否在规定值内，检验合格后出炉；

（8）将钢包烘烤至900～1000℃，包体通红；

（9）将镍板、钼铁、电解铜和钒铁破碎成小块，并用不高于200℃的温度烘干，烘干后置于钢包底部，再将钙、矽、锰复合脱氧剂置于钢包底，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理和终脱氧处理；

（10）在钢包底部接入氩气管道，进行钢包吹氩，吹氩压力≥0.1MPa，吹氩时间≥10分钟；

（11）用工业热风机对砂型烘烤，用砂型铸造铸钢零部件；采用全开放式对称型浇注系统进行浇注，浇注温度为1550～1565℃；

（12）浇注1h后，去除压铁；砂箱保温3天后开箱，空冷铸钢零部件至300℃以下，机械切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺等；

（13）铸钢零部件在900～1050℃进行淬火，保温5～7h，出炉后立即淬水，淬水时间间隔小于90s，再加热至200～250℃回火，保温3～8h，炉冷至小于150℃后进行空冷。

本发明将Cr的用量提高至2.2%～2.5%，使钢的强度、硬度、淬透性和耐磨性显著提高，同时又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。在钢材料中添加了Ni、Mo、Cu、V等元素用于制造铸钢零部件，大大提升了铸钢零部件的力学性能，使其具有较高的抗拉强度和屈服强度，较大的冲击功和硬度，使铸钢零部件在超超临界火电机组中表现出良好的工作能力和使用寿命，大大降低了维护的成本，同时，使铸钢零部件具备较大的延伸率和断面收缩率，保证铸钢零部件的安全使用。其中Ni在钢中形成细小的碳化物和氮化物，其质点钉扎在晶界处，在再加热过程中阻止晶粒的长大，在焊接过程中阻止焊接热影响区晶粒的粗化，能够提高铸件的强度，同时对酸碱有较高的耐腐蚀能力；Mo促进铁素体和贝氏体的形成，提高了铸件的强韧性，同时提高了微合金元素V在奥氏体中的固溶度，延迟了微合金碳氮化物的沉淀析出，将使更多的V得以保留至较低温度下从铁素体中析出，产生更大的沉淀强化作用。含Mo碳氮化物的热稳定性较好，保证高温性能；Cu可以强化铁素体，提高耐腐蚀和耐汽蚀性能，能够增强铸钢零部件抵抗工作环境中的腐蚀物质，延长铸钢零部件的使用寿命；而V可细化组织晶粒，提高强度和韧性，V与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

为了生产上述铸钢零部件，本发明还提供了一种改进后的生产工艺，采用该生产工艺可以生产出高品质的大体积铸钢零部件，用于超超临界火电机组中具有较强的韧性和较长的使用寿命。具有该生产工艺与传统的铸钢零部件生产工艺相比，具有以下优点：（1）采用钢屑、无锈渍的低碳冲片压块以及同牌号的回炉料作为原料，在保证产品质量的前提下大大降低了生产成本，合理利用了废弃资源，节能环保。熔炼时，先将钢屑等原料化清后再加入大块的回炉料，以使回炉料在钢水中得以更快地熔融，从而提高生产效率。（2）采用AOD精炼炉对钢水进行精炼，使刚水中P、S等杂质减少，从而提升钢水纯净度。（3）进行炉前快速成分分析和气体含量测定，在出炉的钢水达标，以保证产品的性能。（4）对钢包底部进行吹氩，将杂质与氩气翻滚带出，从而使钢水更纯净。（5）进行三次脱氧处理，使钢水充分脱氧，从而提升产品性能。（6）浇注1小时后，去除压铁，以防止裂纹的产生，减少收缩阻力。（7）采用电解锰代替锰铁加入钢水中，以提高锰的纯度，从而提升铸钢零部件的力学性能，使之能更好地应用于大型圆锥破碎机中。（8）熔化合金材料需要热量，且吹氩时氩气吸热，因此钢包需要先经过高温烘烤，使包体通红，以保证足够充裕的钢水温度，使钢水具有合适的浇注温度。（9）浇注前，用工业热风机对砂型烘烤，以免砂型吸潮而导致的产品气孔多，从而大大降低了次品率；而且，采用了全开放式对称型浇注系统进行铸钢零部件的浇铸，充型平稳，对型腔冲刷力小。

综上所述，本发明严格控制Cr的用量，在钢材料中添加了Ni、Mo、Cu、V等元素，使所述铸钢零部件具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能以及较强的韧性，实现了超超临界火电机组用铸钢零部件的突破，具有广阔的应用价值。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例一

一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其生产工艺的步骤如下：

（1）采用带石英砂炉衬的中频炉熔炼，将钢屑、无锈渍的低碳冲片压块和微碳铬铁混合后通过中频炉加热融化，形成熔融状态的钢水。

（2）将熔融后的钢水加入AOD精炼炉中进行精炼。

（3）在精炼后的钢水中加入硅铁和电解锰进行熔炼。

（4）加入经过除锈后的同牌号的回炉料进行熔炼，待钢水熔融后，取样用光谱仪做化学成份分析。

（5）针对化学成份分析后的结果，对钢水进行合金成份微调；所加入的合金物料烘烤至200℃再加入。

（6）调整成分合格后，切断中频炉电源，加入除渣剂进行除渣至钢水液面无杂质后，闭合中频炉电源。

（7）将中频炉温度升至1600℃后，先加入纯铝脱氧进行第一步脱氧，而后加入含硅、钙、钡和铝的复合脱氧剂进行第二步脱氧；待中频炉进行电磁搅拌5分钟后，插入定氧仪探头，测量钢水内氧含量小于8ppm后出炉。

（8）将钢包烘烤至1000℃，包体通红。

（9）将镍板、钼铁、电解铜和钒铁破碎成小块，并用不高于200℃的温度烘干，烘干后置于钢包底部，再将钙、矽、锰复合脱氧剂置于钢包底，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理和终脱氧处理。

（10）在钢包底部接入氩气管道，进行钢包吹氩，用压力≥0.1MPa的氩气吹15分钟。

（11）用工业热风机对砂型烘烤，用砂型铸造铸钢零部件；通过模拟软件对浇注系统进行模拟优化，选用全开放式对称型浇注系统进行浇注，浇注温度为1565℃。

（12）浇注1h后，去除压铁；砂箱保温3天后开箱，空冷铸钢零部件至300℃以下，机械切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺等。

（13）铸钢零部件在1050℃进行淬火，保温5h，出炉后立即淬水，淬水时间间隔为60s，再加热至225℃回火，保温4h，炉冷至小于150℃后进行空冷。

通过上述生产工艺得到的铸钢零部件的化学成分如下表（表1）所示：

表1 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件的化学成分分析表

通过测试得到该铸钢零部件的力学性能如下表（表2）所示：

表2 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件的力学性能测试表

抗拉强度（MPa）	屈服强度（MPa）	冲击功（J）	延伸率（%）	断面收缩率（%）	硬度（HBS）
						1192	910	55	22	35	384

实施例二

一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其生产工艺的步骤如下：

（1）采用带石英砂炉衬的中频炉熔炼，将钢屑、无锈渍的低碳冲片压块和微碳铬铁混合后通过中频炉加热融化，形成熔融状态的钢水。

（2）将熔融后的钢水加入AOD精炼炉中进行精炼。

（3）在精炼后的钢水中加入硅铁和电解锰进行熔炼。

（4）加入经过除锈后的同牌号的回炉料进行熔炼，待钢水熔融后，取样用光谱仪做化学成份分析。

（5）针对化学成份分析后的结果，对钢水进行合金成份微调；所加入的合金物料烘烤至200℃再加入。

（6）调整成分合格后，切断中频炉电源，加入除渣剂进行除渣至钢水液面无杂质后，闭合中频炉电源。

（7）将中频炉温度升至1620℃后，先加入纯铝脱氧进行第一步脱氧，而后加入含硅、钙、钡和铝的复合脱氧剂进行第二步脱氧；待中频炉进行电磁搅拌5分钟后，插入定氧仪探头，测量钢水内含氧量小于8ppm后出炉。

（8）将钢包烘烤至1000℃，包体通红。

（9）将镍板、钼铁、电解铜和钒铁破碎成小块，并用不高于200℃的温度烘干，烘干后置于钢包底部，再将钙、矽、锰复合脱氧剂置于钢包底，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理和终脱氧处理。

（10）在钢包底部接入氩气管道，进行钢包吹氩，用压力≥0.1MPa的氩气吹15分钟。

（11）用工业热风机对砂型烘烤，用砂型铸造铸钢零部件；通过模拟软件对浇注系统进行模拟优化，选用全开放式对称型浇注系统进行浇注，浇注温度为1550℃。

（12）浇注1h后，去除压铁；砂箱保温3天后开箱，空冷铸钢零部件至300℃以下，机械切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺等。

（13）铸钢零部件在1000℃进行淬火，保温6h，出炉后立即淬水，淬水时间间隔为60s，再加热至225℃回火，保温4h，炉冷至小于150℃后进行空冷。

通过上述生产工艺得到的铸钢零部件的化学成分如下表（表3）所示：

表3 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件的化学成分分析表

通过测试得到该铸钢零部件的力学性能如下表（表4）所示：

表4 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件的力学性能测试表

抗拉强度（MPa）	屈服强度（MPa）	冲击功（J）	延伸率（%）	断面收缩率（%）	硬度（HBS）
						1280	931	58	28	38	386

实施例三

一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其生产工艺的步骤如下：

（1）采用带石英砂炉衬的中频炉熔炼，将钢屑、无锈渍的低碳冲片压块和微碳铬铁混合后通过中频炉加热融化，形成熔融状态的钢水。

（2）将熔融后的钢水加入AOD精炼炉中进行精炼。

（3）在精炼后的钢水中加入硅铁和电解锰进行熔炼。

（4）加入经过除锈后的同牌号的回炉料进行熔炼，待钢水熔融后，取样用光谱仪做化学成份分析。

（5）针对化学成份分析后的结果，对钢水进行合金成份微调；所加入的合金物料烘烤至200℃再加入。

（6）调整成分合格后，切断中频炉电源，加入除渣剂进行除渣至钢水液面无杂质后，闭合中频炉电源。

（7）将中频炉温度升至1610℃后，先加入纯铝脱氧进行第一步脱氧，而后加入含硅、钙、钡和铝的复合脱氧剂进行第二步脱氧；待中频炉进行电磁搅拌5分钟后，插入定氧仪探头，测量钢水内含氧量小于8ppm后出炉。

（8）将钢包烘烤至1000℃，包体通红。

（9）将镍板、钼铁、电解铜和钒铁破碎成小块，并用不高于200℃的温度烘干，烘干后置于钢包底部，再将钙、矽、锰复合脱氧剂置于钢包底，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理和终脱氧处理。

（10）在钢包底部接入氩气管道，进行钢包吹氩，用压力≥0.1MPa的氩气吹15分钟。

（11）用工业热风机对砂型烘烤，用砂型铸造铸钢零部件；通过模拟软件对浇注系统进行模拟优化，选用全开放式对称型浇注系统进行浇注，浇注温度为1560℃。

（12）浇注1h后，去除压铁；砂箱保温3天后开箱，空冷铸钢零部件至300℃以下，机械切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺等。

（13）铸钢零部件在980℃进行淬火，保温7h，出炉后立即淬水，淬水时间间隔为60s，再加热至200℃回火，保温3h，炉冷至小于150℃后进行空冷。

通过上述生产工艺得到的铸钢零部件的化学成分如下表（表5）所示：

表5 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件的化学成分分析表

通过测试得到该铸钢零部件的力学性能如下表（表6）所示：

表6 一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件的力学性能测试表

抗拉强度（MPa）	屈服强度（MPa）	冲击功（J）	延伸率（%）	断面收缩率（%）	硬度（HBS）
						1218	922	53	25	38	383

综合三个实施例的力学性能测试数据可知，通过对铸钢零部件的化学成分以及生产工艺的改进，使得生产出的铸钢零部件具有较高的抗拉强度和屈服强度，且具有较高的冲击功，其韧性较好；还具有较大的硬度，其耐磨性较好；同时，铸钢零部件的延伸率和断面收缩率较大，说明其塑性较好，不仅便于进行各种加工，且能保证铸钢零部件在超超临界火电机组中的安全使用。

另外，对本发明中铸钢零部件进行耐腐蚀性测试可知，其耐腐蚀性能优于现有的铸钢零部件材料。

所述铸钢零部件为汽缸、半环铸件或其他零部件。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (5)

1.一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其特征在于，该铸钢零部件化学组成的重量百分比为：C 0.15～0.20，Si ≤0.60，Mn 0.4～0.8，P ≤0.02，S ≤0.015，Cr 2.2～2.5，Ni ≤0.5，Mo 0.5～0.8，Cu ≤0.5，V 0.3～0.4，其余为Fe和不可避免的微量杂质。

2.如权利要求1所述用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其特征在于：所述铸钢零部件为汽缸或半环铸件。

3.一种生产权利要求1所述的铸钢零部件的工艺，其步骤如下：

（1）将钢屑、无锈渍的低碳冲片压块和微碳铬铁混合后通过电炉加热融化，形成熔融状态的钢水；

（2）将熔融后的钢水加入AOD精炼炉中进行精炼；

（3）在精炼后的钢水中加入硅铁和电解锰进行熔炼；

（4）加入经过除锈后的同牌号的回炉料进行熔炼，待钢水熔融后，取样用光谱仪做化学成份分析；

（5）针对化学成份分析后的结果，对钢水进行合金成份微调；所加入的合金物料烘烤至180～220℃再加入；

（6）调整成分合格后，切断电炉电源，加入除渣剂进行除渣至钢水液面无杂质后，闭合电炉电源；

（7）将电炉温度升至1600～1620℃后，进行两步脱氧；待电炉进行电磁搅拌4～5分钟后，插入定氧仪探头，测量钢水内氧含量PPM值是否在规定值内，检验合格后出炉；

（8）将钢包烘烤至900～1000℃，包体通红；

（9）将镍板、钼铁、电解铜和钒铁破碎成小块，并用不高于200℃的温度烘干，烘干后置于钢包底部，再将钙、矽、锰复合脱氧剂置于钢包底，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理和终脱氧处理；

（10）在钢包底部接入氩气管道，进行钢包吹氩，吹氩压力≥0.1MPa，吹氩时间≥10分钟；

（11）用砂型铸造铸钢零部件；采用全开放式对称型浇注系统进行浇注，浇注温度为1550～1565℃；

（12）浇注1h后，去除压铁；砂箱保温3天后开箱，空冷铸钢零部件至300℃以下，机械切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺等；

（13）铸钢零部件在900～1050℃进行淬火，保温5～7h，出炉后立即淬水，淬水时间间隔小于90s，再加热至200～250℃回火，保温3～8h，炉冷至小于150℃后进行空冷。

4.如权利要求3所述的铸钢零部件的生产工艺，其特征在于：步骤（7）中所述两步脱氧的步骤为，先加入纯铝脱氧进行第一步脱氧，而后加入含硅、钙、钡和铝的复合脱氧剂进行第二步脱氧。

5.如权利要求3所述的铸钢零部件的生产工艺，其特征在于：步骤（11）中砂型铸造铸钢零部件之前先用工业热风机对砂型烘烤。