CN113732245B - 一种大型水电推力头的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型水电推力头的生产方法，所述生产方法包括铸造工艺设计、浇注、热处理步骤。本发明通过浇注模型的设计、配料的选择，采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式，从而提高铸件力学性能和保证铸件性能的均匀性；通过编制最优的铸造工艺，冒口、型芯的设计及造型材料的选择，避免裂纹、缩孔、缩松缺陷产生，满足铸件无损检测及性能要求。本发明生产方法生产的大型水电推力头机械性能为Rm：520‑600MPa，Reh：300‑350MPa，断后延伸率As：15‑30%，断面收缩率Z：30‑50%，Kv≥39J(0℃)；无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95%以上。

Description

一种大型水电推力头的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种大型水电推力头的生产方法。
背景技术
近年来，随着世界经济、技术的快速发展，铸造业也获得了高速发展，中国铸件的市场占有率保持世界第一，各类铸件的产量都得以持续增长，2018年产量达到4935多万吨，占全球总产量的约三分之一（29.5%），其中水电产品仅占总产量的2.4%，我国在铸件整体水平方面与发达国家相比仍有较大差距，主要表现在高性能铸件的服役性差、大型铸件的出品率低和返修率高；造成产品成本居高不下，原材料消耗浪费严重。随着全球制造市场的形成和发展，我国的铸造产业面临着日益激烈的竞争和严峻的挑战。
水电用产品推力头，用于安装镜板，将轴向力从主轴传递给推力轴承镜板的部件，推力头的质量直接影响整个机组的稳定性，对产品质量及性能要求极高。大型水电推力头产品，直径通常达到4500～5000mm，壁厚变化梯度大，该类产品主要存在两个技术难点：（1）性能要求，如何提高水电铸件的性能及使用寿命，以适应水电铸件技术飞速发展的需要是当前急需解决的问题；（2）探伤要求，由于大型水电推力头铸件各部分热节分布不均，需采取措施减少铸件内部缺陷，避免产生裂纹等，探伤要求执行水电行业标准，满足性能指标和保证探伤质量是行业共性技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大型水电推力头的生产方法。本发明通过浇注模型的设计、配料选择，采用特殊的热处理方式，优化铸造工艺，避免裂纹、缩孔、缩松缺陷产生，满足水电铸件无损检测及性能要求。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种大型水电推力头的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置6-8块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.23%，Si：0.45～0.60%，Mn：1.30～1.50%，Ni：0.20～0.30%，Cr：0.20～0.30%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1545～1560℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
所述正火：将浇冒口清理后的大型水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以30～50℃/h的升温速度加热到650～700℃保温4～6h，然后以40～60℃/h的升温速度加热到910～930℃，正火保温时间根据大型水电推力头最大壁厚按1h/25mm计算；
所述正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用8～10台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率30-50/h冷却至300～350℃；
所述回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为550～570℃，回火升温速度40～60℃/h，回火保温时间根据大型水电推力头铸件最大壁厚按1h/25mm计算；
所述回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，若回火保温结束铸件温度≥450℃时降温速度30～50℃/h，若回火保温结束铸件温度＜450℃时降温速度≤30℃/h，温度降低到250～300℃时出炉。
本发明所述步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷2～3遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.6～1.8%，Ø80mm内水口8～10道切向引入，浇注在4～6min完成，当冒口内钢水上升到1/2～3/4高时点浇冒口并撒保温剂。
本发明所述步骤（1）石英砂：SiO2≥98%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%。
本发明所述步骤（1）铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
本发明所述步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率85～90%。
本发明所述步骤（1）保温剂撒入量为10～12㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：40～50%，MgO≤6%，Al3O2：14～20%，CaO：10～20%，C：14～20%。
本发明所述步骤（1）制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚5-8mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
本发明所述生产方法生产的大型水电推力头机械性能为：Rm：520-600MPa，Reh：300-350MPa，断后延伸率As：15-30%，断面收缩率Z：30-50%，0℃冲击功Kv≥39J。
本发明所述大型水电推力头规格：直径：4500～5000mm，推力头最大壁厚ξ：120～180mm,单重30-100t。
本发明大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95%以上。
本发明无损检测：磁粉探伤、超声波探伤均符合CCH70-3《水力机械铸钢件检测规范》中的要求。
本发明铸造工艺设计：常规生产为实样造型，下部设置外冷铁，此种方法虽尺寸精度高，但此类活件尺寸较高，下部厚大部位超出冒口补缩范围，然而依靠外冷铁提高冒口补缩效率，如冷铁设置过小易产生缩孔、缩松缺陷，冷铁设置过大易，局部激冷效果过强，易产生裂纹缺陷，探伤合格率较低。
本发明采用一种组芯暗冒口设计，在暗冒口上方插入透气芯棒6，通过提高暗冒口5补缩效率，克服现有的缺陷问题，当铸件1和暗冒口5结成一层壳后，随着暗冒口5内金属液柱下降，在壳顶下面形成“真空”区。这时只能依靠冒口5中金属液柱的自重来补缩，如在暗冒口5顶上插入透气芯棒6到暗冒口5内部，补缩过程中外界空气通过透气芯棒6进入暗冒口5，这时暗冒口5内金属液除自重压力外，还受到大气压力的作用，达到加强补缩，提高冒口补缩效率。
采用本发明技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过浇注模型的设计、配料选择，采用特殊的热处理方式，结合优化的铸造工艺，避免裂纹、缩孔、缩松缺陷产生，稳定了产品质量，产品无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95%以上。2、本发明工艺出品率提高，焊接维修率大幅下降，推进了铸造行业节能环保技术发展，极大的提高了产品的使用寿命，质保期可由行业平均12个月延长到24个月。
附图说明
图1为浇注模型剖面图；
1-铸件，2-中间整体芯，3-墙芯，4-墙芯芯头，5-暗冒口，6-透气芯棒，7-排气孔，8-盖芯，9-铸件冒口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例大型水电推力头规格：直径：5000mm，推力头最大壁厚ξ：137.5mm,单重80t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置8块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚5mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷2遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.6%，Ø80mm内水口8道切向引入，浇注在5min完成，当冒口内钢水上升到3/4高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：98.5%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率88%。
步骤（1）保温剂撒入量为12㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：40%，MgO：4.6%，Al3O2：18%，CaO：12%，C：16%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21%，Si：0.48%，Mn：1.47%，Ni：0.25%，Cr：0.23%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1545℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以45℃/h的升温速度加热到650℃保温4h，然后以56℃/h的升温速度加热到910℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=137.5mm，保温5.5h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用8台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率35/h冷却至320℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为550℃，回火升温速度52℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=137.5mm，保温5.5h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，460℃时降温速度45℃/h，温度降低到280℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：561MPa，Reh：338MPa，As：30%，Z：45%，Kv：55J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95%以上。
实施例2
本实施例大型水电推力头规格：直径：4500mm，推力头最大壁厚ξ：120mm,单重80t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置7块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚8mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷3遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.7%，Ø80mm内水口9道切向引入，浇注在4.5min完成，当冒口内钢水上升到3/4高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：98%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率86%。
步骤（1）保温剂撒入量为11.5㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：42%，MgO：3.8%，Al3O2：16%，CaO：13%，C：15%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22%，Si：0.52%，Mn：1.43%，Ni：0.22%，Cr：0.28%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1550℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以42℃/h的升温速度加热到680℃保温4.5h，然后以51℃/h的升温速度加热到915℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=120mm，保温4.8h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用9台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率40/h冷却至340℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为560℃，回火升温速度55℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=120mm，保温4.8h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，420℃时降温速度25℃/h，温度降低到260℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：564MPa，Reh：342MPa，As：29%，Z：42%，Kv：58J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95.5%以上。
实施例3
本实施例大型水电推力头规格：直径：4900mm，推力头最大壁厚ξ：162.5mm,单重60t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置6块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚6mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷2遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.8%，Ø80mm内水口10道切向引入，浇注在5.5min完成，当冒口内钢水上升到7/12高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：99%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率87%。
步骤（1）保温剂撒入量为10.5㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：45%，MgO：4%，Al3O2：14%，CaO：15%，C：14.8%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.23%，Si：0.55%，Mn：1.38%，Ni：0.26%，Cr：0.29%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1555℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以46℃/h的升温速度加热到690℃保温5.5h，然后以53℃/h的升温速度加热到925℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=162.5mm，保温6.5h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用10台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率38/h冷却至310℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为570℃，回火升温速度52℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=162.5mm，保温6.5h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，500℃时降温速度47℃/h，温度降低到265℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：560MPa，Reh：339MPa，As：28%，Z：48%，Kv：54J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95.2%以上。
实施例4
本实施例大型水电推力头规格：直径：4600mm，推力头最大壁厚ξ：175mm,单重80t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置7块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚6mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷2遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.65%，Ø80mm内水口9道切向引入，浇注在4.8min完成，当冒口内钢水上升到2/3高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：98.5%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率89%。
步骤（1）保温剂撒入量为11㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：50%，MgO：5.5%，Al3O2：20%，CaO：20%，C：16%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21%，Si：0.50%，Mn：1.45%，Ni：0.28%，Cr：0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1548℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以48℃/h的升温速度加热到660℃保温5.0h，然后以58℃/h的升温速度加热到920℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=175mm，保温7h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用9台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率42/h冷却至335℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为555℃，回火升温速度57℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=175mm，保温7h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，400℃时降温速度20℃/h，温度降低到270℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：565MPa，Reh：335MPa，As：26%，Z：39%，Kv：50J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95.8%以上。
实施例5
本实施例大型水电推力头规格：直径：4800mm，推力头最大壁厚ξ：145mm,单重40t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置6块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚5mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷3遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.75%，Ø80mm内水口8道切向引入，浇注在5.7min完成，当冒口内钢水上升到7/12高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：98%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率90%。
步骤（1）保温剂撒入量为10㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：48%，MgO：5%，Al3O2：15%，CaO：18%，C：17%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22%，Si：0.46%，Mn：1.35%，Ni：0.23%，Cr：0.26%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1553℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以35℃/h的升温速度加热到670℃保温4.7h，然后以55℃/h的升温速度加热到918℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=145mm，保温5.8h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用8台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率40/h冷却至325℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为565℃，回火升温速度45℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=145mm，保温5.8h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，475℃时降温速度49℃/h，温度降低到255℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：566MPa，Reh：344MPa，As：30%，Z：42%，Kv：52J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95.2%以上。
实施例6
本实施例大型水电推力头规格：直径：4500mm，推力头最大壁厚ξ：155mm,单重50t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置6块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚6mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷3遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.64%，Ø80mm内水口10道切向引入，浇注在5.2min完成，当冒口内钢水上升到1/2高时点浇冒口并撒保温剂。
所述步骤（1）石英砂：SiO2：99%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率85%。
步骤（1）保温剂撒入量为11㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：41%，MgO：4.8%，Al3O2：17%，CaO：10%，C：15%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.23%，Si：0.58%，Mn：1.32%，Ni：0.27%，Cr：0.24%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1558℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以40℃/h的升温速度加热到685℃保温5.8h，然后以54℃/h的升温速度加热到929℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=155mm，保温6.2h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用8台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率45/h冷却至312℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为568℃，回火升温速度42℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=155mm，保温6.2h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，380℃时降温速度23℃/h，温度降低到275℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：569MPa，Reh：345MPa，As：25%，Z：50%，Kv：58J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达96%以上。
实施例7
本实施例大型水电推力头规格：直径：4500mm，推力头最大壁厚ξ：180mm,单重30t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置7块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚8mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷3遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.72%，Ø80mm内水口8道切向引入，浇注在4min完成，当冒口内钢水上升到3/4高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：98%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率86%。
步骤（1）保温剂撒入量为12㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：43%，MgO：3.5%，Al3O2：19%，CaO：17%，C：14%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22%，Si：0.45%，Mn：1.50%，Ni：0.20%，Cr：0.30%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1547℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以30℃/h的升温速度加热到700℃保温6.0h，然后以40℃/h的升温速度加热到930℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=180mm，保温7.2h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用8台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率50/h冷却至300℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为552℃，回火升温速度60℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=180mm，保温7.2h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，450℃时降温速度50℃/h，温度降低到250℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：597MPa，Reh：348MPa，As：27%，Z：49%，Kv：56J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达97%以上。
实施例8
本实施例大型水电推力头规格：直径：5000mm，推力头最大壁厚ξ：150mm,单重100t。
本实施例大型水电推力头的生产方法包括以下步骤：
（1）铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件1，中间整体芯2，墙芯3，墙芯芯头4，暗冒口5，透气芯棒6，排气孔7，盖芯8，铸件冒口9；其中，中间整体芯2、墙芯3围出铸件1型腔，墙芯3用墙芯芯头4固定，盖芯8连接中间整体芯2、墙芯3，墙芯3中设有暗冒口5，透气芯棒6、排气孔7在墙芯3、暗冒口5、盖芯8中连通，在盖芯8中设有铸件冒口9；
在暗冒口5上方插入透气芯棒6，铸件1中间设置一块整体中间芯2，外侧墙芯3设置8块；每块墙芯3中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口5；
制造透气芯棒6，透气芯棒6内部放外壁厚7mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔7，另一个插入透气芯棒6；墙芯3下设置墙芯芯头4，保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
步骤（1）浇注模型外型及盖芯8采用石英砂，中间整体芯2表面采用铬铁矿砂，中间整体芯2、墙芯3及盖芯8的表面刷2遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.70%，Ø80mm内水口10道切向引入，浇注在6min完成，当冒口内钢水上升到1/2高时点浇冒口并撒保温剂。
步骤（1）石英砂：SiO2：99%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%；铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
步骤（1）醇基锆英粉涂料悬浮率87%。
步骤（1）保温剂撒入量为12㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：45%，MgO：4.2%，Al3O2：16%，CaO：14%，C：18%。
（2）浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.23%，Si：0.60%，Mn：1.30%，Ni：0.30%，Cr：0.20%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1560℃；
（3）热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
正火：将浇冒口清理后的水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以50℃/h的升温速度加热到665℃保温4.3h，然后以60℃/h的升温速度加热到922℃，正火保温时间根据推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=150mm，保温6h；
正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用10台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率30/h冷却至350℃；
回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为562℃，回火升温速度40℃/h，回火保温时间根据水电推力头最大壁厚ξ，按1h/25mm计算，ξ=150mm，保温6h；
回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，445℃时降温速度30℃/h，温度降低到300℃时出炉。
本实施例大型水电推力头机械性能为：Rm：553MPa，Reh：332MPa，As：29%，Z：43%，Kv：54J(0℃)。
本实施例大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95%以上。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
S1：铸造工艺设计：浇注模型采用组芯暗冒口设计，所述浇注模型包括：铸件（1），中间整体芯（2），墙芯（3），墙芯芯头（4），暗冒口（5），透气芯棒（6），排气孔（7），盖芯（8），铸件冒口（9）；其中，中间整体芯（2）、墙芯（3）围出铸件（1）型腔，墙芯（3）用墙芯芯头（4）固定，盖芯（8）连接中间整体芯（2）、墙芯（3），墙芯（3）中设有暗冒口（5），透气芯棒（6）、排气孔（7）在墙芯（3）、暗冒口（5）、盖芯（8）中连通，在盖芯（8）中设有铸件冒口（9）；
在暗冒口（5）上方插入透气芯棒（6），铸件（1）中间设置一块中间整体芯（2），外侧墙芯（3）设置6-8块；每块墙芯（3）中采用易于起模的泡沫模型制作暗冒口（5）；
S2：浇注：控制浇注的钢液化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.23%，Si：0.45～0.60%，Mn：1.30～1.50%，Ni：0.20～0.30%，Cr：0.20～0.30%，其余为Fe和不可避免的杂质；浇注温度1545～1560℃；
S3:热处理：采用正火、正火冷却、回火、回火冷却的热处理方式：
所述正火：将浇冒口清理后的大型水电推力头铸件送入热处理炉升温，铸件以30～50℃/h的升温速度加热到650～700℃保温4～6h，然后以40～60℃/h的升温速度加热到910～930℃，正火保温时间根据大型水电推力头最大壁厚按1h/25mm计算；
所述正火冷却：正火保温结束后，铸件出炉，采用8～10台风机，在风机吹风口处喷洒水雾，使冷风和水雾一起均匀吹到铸件上，使整个铸件冷速加快，保证温降速率30-50/h冷却至300～350℃；
所述回火：将正火冷却后的铸件送入回火炉内回火，回火温度为550～570℃，回火升温速度40～60℃/h，回火保温时间根据大型水电推力头铸件最大壁厚按1h/25mm计算；
所述回火冷却：回火保温结束后，铸件随炉降温，若回火保温结束铸件温度≥450℃时降温速度30～50℃/h，若回火保温结束铸件温度＜450℃时降温速度≤30℃/h，温度降低到250～300℃时出炉。
2.根据权利要求1所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述步骤S1浇注模型外型及盖芯（8）采用石英砂，中间整体芯（2）表面采用铬铁矿砂，中间整体芯（2）、墙芯（3）及盖芯（8）的表面刷2～3遍醇基锆英粉涂料，线收缩率值1.6～1.8%，Ø80mm内水口8～10道切向引入，浇注在4～6min完成，当冒口内钢水上升到1/2～3/4高时点浇冒口并撒保温剂。
3.根据权利要求2所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述步骤S1石英砂：SiO2≥98%，含泥量≤0.2%，含水量≤0.2%。
4.根据权利要求2所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述步骤S1铬铁矿砂：Cr2O3≥46%，SiO2≤1.2%，CaO≤0.4%，Fe2O3≤29%，含水量≤0.2%。
5.根据权利要求2所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述步骤S1醇基锆英粉涂料悬浮率85～90%。
6.根据权利要求2所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述步骤S1保温剂撒入量为10～12㎏/t钢，保温剂成分组成为：SiO2：40～50%，MgO≤6%，Al3O2：14～20%，CaO：10～20%，C：14～20%。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述步骤S1制造透气芯棒（6），透气芯棒（6）内部放外壁厚5-8mm的厚钢管，外缠草绳，增加透气性；暗冒口上预留2个通孔，其中一个作为排气孔（7），另一个插入透气芯棒（6）；墙芯（3）下设置墙芯芯头（4），保证下芯后尺寸精度达到CT11级以上的要求。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述生产方法生产的大型水电推力头机械性能为：抗拉强度Rm：520-600MPa，屈服强度Reh：300-350MPa，断后延伸率As：15-30%，断面收缩率Z：30-50%，0℃冲击功Kv≥39J。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述大型水电推力头规格：直径：4500～5000mm，推力头最大壁厚ξ：120～180mm,单重30-100t。
10.根据权利要求1-6任意一项所述的一种大型水电推力头的生产方法，其特征在于，所述大型水电推力头无损检测：磁粉探伤、超声波探伤合格率达95%以上。
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