大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件的制作方法

本發(fā)明涉及一種大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件。

背景技術：

大型水輪機導葉主要用于控制水輪機過流量，其由導葉瓣體、樞軸、軸頭組成。大型水輪機導葉尺寸大，運行工況復雜，受巨大的水力矩，長期處于含沙水流中，因此，要求大型水輪機導葉鑄件具有較高的力學性能和抗磨蝕能力。實際生產中，大型水輪機電站熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件上述特點，其鑄造成形工藝難度大，易產生偏析、裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，質量風險很高。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)異及性能穩(wěn)定的大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件。

為了達到上述的技術效果，本發(fā)明采取以下技術方案：

一種大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質量分數的組分組成：

碳≤0.05％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

錳≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

鉻：12.0％～13.5％；

鎳：3.8％～5.5％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質元素總含量≤0.5％，其中：銅≤0.5％，鎢≤0.10％，釩≤0.05％；

氣體含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氫≤0.0003％；

鎳當量與鉻當量的比值≥0.42，

其中：鎳當量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，鉻當量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量為鐵和不可避免的雜質；

所述的鑄件采用電渣熔鑄方法成型。

根據本發(fā)明的一個技術方案，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質量分數的組分組成：

碳≤0.04％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

錳≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

鉻：12.0％～13.5％；

鎳：4.5％～5.5％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質元素總含量≤0.5％，其中：銅≤0.5％，鎢≤0.10％，釩≤0.05％；

氣體含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氫≤0.0003％；

鎳當量與鉻當量的比值≥0.42，

其中：鎳當量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，鉻當量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量為鐵和不可避免的雜質。

根據本發(fā)明的一個技術方案，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質量分數的組分組成：

碳≤0.04％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

錳≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

鉻：12.0％～13.5％；

鎳：3.8％～5.0％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質元素總含量≤0.5％，其中：銅≤0.5％，鎢≤0.10％，釩≤0.05％；

氣體含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氫≤0.0003％；

鎳當量與鉻當量的比值≥0.42，

其中：鎳當量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，鉻當量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量為鐵和不可避免的雜質。

根據本發(fā)明的一個技術方案，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質量分數的組分組成：

碳≤0.05％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

錳≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

鉻：12.0％～13.5％；

鎳：3.8％～5.0％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質元素總含量≤0.5％，其中：銅≤0.5％，鎢≤0.10％，釩≤0.05％；

氣體含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氫≤0.0003％；

鎳當量與鉻當量的比值≥0.42，

其中：鎳當量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，鉻當量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量為鐵和不可避免的雜質。

根據本發(fā)明的一個技術方案，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質量分數的組分組成：

碳≤0.05％，但≠0；

硅≤0.60％，但≠0；

錳≤1.0％，但≠0；

磷≤0.028％，但≠0；

硫≤0.008％，但≠0；

鉻：12.0％～13.5％；

鎳：4.5％～5.5％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質元素總含量≤0.5％，其中：銅≤0.5％，鎢≤0.10％，釩≤0.05％；

氣體含量：氧≤0.008％，氮≤0.02％，氫≤0.0003％；

鎳當量與鉻當量的比值≥0.42，

其中：鎳當量Nieq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn，鉻當量Creq＝Cr+Mo+1.5Si；

余量為鐵和不可避免的雜質。

進一步的技術方案是，所述的導葉鑄件為單機容量500MW以上大型水輪機用，其導葉鑄件尺寸長度≥3000mm，瓣體寬度≥1000mm。

進一步的技術方案是，所述鑄件的屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥800MPa，斷后伸長率≥18％，斷面收縮率≥55％，沖擊吸收能量≥100J，硬度220～290HBW，冷彎(α＝90°，d＝25mm)：無裂紋。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下的有益效果：

大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件的屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥800MPa，斷后伸長率≥18％，斷面收縮率≥55％，沖擊吸收能量≥100J，硬度220～290HBW，冷彎(α＝90°，d＝25mm)：無裂紋。

附圖說明

圖1為鑄件試樣取樣的示意圖。

圖2為鑄件無損檢測分區(qū)示意圖。

具體實施方式

下面結合本發(fā)明的實施例對本發(fā)明作進一步的闡述和說明。

1、大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件的制造步驟如下

1.1電極冶煉：應嚴格控制電渣熔鑄的自耗電極冶煉質量，推薦采用經精煉后的鋼水制造電極；冶煉時應控制鋼水中Ni_eq/Cr_eq值，以便有效減少鑄件中的δ鐵素體含量；澆注電極的鋼水應進行熔煉化學成分分析，若采用多爐鋼水澆注電極時，每爐都應進行熔煉化學成分分析。

1.2電渣熔鑄

采用CaF₂-Al₂O₃渣系，鑄件采用電渣熔鑄方法成型。

1.3性能熱處理

1.3.1熱處理爐：熱處理爐應按GB/T 9452定期進行檢測并合格，滿足工藝要求。性能熱處理由一次正火和兩次回火組成；推薦正火加熱過程中在800℃均溫，使鑄件各部分溫度均勻，然后加熱至1040℃進行正火處理?；鼗鸬臏囟炔坏陀?90℃，以便獲得適量的逆變奧氏體和最佳的綜合力學性能。

1.4缺陷焊補

1.4.1焊補前準備：焊補材料為與鑄件同材質或相近的馬氏體不銹鋼材料，首批生產時，焊前應提交焊接工藝評定報告。

1.4.2焊補過程控制：焊補前應清除缺陷，然后進行液體滲透探傷(PT)或磁粉探傷(MT)，以保證缺陷完全清除。焊前對鑄件進行預熱，預熱溫度不低于100℃，預熱區(qū)域的面積應不小于缺陷面積的3倍。

1.4.3焊補后消除應力熱處理：要缺陷和特殊缺陷焊補后都應進行消除應力熱處理，熱處理溫度不得高于二次回火溫度。

1.4.4焊補后檢查：焊補后進行無損檢測。

1.5機械加工和粗磨

2、檢測

2.1鑄件的檢測試樣

根據圖1，在鑄件上的本體位置①或本體位置②上取檢測試樣。

鑄件的檢測試樣最小尺寸為60mm×60mm×160mm。

鑄件的成品化學分析、氣體含量分析和力學性能試驗采用同一鑄件的檢測試樣。

2.2化學成分分析

2.2.1按GB/T 20066規(guī)定，化學成分分析樣品應取自附鑄試樣表層以下至少6mm處。

2.2.2化學成分分析按GB/T 223或GB/T 11170規(guī)定進行。

2.2.3化學成分仲裁按照GB/T 222和GB/T 223規(guī)定。

2.2.4氣體含量分析按GB/T 11261、GB/T 20124、GB/T 223.82規(guī)定進行。

澆注鑄件的鋼水熔煉分析和鑄件成品分析，其化學成分、氣體含量見表1、表2。

表1化學成分

表2氣體含量(質量百分比)

2.3力學性能試驗

2.3.1拉伸和沖擊

取一個拉伸試樣和一組沖擊試樣(三個試樣)進行試驗，拉伸試驗按GB/T228.1規(guī)定進行，沖擊試驗按GB/T 229規(guī)定進行。

2.3.2硬度

硬度檢測按GB/T 231.1規(guī)定進行。

2.3.3彎曲試驗

試樣截面尺寸為13mm×25mm，長度≥180mm，倒角半徑≤2mm，表面粗糙度Ra值達到0.8μm。彎曲試驗按GB/T 232規(guī)定進行。

大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉鑄件的力學性能見表3。

表3力學性能

2.4無損檢測

按CCH70-3標準規(guī)定對鑄件進行超聲波探傷(UT)、磁粉探傷(MT)或液體滲透探傷(PT)及目視(VT)等無損檢測，按照圖2的區(qū)域進行無損檢測，檢測結果符合表4規(guī)定。

表4無損檢測

下述實施例制造的大型水輪機電渣熔鑄馬氏體不銹鋼導葉及軸尺寸(長×寬×高)為4935mm×1303mm×470mm。

實施例1：

碳：0.04％，硅：0.22％，錳：0.48％，磷：0.024％，硫：0.004％，鉻：12.4％，鎳：4.5％，鉬：0.5％，銅：0.15％，鎢：0.02％，釩：0.06％。對應的屈服強度664MPa，抗拉強度828MPa，斷后伸長率22.5％，斷面收縮率70％，沖擊吸收能量168J，冷彎(α＝90°，d＝25mm)：無裂紋。

實施例2：

碳：0.022％，硅：0.45％，錳：0.45％，磷：0.019％，硫：0.002％，鉻：12.79％，鎳：4.28％，鉬：0.4952％，銅：0.03％，鎢：0.01％，釩：0.04％。對應的屈服強度705MPa，抗拉強度899MPa，斷后伸長率21.5％，斷面收縮率69％，沖擊吸收能量124J，冷彎(α＝90°，d＝25mm)：無裂紋。

盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實施例對本發(fā)明進行了描述，上述實施例僅為本發(fā)明較佳的實施方式，本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。