一種鋼制高壓閥體的熔煉方法
【專利摘要】本發明涉及一種金屬冶煉技術，具體是一種鋼制高壓閥體的熔煉方法。該鋼制高壓閥體的熔煉方法，包括以下步驟：鋼錠的VOD爐精煉、合金料的爐中加熱干燥與保溫、鋼水的精煉與澆注。本熔煉方法選用2種精煉劑2次精煉方法，有效的降低了P、S、H、O的含量凈化了鋼水，提高了晶間腐蝕性能，采用了VOD精煉爐進行真空精煉鋼錠的方法，不但穩定了化學成份也保證了N的含量，同時也凈化了鋼水，解決了鑄件內部夾渣、出現氧化層現象。具有克服現有技術鑄件后形成大量的氣孔的缺點，以及質量優異且成本較低的特點。
【專利說明】一種鋼制高壓閥體的熔煉方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬冶煉技術，具體是一種鋼制高壓閥體的熔煉方法。
【背景技術】
[0002]目前，高壓閥體的鑄造對鋼錠材料的選擇有著很高的要求，要求鋼材要有高溫抗氧化性能，較高的高溫蠕變強度、持久強度和韌性，低的熱膨脹性，良好的導熱性、加工性等優點。目前，多使用的是雙相不銹鋼SAF2507與超-超臨界鋼C12A。
[0003]SAF2507是一種雙相不銹鋼，鋼中的鉻、鑰、氮量均高于第二代雙相不銹鋼。此材料是由瑞典SANDVIK公司1993年開發研究成功的，該鋼在固溶處理溫度在1050°C以上時此鋼的顯微組織有比較理想的α/Y之比(即鐵素體/奧氏體)約為50/50的雙相結構。它的強度及抗腐蝕能力級強、耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能優良、它還具有較強的抗氯化物腐蝕能力，較高的導熱性和較低的熱膨脹系數、它耐沖擊強度也很好、優其是對有機酸如甲酸、乙酸等具有較強的抗整體腐蝕的能力、對含氯化物的無機酸也具有較強的抗腐蝕能力、SAF2507對稀釋的混有氯根離子的具有更強的抗腐蝕能力。由于雙相不銹鋼SAF2507中含有26%的鉻和0.24以上的N，該鋼種比普通雙相鋼鉻和氮都要高，在基體中鐵素體的含量達到50%，尤于鋼中鐵素體的含量高使鋼的脆性加大、流動性較差、晶粒粗大、造成熱裂的傾向較大，又由于氮的含量提高給鑄件造成氣孔的幾率較大，在鑄造鋼水熔煉過程中氮的加入是靠CrN或MnN中間合金加入使之N固溶在鋼的基體中，也就是說鋼中的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就會變成彌散的氣體在鋼水中，鑄件凝固后形成大量的氣孔。因此該鋼種給鑄造工藝的設計和鋼水的熔煉帶來了很大困難。
[0004]超-超臨界鋼C12A是專門用于火力發電機組的一種耐高溫高壓閥門的特種材料，該材料具有良好的高溫抗氧化性能，較高的高溫蠕變強度、持久強度和韌性，低的熱膨脹性，良好的導熱性、加工性等特點，該材料可在高溫下長期工作不變形、不蠕變，是火力發電機組在高溫環境下工作的最好的材料選擇。但是該種材料的鋼液的流動性差，容易產生冷隔；高溫易氧化，鑄件表面易產生氧化膜褶皺，氧化膜卷入內部易形成氧化夾雜物，冶煉難度大；這種材料易產生縮松、縮孔缺陷，體收縮量大，收縮應力大，導致工藝設計的難度加大。閥體整體結構壁厚不均勻，相對增大了鑄造難度。國內目前還沒有成熟的鑄造工藝和完整的鑄造工藝文件。
【發明內容】
[0005]為了克服【背景技術】中的不足。本發明提供了一種鋼制高壓閥體的熔煉方法，本發明采用的技術解決方案是:
一種鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于，所述方法包括:
(O鋼錠的VOD爐精煉:在真空、惰性氣氛或可控氣氛的條件下進行深脫碳、脫硫、脫氧、除氣、調整成分和調整溫度，去除雜質。[0006](2)合金料的爐中加熱干燥與保溫:鋼水熔煉前將精煉劑、集渣劑與合金料都置爐中加熱干燥，保溫。
[0007](3)鋼水的精煉與澆注:在精煉爐中加入VOD爐精煉后的鋼錠，送電，在鋼錠熔化期間加入合金料，待合金料在爐中熔清后第一次取樣光譜檢驗，待加冒口熔清后第二次取樣光譜檢驗，鋼水升溫至1500°C以上時，將電解Mn分3次加入鋼水中，將爐中的渣全部打凈，先加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再次加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再加入剩余的硅鈣粉然后攪拌，然后熔清后第三取樣光譜檢驗，調整成份，第一次精煉完畢，再次打渣，進行第二次精煉，將硅鋇不銹鋼精煉劑分3次加入鋼水中攪拌，邊加邊攪拌邊升溫，溶清后取樣光譜檢驗化學成份，當溫度升到1600°C以上時加入80%的鋁終脫氧劑，將鋼水倒入鋼包中，剩余的20%鋁終脫氧劑加入鋼包中，鋼包中最終取樣，鋼包運到鑄型前、澆注前要測溫。
[0008]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)合金料的爐中加熱干燥溫度為200-300°C。
[0009]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)合金料的爐中保溫時間為2-3小時。
[0010]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注中加入的硅鋇不銹鋼精煉劑量為總鋼水量的2/1000。
[0011]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注中加入的鋁終脫氧劑的量為爐中鋼水量的I一2%。。
[0012]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注時需要采用氣體保護方法。
[0013]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注時需要渣保護方法下進行。
[0014]所述的鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注中測溫、出爐溫度在1620-1630°C，澆注溫度在1560°C _1580°C范圍。
[0015]所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的鋼錠為超-超臨界鋼C12A時，還包括以下步驟:
a、澆注:采用了雙層澆道的澆注方式對鑄件模型進行澆注，鑄件模型上的冒口為明保溫冒口 ；
b、切割冒口與補焊:先對鑄件進行預熱處理，切割冒口，進行補焊，再放置入爐中加熱350-400°C保溫3-4小時再慢慢冷卻；
C、熱處理；
d、檢測機械性能。
[0016]所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于，所述步驟a雙層澆道的澆注方式為:在鑄件模型上設置了一個直澆口，所述直澆口上設有2個排橫澆口，所述排橫澆口上各設有4個內澆口。
[0017]所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于，所述步驟a澆注時，在鑄件模型、芯頭表面和所有轉角位置放置鉻礦砂。
[0018]所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于，所述步驟b中預熱處理為將鑄件放入爐中加熱到350-400°C并保溫3-4小時。
[0019]本發明的有益效果是:本熔煉方法選用2種精煉劑2次精煉方法，有效的降低了P、S、H、0的含量凈化了鋼水，提高了晶間腐蝕性能，采用了 VOD精煉爐進行真空精煉鋼錠的方法，不但穩定了化學成份也保證了 N的含量，同時也凈化了鋼水，解決了鑄件內部夾渣、出現氧化層現象。具有克服現有技術鑄件后形成大量的氣孔的缺點，以及質量優異且成本較低的特點。
【具體實施方式】
[0020]以下給出本發明的實施例，進一步對本發明進行詳細說明，但本發明并不限于此。
[0021]實施例1
雙相鋼SAF2507高壓閥體的熔煉方法，所述方法包括:
(O鋼錠的VOD爐精煉:在真空、惰性氣氛或可控氣氛的條件下進行深脫碳、脫硫、脫氧、除氣、調整成分和調整溫度，去除雜質。
[0022](2)合金料的爐中加熱干燥與保溫:鋼水熔煉前將精煉劑、集渣劑與合金料都置爐中加熱200-300°C干燥，保溫2-3小時。
[0023](3)鋼水的精煉與澆注:加入VOD爐精煉后的鋼錠，送電，在鋼錠熔化期間加入合金料，待合金料在爐中熔清后第一次取樣光譜檢驗，待加冒口熔清后第二次取樣光譜檢驗，鋼水升溫至1500°C以上時，將電解Mn分3次加入鋼水中，將爐中的渣全部打凈，先加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再次加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再加入剩余的硅鈣粉然后攪拌，然后熔清后第三取樣光譜檢驗，調整成份，第一次精煉完畢。再次打渣，進行第二次精煉，將硅鋇不銹鋼精煉劑分3次加入鋼水中攪拌，邊加邊攪拌邊升溫，溶清后取樣光譜檢驗化學成份，當溫度升到1600°C以上時加入爐中鋼水量的I一2%。的鋁終脫氧劑的80%，將鋼水倒入鋼包中，剩余的20%鋁終脫氧劑加入鋼包中，鋼包中最終取樣，鋼包運到鑄型前、澆注前要測溫。
[0024]優選方案可以在鋼水的精煉與澆注中鋼錠熔化期間加入邊角料。
[0025]本熔煉方法選用2種精煉劑為硅鈣粉和硅鋇不銹鋼精煉劑。
[0026]硅鋇不銹鋼精煉劑為山東曲阜先鋒鑄造材料有限公司生產的先鋒牌，牌號:Si50Bal5Cal0。
[0027]在熔煉過程中為了防止氣體的吸入熔煉時導致不打渣，所以采用渣保護方法防止高溫時氣體的吸入，要求如有漏鋼水時要用集渣劑復蓋。
[0028]熔煉時渣的保護方法:主要是讓鋼水上面一直保持有一層渣層使鋼水不直接接觸鋼水，防止空氣中的氧和氫被吸入鋼水中，一直到澆注前精煉前才將渣打掉，制渣的辦法，是在加料前將一些瑩石和長石首先加入爐底，加入比例是50%對50%，瑩石和長石于鋼水的比例是8-10%ο·
[0029]加料與熔煉時需要采用氣體保護方法。氣體保護方法有兩種:①鋼水熔煉氣體保護法、在爐上從鋼水熔化開使就采用充氬氣保護的方法，一直到鋼水澆入包中為止。②鑄型澆注過程氣體保護法，在鋼水澆注前3分鐘將型腔內沖入氬氣直到澆注完為止。
[0030]加料與熔煉的出爐溫度與澆注溫度:光譜檢驗化學成份合格后，測溫、出爐溫度在1620-1630°C。澆注溫度在1560°C _1580°C泛圍，鋼包運到鑄型前、澆注前要測溫、如溫度偏高等待1-2分鐘、再測一次溫方能澆注。[0031]產品鑄件按ASTM SAF2507標準驗收。
[0032]閥體鑄件要求射線探傷檢查:
(1)氣孔、夾渣、縮孔2級片以內。
[0033](2)無裂紋、鑲入物；
補焊:
(1)深度超過25mm、單個補焊面積不超過65cm、所有補焊面積不超過鑄件的3%，符合要求。
[0034](2)產品所有鑄件補焊熱處理的次數不超過2次。
[0035]生產的產品符合既定的要求。
[0036]實施例2
超-超臨界鋼C12A高壓閥體的熔煉方法，所述方法包括:
(4)鋼錠的VOD爐精煉:在真空、惰性氣氛或可控氣氛的條件下進行深脫碳、脫硫、脫氧、除氣、調整成分和調整溫度，去除雜質。
[0037](5)合金料的爐中加熱干燥與保溫:鋼水熔煉前將精煉劑、集渣劑與合金料都置爐中加熱200-300°C干燥，保溫2-3小時。
[0038](6)鋼水的精煉與澆注:加入VOD爐精煉后的鋼錠，送電，在鋼錠熔化期間加入合金料，待合金料在爐中熔清后第一次取樣光譜檢驗，待加冒口熔清后第二次取樣光譜檢驗，鋼水升溫至1500°C以上時，將電解Mn分3次加入鋼水中，將爐中的渣全部打凈，先加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再次加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再加入剩余的硅鈣粉然后攪拌，然后熔清后第三取樣光譜檢驗，調整成份，第一次精煉完畢。再次打渣，進行第二次精煉，將硅鋇不銹鋼精煉劑分3次加入鋼水中攪拌，邊加邊攪拌邊升溫，溶清后取樣光譜檢驗化學成份，當溫度升到1600°C以上時加入爐中鋼水量的I一2%。的鋁終脫氧劑的80%，將鋼水倒入鋼包中，剩余的20%鋁終脫氧劑加入鋼包中，鋼包中最終取樣，鋼包運到鑄型前、澆注前要測溫。
[0039]用VOD精煉爐熔煉出的鋼錠，能穩定鋼水的化學成份，保證N的含量在0.03-0.04之間；將電解Mn分2-3次加入鋼水中，使電解Mn充分融入鋼水；進行兩次精煉并且選用不同的精煉劑，能有效的精化鋼水，每種精煉劑分三次放入鋼水，放入之后都攪拌，能使精煉劑與鋼水充分接觸，更好的精煉鋼水；
超-超臨界鋼C12A高壓閥體的熔煉方法，后續步驟還包括:
澆注:采用了雙層澆道的澆注方式對鑄件模型進行澆注，鑄件模型上的冒口為明保溫冒口，所述雙層澆道的澆注方式為，在鑄件模型上設置了一個直澆口，所述直澆口下端設有2個排橫澆口，所述排橫澆口上各設有4個內澆口，提高了澆注速度，防止鋼水在型腔中提留過長時間導致過度氧化，同時能使鋼水平穩上升，解決了卷入性氣孔和氧化夾渣的問題，澆注時，在鑄件模型、芯頭表面和所以轉角位置放置鉻礦砂，防止鑄件粘砂，沖砂，并且提高鑄件表面的冷卻速度。
[0040]切割冒口與補焊:該材料在切割冒口和補焊時極易產生裂紋，因此切割冒口前先對鑄件進行預熱處理，先對鑄件進行預熱處理，再切割冒口，進行補焊，補焊完成后再放置入爐中加熱350-400°C保溫3-4小時再慢慢冷卻；所述預熱處理為將鑄件放入爐中加熱到350-400°C并保溫3-4小時，根據有關資料報道該材料在補焊時可焊接溫度在120°C以上，低于120°C易產生裂紋，因此我們在此基礎上作了大量的試驗工作，在試驗過程中發現如果加熱溫度低冷卻太快，可焊時間太短，如加熱溫度太高超過400°C以上，焊縫及熔合線附近晶粒易急劇長大，同時也會造成層間組織過熱，出現魏氏體組織，粗大晶粒和網狀晶界，從而易導致焊縫機械性能下降出現裂縫和脫焊現象。為此我們經過實際試驗補焊預熱溫度不能超過400°C，因此決定預熱溫度在350-400°C，保溫時間適件的大小而定，一般2_6小時。
[0041]熱處理:正火處理:加熱1050°C ±10°C，保溫4小時，出爐空冷；回火處理:加熱7600C ±10°C，保溫4小時，出爐空冷。 [0042]檢測機械性能:機械性能按ASTM/A217 C12A標準檢測數據如下:抗拉強度(MPa):655 ;屈服強度(MPa):480 ;延伸率(％):23 ;斷面收縮率(％):64。
[0043]優選方案可以在鋼水的精煉與澆注中鋼錠熔化期間加入邊角料。
[0044]本熔煉方法選用2種精煉劑為硅鈣粉和硅鋇不銹鋼精煉劑。
[0045]在熔煉過程中為了防止氣體的吸入熔煉時導致不打渣，所以采用渣保護方法防止高溫時氣體的吸入，要求如有漏鋼水時要用集渣劑復蓋。
[0046]加料與熔煉時需要采用氣體保護方法。氣體保護方法有兩種:①鋼水熔煉氣體保護法、在爐上從鋼水熔化開使就采用充氬氣保護的方法，一直到鋼水澆入包中為止。②鑄型澆注過程氣體保護法，在鋼水澆注前3分鐘將型腔內沖入氬氣直到澆注完為止。
[0047]加料與熔煉的出爐溫度與澆注溫度:光譜檢驗化學成份合格后，測溫、出爐溫度在1620-1630°C。澆注溫度在1560°C _1580°C泛圍，鋼包運到鑄型前、澆注前要測溫、如溫度偏高等待1-2分鐘、再測一次溫方能澆注。
[0048]各位技術人員須知:雖然本發明已按照上述【具體實施方式】做了描述，但是本發明的發明思想并不僅限于此發明，任何運用本發明思想的改裝，都將納入本專利專利權保護范圍內。
【權利要求】
1.一種鋼制高壓閥體的熔煉方法，其特征在于，所述方法包括: (1)鋼錠的VOD爐精煉:在真空、惰性氣氛或可控氣氛的條件下進行深脫碳、脫硫、脫氧、除氣、調整成分和調整溫度，去除雜質； (2)合金料的爐中加熱干燥與保溫:鋼水熔煉前將精煉劑、集渣劑與合金料都置爐中加熱干燥，保溫； (3)鋼水的精煉與澆注:在精煉爐中加入VOD爐精煉后的鋼錠，送電，在鋼錠熔化期間加入合金料，待合金料在爐中熔清后第一次取樣光譜檢驗，待加冒口熔清后第二次取樣光譜檢驗，鋼水升溫至1500°C以上時，將電解Mn分3次加入鋼水中，將爐中的渣全部打凈，先加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再次加入1/3總量的硅鈣粉，待溶清后再加入剩余的硅鈣粉然后攪拌，然后熔清后第三取樣光譜檢驗，調整成份，第一次精煉完畢，再次打渣，進行第二次精煉，將硅鋇不銹鋼精煉劑分3次加入鋼水中攪拌，邊加邊攪拌邊升溫，溶清后取樣光譜檢驗化學成份，當溫度升到1600°C以上時加入80%的鋁終脫氧劑，將鋼水倒入鋼包中，剩余的20%鋁終脫氧劑加入鋼包中，鋼包中最終取樣，鋼包運到鑄型前、澆注前要測溫。
2.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)合金料的爐中加熱干燥溫度為200-300°C。
3.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)合金料的爐中保溫時間為2-3小時。
4.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注中加入的硅鋇不銹鋼精煉劑量為爐中鋼水量的2/1000。
5.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注中加入的鋁終脫氧劑的量為爐中鋼水量的I一2%。。
6.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注時需要采用氣體保護方法。
7.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注時需要渣保護方法下進行。
8.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的步驟(3)鋼水的精煉與澆注中測溫、出爐溫度在1620-1630°C，澆注溫度在1560°C -1580°C。
9.根據權利要求1所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于:所述的鋼錠為超-超臨界鋼C12A時，還包括以下步驟: a、澆注:采用了雙層澆道的澆注方式對鑄件模型進行澆注，鑄件模型上的冒口為明保溫冒口 ； b、切割冒口與補焊:先對鑄件進行預熱處理，切割冒口，進行補焊，再放置入爐中加熱350-400°C保溫3-4小時再慢慢冷卻； C、熱處理； d、檢測機械性能。
10.根據權利要求9所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于，所述步驟a雙層澆道的澆注方式為:在鑄件模型上設置了一個直澆口，所述直澆口上設有2個排橫澆口，所述排橫澆口上各設有4個內澆口。
11.根據權利要求9所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于，所述步驟a澆注時，在鑄件模型、芯頭表面和所有轉角位置放置鉻礦砂。
12.根據權利要求9所述的鋼制高壓閥體的的熔煉方法，其特征在于，所述步驟b中預熱處理為將鑄件放入爐中加熱到350-400°C并保溫3-4小時。
【文檔編號】C21C7/10GK103627848SQ201310523185
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】鄭福平, 朱裕敏, 徐顏林, 張佳秋 申請人:溫州銳特鑄造有限公司