不銹鋼蝸殼的生產(chǎn)

梁云霞，衛(wèi)心宏，遆玉海

（太原重工股份有限公司冶鑄分公司，山西太原030024）

不銹鋼蝸殼的生產(chǎn)

梁云霞，衛(wèi)心宏，遆玉海

（太原重工股份有限公司冶鑄分公司，山西太原030024）

針對(duì)大型蝸殼的工藝特點(diǎn)，通過(guò)工藝模擬改進(jìn)、工藝優(yōu)化、化學(xué)成分內(nèi)控、熱處理工藝改進(jìn)等工藝方案，完成了大型不銹鋼蝸殼的生產(chǎn)。經(jīng)檢測(cè)，不銹鋼蝸殼的力學(xué)性能、內(nèi)外質(zhì)量全部滿足設(shè)計(jì)的要求。

不銹鋼蝸殼；ZG0Cr18Ni12Mo2Ti；鑄造工藝

耐酸不銹鋼蝸殼（材質(zhì)為ZG0Cr18Ni12Mo2Ti）應(yīng)用于各種酸堿等化工行業(yè)。鑄件工作環(huán)境的工作介質(zhì)溫度為180℃，要求對(duì)鑄件產(chǎn)品進(jìn)行1.85 MPa壓力的水壓試驗(yàn)及氣密性試驗(yàn)。要求對(duì)鑄件毛坯做煤油滲漏試驗(yàn)，鑄件粗加工后做水壓試驗(yàn)，精加工后做氣密性試驗(yàn)。對(duì)質(zhì)量要求較高。為了滿足產(chǎn)品質(zhì)量和使用要求，前期對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了一系列的論證和優(yōu)化，并制定了質(zhì)量控制計(jì)劃，首件不銹鋼蝸殼生產(chǎn)成功，為后續(xù)的生產(chǎn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 制造工藝

耐酸不銹鋼蝸殼屬低碳奧氏體不銹鋼，鑄件補(bǔ)縮體收縮較大，易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱烈等鑄造缺陷。鑄件凈重13 900 kg，產(chǎn)品輪廓尺寸3 800 mm× 3 375 mm×1 665 mm，鑄件蝸室壁厚僅70 mm，主體上部垂直法蘭壁厚150 mm，鑄件蝸室整體成螺旋變徑轉(zhuǎn)大喇叭口結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)的特殊性及壁厚和輪廓尺寸的懸殊，提高了此鑄件制造的難度。不銹鋼蝸殼鑄件如圖1所示。

圖1 不銹鋼蝸殼鑄件圖

1.1 工藝優(yōu)化

對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、研究，找出產(chǎn)品制造的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，及需要采取的工藝措施和操作措施。對(duì)設(shè)計(jì)的工藝方案創(chuàng)建三維立體模型后利用MAGMA模擬軟件進(jìn)行分析處理，后根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)一步修正、優(yōu)化工藝方案，工藝方案如圖2所示。

圖2 不銹鋼蝸殼鑄件工藝簡(jiǎn)圖

1）鑄件工藝參數(shù)的選擇?？s尺選1.8%，加工余量25 mm/20 mm，關(guān)鍵部位尺寸較難控制的部位進(jìn)行補(bǔ)正，確保毛坯尺寸滿足要求。

2）造型方法及原材料的選擇。因其輪廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)特殊，工藝方案選擇隨鑄件主體螺旋分型，組芯的方式進(jìn)行制造。采用外皮水玻璃石英砂，內(nèi)腔芯子做整體芯盒樹(shù)脂石英砂制芯，鑄件圓角部位使用合格的鉻鐵礦砂。

3）鑄件澆冒口工藝設(shè)置。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)澆注系統(tǒng)采用兩層澆注的澆注方案，內(nèi)水口要求與鑄件接觸處設(shè)置鴨嘴式水口。冒口的設(shè)置，因鑄件出風(fēng)口法蘭較進(jìn)風(fēng)口高，法蘭處冒口采用暗冒口，出風(fēng)口較高冒口采用明冒口。

4）外冷鐵的設(shè)計(jì)及材料要求。在外圍底部、冒口間、垂直法蘭底部等部位設(shè)置專用、隨形外冷鐵，補(bǔ)縮方面造成末端區(qū)、劃分冒口補(bǔ)縮區(qū)，進(jìn)一步提高冒口補(bǔ)縮效果。

5）砂芯固定，蝸室內(nèi)砂芯心頭較小，而蝸室尺寸巨大，屬典型的頭大腳輕型結(jié)構(gòu)，為了確保砂芯的穩(wěn)定，保證鑄件尺寸，工藝采用專用不銹鋼螺紋卡子進(jìn)行芯子固定。

1.2 熔煉和澆注

蝸殼的材質(zhì)為ZG0Cr18Ni12Mo2Ti不銹鋼材質(zhì)，為了確保鑄件的耐蝕性和力學(xué)性能，熔煉上對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行了成分內(nèi)控，標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)控化學(xué)成分要求詳見(jiàn)表1，力學(xué)性能要求見(jiàn)表2.為了確保鋼水的化學(xué)成分，特別是滿足低碳含量的要求。工藝上采用電爐進(jìn)行熔煉、LF精煉、VOD真空精煉的冶煉工藝方案，進(jìn)行成分調(diào)整和溫度控制，從而獲得了成分均勻、純凈度高、有害氣體含量低的鋼水。進(jìn)一步確保了鑄件的鋼水質(zhì)量。澆注采用單眼（φ80 mm）包澆注，直水口φ120 mm.澆注溫度1 560℃±10℃.本體試驗(yàn)料化學(xué)成分見(jiàn)表1.

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.3 固溶熱處理

為了改善不銹鋼蝸殼鑄件使用的耐蝕性，對(duì)鑄件進(jìn)行固溶熱處理。因蝸殼鑄件為厚大、壁厚不均的不銹鋼件，固溶處理選擇較高的溫度及較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，具體固溶處理工藝為將蝸殼鑄件加熱到1 120℃±10℃，保溫4 h，使碳化物完全溶解，然后淬入水中，水槽要求水溫均勻，循環(huán)均勻，確保鑄件得到耐蝕性能良好的奧氏體基體。

1.4 鑄件補(bǔ)焊及精整

因不銹鋼蝸殼蝸室流道屬關(guān)鍵的工作腔，不但形狀尺寸要符合線型，表面還要求光滑平整，質(zhì)量要求較嚴(yán)格。具體工藝要求：鑄件內(nèi)外表面拋丸清理后，精整打磨，蝸殼內(nèi)蝸室、流道等光潔度要求達(dá)到Ra50 μm要求。為了保證內(nèi)腔流道尺寸滿足圖紙要求，特制作多塊斷面截面成品樣板進(jìn)行精整驗(yàn)收。

不銹鋼蝸殼表面缺陷的焊補(bǔ)工藝選用A202焊條（或相應(yīng)的E318-16、CHS212R），焊前焊條要在烘烤箱內(nèi)烘烤到250℃～300℃下烘1 h～1.5 h后放在保溫桶內(nèi)備用。焊補(bǔ)過(guò)程中為了防止碳化物析出及防止變形，要求冷焊，嚴(yán)格控制層間溫度不超過(guò)100℃.

2 生產(chǎn)結(jié)果

1）對(duì)鑄件本體試驗(yàn)性能檢測(cè)結(jié)果滿足產(chǎn)品要求。力學(xué)性能見(jiàn)表2.

表2 力學(xué)性能

2）對(duì)鑄件毛坯進(jìn)行檢驗(yàn)后，形狀尺寸均滿足圖紙要求及公差要求。對(duì)鑄件毛坯關(guān)鍵部位進(jìn)行PT探傷檢查結(jié)果為合格。鑄件毛坯如圖3.

圖3 鑄件毛坯

3）不銹鋼蝸殼本體經(jīng)煤油滲漏試驗(yàn)滿足用戶提供的規(guī)范要求。鑄件在粗加工后的水壓試驗(yàn)，精加工后的氣密性試驗(yàn)均滿足技術(shù)要求。

3 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化工藝方案、內(nèi)控化學(xué)成分、嚴(yán)格過(guò)程控制，成功生產(chǎn)了數(shù)臺(tái)套大型不銹鋼蝸殼，表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能、晶間腐蝕等各項(xiàng)參數(shù)全部滿足技術(shù)要求。不銹鋼蝸殼是化工等行業(yè)的重要零部件，具有廣闊的市場(chǎng)，確定的工藝方案，為開(kāi)發(fā)其他型號(hào)的不銹鋼蝸殼及同類產(chǎn)品積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)。

［1］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)編.鑄造手冊(cè)：第2卷：鑄鋼[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］陸世英.不銹鋼［M］.北京：原子能出版社，1995.

［3］張曉峰.提高奧氏體不銹鋼鑄件耐腐蝕性能研究［J］.化工設(shè)備技術(shù)，2006（5）：59-61.

［4］杜存臣.奧氏體不銹鋼在工業(yè)中的應(yīng)用［J］.化工設(shè)備與管道，2007（2）：54-56.

TG142.71

A

1674-6694（2015）05-0038-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.012

2015-06-21

梁云霞（1979-），女，工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì)工作。