不锈钢阀体铸造工艺的分析与研究

赵汉悦

摘要：当前我国对于不锈钢阀体的需求日益增加，在铸件工艺方面也有着较大的要求，因而对不锈钢阀体的铸造工艺进行分析和研究，可以更好的铸造不锈钢阀体，为实现我国制造业的新发展奠定坚实的基础。本文通过论述不锈钢阀体铸造工艺特点,通过工艺方案比较,提出了不锈钢阀体的新铸造工艺。

关键词：铸造；不锈钢阀体；工艺

前言：铸造不锈钢阀体常见材质牌号为CF8,CF8M及CF3M。铸件阀体按相应标准应进行表面渗透检查，支管部位应进行射线探伤，铸件表面不允许有任何铸造缺陷，铸件尺寸精度要求达到CT8-CT10，铸件非加工表面粗糙度要求达到Ra≤25μm，要求如此严格的阀体，无论是造型还是冶炼生产难度都非常大。现针对此类要求的法兰连接式阀体的铸造工艺进行分析及研究，改进铸造工艺，从而提高阀体铸造质量，确保电站机组的安全运行。

1.法兰连接式不锈钢阀体的铸造工艺。

在法兰中心分型,因阀体是承压件,不能放芯撑,故芯头适当加长。内浇道在分型面两法兰处进入,选择顺序凝固原则,每个法兰上部设腰形冒口。下箱法兰设外冷铁，为使中间隔板组织致密,在上部设冒口。选用水玻璃CO2自硬砂。铸件转角处用铬铁矿砂，以避免局部热节处产生缩松和粘砂缺陷。芯砂选用改性水玻璃脂化砂，适当填加木屑,以提高芯子的退让性。改性水玻璃脂化砂的优点是:水玻璃加入量低、溃散性好、残留强度低,与树脂砂相比发气量低,且铸件表面光洁、尺寸精度高。芯砂配比:原砂100+水玻璃(改性水玻璃)3+脂0.45。刷醇基锆粉涂料2遍,操作要点是:第一遍涂料烘干后，用砂纸将涂料表面磨平，消除涂料刷痕,然后刷第二遍涂料，以保证铸件表面光洁。浇注温度控制在1570℃-1600℃,要快速浇注,待浇注到冒口1/3处缓浇。

2.存在问题与原因分析

2.1热裂纹的出现

首件生产发现,在阀体表面产生热裂纹。分析原因是中间隔板壁大于阀体外壳壁厚,散热缓慢，隔板凝固收缩时产生裂纹。为了解阀体裂纹分布状况，对阀体内外表面进行宏观检查，发现裂纹具有以下特征：外表面裂纹主要集中在双闸板密封环所在的进出口直段与阀体内壁相贯处，裂纹呈现断续、分散分布，裂纹部位未见宏观塑性变形，为了解裂纹内部裂面形貌，取裂纹表面及强制解体断进行扫描电镜分析，微观观察结果表明：①阀体裂纹为解理形貌，表现出脆性裂纹的特征。脆性裂纹的出现，阀体的工作环境对其材料性能的影响相当严重；②裂纹内部均存在小孔洞，这说明材料存在严重的缩松缺陷，加速了裂纹的产生。

2.3化学成分分析

材料的C、Si含量偏高，这两种元素含量偏高会降低材料的塑性和韧性，且Si含量偏高则会提高材料冷变形加工硬化率，降低焊接性能，易导致冷脆。另外，C含量偏高还增加材料铸造时的冷裂倾向。结合设备工况及上述分析检验结果，下面将分析阀体产生裂纹的原因。铸造型不锈钢发生脆化的温度一般集中在300-500℃之间。而阀体的工作温度在350-370℃之间，因而，阀体的工作条件将促使材料发生脆化。阀体工作介质为变换气，含H2大于50%，易使奥氏体不锈钢产生环境氢致开裂，且对晶间腐蚀有加速作用。腐蚀产物分析中Cl元素的存在证明介质中残存Cl元素，这极易使奥氏体不锈钢产生点腐蚀，在应力作用下易于产生应力腐蚀。阀体材料金相检验结果表明，材料晶粒大小不均匀问题突出，晶粒尺寸的大小影响材料的力学及耐腐蚀性能，晶粒越大材料的塑性、韧性及硬度就越低，越易于裂纹的产生和扩展，故晶粒尺寸的差异致使阀体材料的力学性能劣化，而大尺度夹杂物的存在使材料的力学性能严重降低，同时，加速了材料发生晶间及点腐蚀的可能性。材料厚度越大，热应力水平越高，加上大量夹杂物的存在，致使阀体在进出口法兰接管部位的焊缝极易产生裂纹。材料C、Si含量偏高，降低了材料的塑性和韧性，增加了密封环焊接热影响区材料产生焊接裂纹的倾向，铸造形成的大量晶间缩松、夹杂物及晶粒大小的不均造成了材料力学性能的下降及不均。所以，随阀体运行时间的增长，材料不断脆化，最终，铸造缺陷突出的进出口法兰接管与阀体相贯过渡部位在工作压力作用下不断产生分布性裂纹并在外表面体现出宏观裂纹。

3.改进措施

3.1工艺角度

将裂纹的产生部位放置外冷铁，同时在中间隔板根部选用铬铁矿砂，加速冷却，最终裂纹消除。生产实践证明改进后的铸造工艺合理。铸造生产中，冷铁对提高冒口的作用和防止铸件产生缩孔、缩松，保证铸件质量起着较为重要的作用，在消失模铸造中完全可以和普通铸造法一样地使用冷铁。外冷铁可在舂砂时放入；内冷铁可在制模时嵌入或粘合在模型地内部，也可将外冷铁延伸到型外，固定在砂型中。内外冷铁安放原则与冷铁种类、规格与普通铸造相似。

3.2化学材料角度

由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。"不锈钢"一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17~22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。

3.2不锈钢组成角度

不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。灰铸铁灰铸铁阀以其价格低廉、适用范围广而应用在工业的各个领域。它们通常用在水、蒸汽、油和气体为介质的情况下，并广泛地应用于化工、印染、油化、纺织和许多其它对铁污染影响少或没有影响到的工业产品上。适用于工作温度在15-200℃之间，公称压力PN≤1.6MPa的低压阀门。

4.结语

综上所述，阀体产生大量裂纹的主要原因是材料C、Si含量的偏高及突出的铸造缺陷，而长期处于脆化温度区域及大量含H2环境则加速了裂纹的产生。根据对阀体裂纹产生的分析结果，在铸造过程中，考虑采用合理的工艺，以减少铸造中可能产生的缩松、成分不均等缺陷，从而提高材料的力学性能及耐腐蚀性。

参考文献：

[1]陆梦禹，何晓宗，防止熔模铸造阀体产生铸造缺陷的实践[J]中国铸造装备与技术2006

[2]金林奎，焦东风，祁标F53双相不锈钢阀体开裂分析[J]理化试验（物理分册）2014