本發(fā)明涉及一種大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件。

背景技術(shù)：

大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是由上冠、下環(huán)、葉片三部分焊接而成，大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)、葉片鑄件重量大、尺寸大，葉片還存在三維空間變截面變曲面，壁厚嚴(yán)重不均的特點(diǎn)。由于要進(jìn)行大量焊接加工，故要求鑄件具有較好的可焊性能。實(shí)際生產(chǎn)中，上冠、下環(huán)、葉片馬氏體不銹鋼鑄件上述特點(diǎn)，其鑄造成形工藝難度極大，易產(chǎn)生變形、偏析、裂紋、夾渣等缺陷，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)異及性能穩(wěn)定的大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件。

為了達(dá)到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)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：12.5％～13.5％；

鎳：3.8％～5.5％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質(zhì)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≤0.015％，氫≤0.0003％；

鎳當(dāng)量與鉻當(dāng)量的比值≥0.42，

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

余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)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：12.5％～13.5％；

鎳：4.5％～5.5％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質(zhì)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≤0.015％，氫≤0.0003％；

鎳當(dāng)量與鉻當(dāng)量的比值≥0.42，

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

余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，澆注鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)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：12.5％～13.5％；

鎳：3.8％～5.0％；

鉬：0.4％～1.0％；

雜質(zhì)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≤0.015％，氫≤0.0003％；

鎳當(dāng)量與鉻當(dāng)量的比值≥0.42，

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

余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述的大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件為單機(jī)容量500MW以上大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件，其中，轉(zhuǎn)輪上冠鑄件≥6000mm，毛重≥100t，轉(zhuǎn)輪下環(huán)鑄件外徑≥6000mm，毛重≥60t，轉(zhuǎn)輪葉片鑄件表面積≥12m²，厚度30～180mm，毛重≥15t。如某電站混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件外徑Φ9400mm，高度4255mm，凈重359t，其中，轉(zhuǎn)輪上冠鑄件尺寸(最大外徑×高度)8680mm×2785mm，凈量100t(毛重大于150t)，轉(zhuǎn)輪下環(huán)鑄件尺寸(最大外徑×高度)9400mm×1911mm，凈重55t(毛重大于100t)，轉(zhuǎn)輪葉片鑄件表面積超過20m²，厚度30～180mm，凈重13.5t(毛重大于18t)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述鑄件的屈服強(qiáng)度≥580MPa，抗拉強(qiáng)度≥780MPa，斷后伸長率≥20％，斷面收縮率≥55％，沖擊吸收能量≥100J，硬度220～285HBW，冷彎(α＝90°，d＝25mm)：無裂紋。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果：

大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件的屈服強(qiáng)度≥580MPa，抗拉強(qiáng)度≥780MPa，斷后伸長率≥20％，斷面收縮率≥55％，沖擊吸收能量≥100J，硬度220～285HBW，冷彎(α＝90°，d＝25mm)：無裂紋。

附圖說明

圖1為上冠無損檢測(cè)分區(qū)示意圖，其中a為上冠(止漏環(huán)位置1)b為上冠(止漏環(huán)位置2)；

圖2為下環(huán)無損檢測(cè)分區(qū)示意圖；其中a為下環(huán)(止漏環(huán)位置1)，b為下環(huán)(止漏環(huán)位置2)；

圖3為葉片無損檢測(cè)分區(qū)(正背面檢測(cè)分區(qū)相同)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述和說明。

1、大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件的制造步驟如下

1.1冶煉：鋼水經(jīng)過電爐冶煉后，應(yīng)采用VOD或AOD等方法進(jìn)行精煉。冶煉工藝滿足以下三點(diǎn)：

a)冶煉時(shí)控制鋼中的Ni_eq/Cr_eq值，以有效減少鑄件中的δ鐵素體含量；

b)推薦盡可能將Al含量控制到最低；

c)當(dāng)多爐鋼水合澆時(shí)，每爐鋼水都應(yīng)進(jìn)行熔煉化學(xué)成分分析。

1.2鑄造

1.2.1工藝設(shè)計(jì)：根據(jù)訂貨圖樣結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件設(shè)計(jì)鑄造工藝，推薦采用平穩(wěn)充型澆注系統(tǒng)；采用鑄造模擬軟件進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。為減少葉片加工余量，推薦對(duì)葉片鑄件進(jìn)行應(yīng)力變形模擬分析，應(yīng)力變形模擬分析應(yīng)包含鑄造、熱處理等主要工序。

1.2.2造型：推薦造型面砂使用鉻鐵礦砂，厚度為20mm～50mm，表面刷鋯英粉涂料，或采用性能更優(yōu)的造型材料和涂料。

1.2.3澆注：澆注前應(yīng)向型腔內(nèi)通氬氣，并在氬氣保護(hù)下澆注。

1.2.4落砂：工藝規(guī)定的落砂溫度應(yīng)考慮相變應(yīng)力。

1.3熱處理

1.3.1熱處理爐：熱處理爐應(yīng)按GB/T 9452定期進(jìn)行檢測(cè)并合格，滿足工藝要求。

1.3.2清除鑄造應(yīng)力熱處理：鑄件清理后應(yīng)立即進(jìn)行消除鑄造應(yīng)力熱處理；在鑄件溫度降低至250℃之前，完成冒口切割作業(yè)。

1.3.3性能熱處理：鑄件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(jìn)行正火處理。回火的溫度不低于590℃，以便獲得適量的逆變奧氏體和最佳的綜合力學(xué)性能。

1.4缺陷焊補(bǔ)

1.4.1焊補(bǔ)前準(zhǔn)備：焊補(bǔ)材料為與鑄件同材質(zhì)或相近的馬氏體不銹鋼材料，首批生產(chǎn)時(shí)，焊前應(yīng)提交焊接工藝評(píng)定報(bào)告。

1.4.2焊補(bǔ)過程控制：焊補(bǔ)前應(yīng)清除缺陷，然后進(jìn)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(duì)鑄件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不低于100℃，預(yù)熱區(qū)域的面積應(yīng)不小于缺陷面積的3倍。

1.4.3焊補(bǔ)后消除應(yīng)力熱處理：要缺陷和特殊缺陷焊補(bǔ)后都應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，熱處理溫度不得高于二次回火溫度。

1.4.4焊補(bǔ)后檢查：焊補(bǔ)后進(jìn)行無損檢測(cè)。

1.5機(jī)械加工和粗磨

2、檢測(cè)規(guī)格試驗(yàn)方法

2.1鑄件的檢測(cè)試樣

鑄件的檢測(cè)試樣最小尺寸為60mm×100mm×220mm。

鑄件的成品化學(xué)分析、氣體含量分析和力學(xué)性能試驗(yàn)采用同一鑄件的檢測(cè)試樣。

2.2化學(xué)成分分析

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

2.2.2化學(xué)成分分析按GB/T 223或GB/T 11170規(guī)定進(jìn)行。

2.2.3化學(xué)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(jìn)行。

澆注鑄件的鋼水熔煉分析和鑄件成品分析，其化學(xué)成分、氣體含量見表1、表2。

表1化學(xué)成分

表2氣體含量(質(zhì)量百分比)

2.3力學(xué)性能試驗(yàn)

2.3.1拉伸和沖擊

取一個(gè)拉伸試樣和一組沖擊試樣(三個(gè)試樣)進(jìn)行試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)按GB/T228.1規(guī)定進(jìn)行，沖擊試驗(yàn)按GB/T 229規(guī)定進(jìn)行。

2.3.2硬度

硬度檢測(cè)按GB/T 231.1規(guī)定進(jìn)行。

2.3.3彎曲試驗(yàn)

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(dá)到0.8μm。彎曲試驗(yàn)按GB/T 232規(guī)定進(jìn)行。

大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件的力學(xué)性能見表3.

表3力學(xué)性能

2.4無損檢測(cè)

按CCH70-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)鑄件進(jìn)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(cè)，檢驗(yàn)符合按圖1、表4和圖2、表5及圖3、表6規(guī)定。

表4上冠無損檢測(cè)

表5下環(huán)無損檢測(cè)

表6葉片無損檢測(cè)

下述實(shí)施例制作的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼鑄件的尺寸如下：外徑Φ9400mm，高度4255mm，凈重359t，其中，轉(zhuǎn)輪上冠鑄件尺寸(最大外徑×高度)8680mm×2785mm，凈量100t(毛重大于150t)，轉(zhuǎn)輪下環(huán)鑄件尺寸(最大外徑×高度)9400mm×1911mm，凈重55t(毛重大于100t)，轉(zhuǎn)輪葉片鑄件表面積超過20m²，厚度30～180mm，凈重13.5t(毛重大于18t)。

實(shí)施例1：

澆注上冠鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成：碳：0.04％；硅：0.52％；錳：0.64％；磷：0.018％；硫：0.002％；鉻：12.5％；鎳：4.41％；鉬：0.52％；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度611MPa，抗拉強(qiáng)度818MPa，斷后伸長率23％，斷面收縮率73％，沖擊吸收能量180J，彎曲90°無裂紋。

實(shí)施例2：

澆注下環(huán)鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成：碳：0.021％；硅：0.35％；錳：0.62％；磷：0.011％；硫：0.003％；鉻：12.58％；鎳：4.36％；鉬：0.52％；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度590MPa，抗拉強(qiáng)度812MPa，斷后伸長率24％，斷面收縮率74％，沖擊吸收能量186J，彎曲90°無裂紋。

實(shí)施例3：

澆注葉片鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成：碳：0.025％；硅：0.37％；錳：0.82％；磷：0.016％；硫：0.004％；鉻：12.88％；鎳：4.66％；鉬：0.58％；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度725MPa，抗拉強(qiáng)度833MPa，斷后伸長率23％，斷面收縮率75％，沖擊吸收能量176J，彎曲90°無裂紋。

實(shí)施例4：

澆注葉片鑄件的鋼水熔煉成分和鑄件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成：碳：0.024％；硅：0.35％；錳：0.82％；磷：0.017％；硫：0.008％；鉻：12.62％；鎳：4.55％；鉬：0.51％；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度703MPa，抗拉強(qiáng)度818MPa，斷后伸長率23％，斷面收縮率68％，沖擊吸收能量139J，彎曲90°無裂紋。

盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開的原則范圍和精神之內(nèi)。