一種制造高氮奧氏體不銹鋼船艦用螺旋槳鑄件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在普通大氣壓力下制造高氮奧氏體不銹鋼船艦用螺旋槳鑄件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國(guó)運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，螺旋槳作為飛機(jī)、輪船的推進(jìn)器受到各國(guó)的關(guān)注，螺旋槳的工作條件對(duì)其自身材質(zhì)具有較高的要求，盡管已經(jīng)有了適應(yīng)要求的工程材料，但是對(duì)更高性能材料的研發(fā)從未止步。
[0003]目前，高錳鋁青銅C95700(75Cu-3Fe-8Al-2N1-12Mn)滿足大噸位、高速船舶要求，其性能較好。不銹鋼316L或316N也適用于制造船用螺旋槳。但這些材料制備的螺旋槳仍然存在耐海水腐蝕性能或機(jī)械性能有限的缺點(diǎn)。
[0004]高氮合金鋼包括高氮不銹鋼和高氮工具鋼等材料，尤其高氮不銹鋼，節(jié)約鎳且性能優(yōu)異，受到各國(guó)的重視，被作為戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)材料?，F(xiàn)有專(zhuān)利(200810050792.8)提供了在常壓條件下冶煉氮含量高達(dá)0.6-1.2%的高氮鋼鑄錠的方法，為高氮奧氏體不銹鋼在冶金和領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更加便利的條件。
[0005]高氮奧氏體不銹鋼與316L或316N不銹鋼相比，韌性處于同等級(jí)別，但其強(qiáng)度卻有顯著的提高，且具有更高的耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值及更為優(yōu)異的耐海水腐蝕性能；與高錳鋁青銅C95700相比，Cr20Mnl8Mo2.5-0.9N高氮奧氏體不銹鋼其鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度不低于830Mpa、屈服強(qiáng)度不低于565Mpa、延伸率30%以上，計(jì)算疲勞強(qiáng)度高于567Mpa，顯著優(yōu)于高錳鋁青銅。由此可見(jiàn)，采用高氮奧氏體不銹鋼制作高性能的螺旋槳，是一個(gè)很好的選擇。
[0006]然而，高氮奧氏體不銹鋼在普通環(huán)境大氣壓力下熔煉和鑄造時(shí)自釋放氮?dú)猓獨(dú)饩奂纬傻獨(dú)饪锥?，留存于鑄件中，容易造成鑄件孔洞缺陷以及不合理的分布特征。因此，為更好的發(fā)揮高氮奧氏體不銹鋼的高機(jī)械性能、優(yōu)異耐腐蝕性，有必要開(kāi)發(fā)一種鑄造高氮奧氏體不銹鋼螺旋槳鑄件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用高氮奧氏體不銹鋼在普通大氣壓力環(huán)境條件下，不采用差壓或高壓冶金技術(shù)，鑄造高氮奧氏體不銹鋼螺旋槳或槳葉鑄件的方法，所述方法包括設(shè)計(jì)螺旋槳或槳葉鑄件及其澆注系統(tǒng)、制作模型和準(zhǔn)備生產(chǎn)、制作蠟?zāi)！⒅茪?、熔煉和澆注、后處理、檢驗(yàn)七個(gè)步驟;其中，
[0008]所述制殼過(guò)程是:裝箱焙燒充分后，控制模殼溫度在650?1000°C，準(zhǔn)備澆注；
[0009]所述熔煉和澆注過(guò)程是:在常壓條件下熔煉，調(diào)節(jié)加熱功率，在熔融、除渣等熔煉操作過(guò)程中，控制氮?dú)忉尫帕吭谳^低的強(qiáng)度，熔融、除渣操作后，迅速調(diào)整至澆注溫度，將其控制在1480?1590°C之間，在90秒內(nèi)開(kāi)始澆注，并在5分鐘內(nèi)完成所有鋼水的澆注;澆注完成后，在澆口處采用熱澆口技術(shù)，延遲凝固；其他步驟按照一般不銹鋼精密鑄件的工藝控制要求。
[0010]在本發(fā)明所述的鑄造工藝中，其冒口和澆口是一體的，即指同一個(gè)。本發(fā)明所述熱澆口技術(shù)包括:采用更大模數(shù)的冒口，或者使用保溫冒口，或者對(duì)澆口覆蓋冒口保溫或發(fā)熱覆蓋劑，從而延遲澆口凝固，使鑄件中聚集的氣泡在重力作用下上浮溢出。
[0011 ]為避免高氮奧氏體不銹鋼熔煉和鑄造時(shí)自釋放氮?dú)饩奂笮纬傻拇髿馀葑鳛闅饪兹毕輾埩粼阼T件中；鑄造整體式螺旋槳時(shí)，由于不能充分利用重力偏析作用，發(fā)生自釋放的氮?dú)鈿馀菥奂⑶也荒艹浞峙懦鲨T件內(nèi)的狀況，在熔煉和澆注過(guò)程中，澆注完成進(jìn)行熱澆口后，使用離心機(jī)構(gòu)，通過(guò)離心機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，利用離心力的輔助充型和異質(zhì)偏析作用，使氣泡在離心力作用下被偏析溢出。離心機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要求:盡可能高，但不要使?jié)部谔幫庖绯鲣撍?br>[0012]為保障在熔模鑄造蠟?zāi)Ｖ谱鲿r(shí)滿足精度要求，而且在模殼焙燒時(shí)少或無(wú)蠟料殘留物于模殼表面，防止殘留物在澆注時(shí)高溫燃燒和揮發(fā)，避免產(chǎn)生其它燃燒或揮發(fā)性氣體，影響鑄件高氮奧氏體不銹鋼合金成分，本發(fā)明在模殼制備過(guò)程中制作蠟?zāi)r(shí)，采用中或高溫蠟制作蠟?zāi)＃茪ず蟊簾浞?制作模殼時(shí)選用硅溶膠或硅酸乙酯作為粘結(jié)劑，為了模殼具有更好的強(qiáng)度，可以復(fù)合疊層使用。
[0013]為了使鑄件不發(fā)生裂紋缺陷，在熔煉和澆注過(guò)程中，澆口凝固封口后，需要控制冷卻速度，使其緩慢冷卻后進(jìn)行清理。
[0014]為使鑄件具有更好的性能，本發(fā)明在對(duì)鑄件模殼和澆注系統(tǒng)清理后，進(jìn)行固溶熱處理，所述熱處理固溶溫度選取在1 20-1180 °C之間，固溶時(shí)間1-8小時(shí);淬火處理的淬火介質(zhì)選取水、油或水基淬火介質(zhì)。
[0015]本發(fā)明所述方法是為應(yīng)用氮含量20.65%的高氮奧氏體不銹鋼，其氮含量2 0.65?1.2%、高鉻含量15?24%、高錳含量12?24%的鉻-錳-氮奧氏體不銹鋼，也可以是添加了鉬、釩、鈮、鉭、鎢、銅、稀土其中一種或幾種合金化元素的鉻-錳-氮奧氏體不銹鋼制作螺旋槳鑄件而研發(fā)的；也適用于氮含量2 0.15%、高鉻含量15?24%、錳含量3?24%、鎳含量<22%的鉻-錳-鎳-氮奧氏體不銹鋼，以及添加了鉬、釩、鈮、鉭、鎢、銅、稀土其中一種或幾種合金化元素的鉻-錳-鎳-氮奧氏體不銹鋼。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0017]1、本發(fā)明所述方法不必在差壓或高壓條件下鑄造高氮奧氏體不銹鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，不受差壓或高壓技術(shù)必須附加的工藝裝備的限制，降低了工藝條件要求。
[0018]2、通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的鑄造技術(shù)，在保證高氮奧氏體不銹鋼合金成分氮濃度的同時(shí)，其自釋放氮?dú)饩奂臍馀莶槐环鈮汉蜌埩粼阼T件中，避免了嚴(yán)重的孔洞缺陷，解決了應(yīng)用高氮奧氏體不銹鋼鑄造螺旋槳或槳葉鑄件不合格的最主要難題。
[0019]3、本發(fā)明所述方法采用高氮奧氏體不銹鋼，鑄造高力學(xué)性能和高耐腐蝕性的船艦用螺旋槳鑄件，對(duì)比滿足大噸位、高速船舶要求的高錳鋁青銅等合金材料制備的螺旋槳，能夠提供更好的使用性能，并且節(jié)約銅資源，具有更好的應(yīng)用前景。
[0020]4、采用高氮奧氏體不銹鋼材料制作的船艦用螺旋槳，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合應(yīng)用于一般的不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼材料的熔模鑄造常規(guī)生產(chǎn)操作規(guī)程，以及本發(fā)明的特征步驟，通過(guò)下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行較為清晰和完整地描述。實(shí)施例1
[0022]鑄造小型船用高氮奧氏體不銹鋼整體式螺旋槳鑄件(整體式結(jié)構(gòu)直徑1050mm)，操作步驟如下:
[0023]1.設(shè)計(jì)鑄件和澆注系統(tǒng)
[0024]鑄件成分控制要求:0.6-0.7%N，〈0.03%C，18-20%Cr，16-18%Mn，〈0.03%P，〈0.03%S，〈0.5%Si，余量 Fe。
[0025]2.制作模型和準(zhǔn)備生產(chǎn)
[0026]2.1在熔煉用純鐵、金屬錳、氮化鉻鐵等鐵合金、中間合金，或者配方冶金材料等的成分、顆粒組成和理化性能符合制定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。熔煉時(shí)的造渣劑、硅鈣脫氧劑、覆蓋劑等原材料和配方材料符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。爐體、中間包、澆包等筑爐或修補(bǔ)材料如鎂磚、鎂砂、耐火水泥、水玻璃和配比材料等的成分、理化指標(biāo)、性能等符合技術(shù)要求或生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。符合熔煉低碳不銹鋼、高錳鋼設(shè)備的筑爐材料要求，筑爐或修補(bǔ)符合設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)，符合鑄造生產(chǎn)準(zhǔn)備要求的設(shè)備維護(hù)狀態(tài)良好。
[0027]2.2采用中性或堿性筑爐材料，按照筑爐材料配比、筑爐操作、修補(bǔ)操作、烘爐和燒結(jié)等操作規(guī)范，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)的要求，執(zhí)行操作程序或過(guò)程。
[0028]2.3配制的中溫蠟料、模具涂料、清洗液等符合成分、理化指標(biāo)，性能等符合技術(shù)要求或生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
[0029]2.4除水筒、靜止筒、保溫箱、壓蠟機(jī)、模具、清洗槽等設(shè)備維護(hù)狀態(tài)良好。
[0030]2.5原輔材料如硅酸乙酯、潤(rùn)濕劑、鋯英砂和粉、石英砂、莫來(lái)砂和粉等符合成分、理化指標(biāo)，性能等符合技術(shù)要求或生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，涂料、制殼等設(shè)備維護(hù)狀態(tài)良好，涂料配制嚴(yán)格按照配比和性能要求。
[0031 ] 2.6按照涂料配制、制殼操作、脫蠟等工藝操作規(guī)范，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)的要求，執(zhí)行操作程序或過(guò)程，對(duì)明文要求的注意事項(xiàng)給予高度關(guān)注，保障規(guī)范和連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)，避免不當(dāng)操作。
[0032]2.7按照生產(chǎn)計(jì)劃要求排列日程和作業(yè)順序。
[0033]3.蠟?zāi)Ｖ谱?br>[0034]3.1按照蠟料處理、壓制蠟?zāi)?、澆道模頭制作、蠟?zāi)Ｐ拚?、模組焊接組樹(shù)、模組清洗等工藝操作守則，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)的要求，執(zhí)行操作程序或過(guò)程，對(duì)要求的注意事項(xiàng)給予關(guān)注，保障規(guī)范和連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，避免不當(dāng)操作。
[0035]3.2通過(guò)如上操作，獲得槳葉蠟?zāi)?、軸套蠟?zāi)：蜐部诎?，組焊形成整體式螺旋槳的鑄造系統(tǒng)蠟?zāi)！?br>[0036]4.制殼
[0037]4.1按照涂料配制、制殼操作、脫蠟等工藝操作規(guī)范，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)的要求，執(zhí)行操作程序或過(guò)程。
[0038]4.2裝箱焙燒，模殼焙燒時(shí)要充分，焙燒溫度950 °C。
[0039]4.3焙燒充分后，控制模殼最終溫度，符合澆注要求的模殼工藝溫度。澆注前，保溫爐內(nèi)螺旋槳模殼溫度控制在900 0C。
[0040]5.熔煉和澆注
[0041]5.1根據(jù)高氮奧氏體不銹鋼合金成分要求，按照高氮奧氏體不銹鋼鑄造方法(專(zhuān)利號(hào):200810050792.8)的專(zhuān)利技術(shù)，準(zhǔn)備配料，嚴(yán)格執(zhí)行熔煉、澆注操作程序或過(guò)程，保證熔煉后澆注前模殼已經(jīng)準(zhǔn)備好，處于澆注狀態(tài)。嚴(yán)格執(zhí)行熔煉和澆注的工藝銜接的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，要求工序連續(xù)穩(wěn)定，避免延遲高氮奧氏體不銹鋼的熔煉和澆注，使高氮奧氏體不銹鋼鑄件高氮含量符合控制目標(biāo)。
[0042]5.2在大氣壓力條件下熔煉，在熔融、除渣等熔煉操作過(guò)程中，調(diào)節(jié)加熱功率，控制氮?dú)忉尫帕吭谳^低的強(qiáng)度，然后迅速調(diào)整至澆注溫度，澆注溫度控制在1530°C。
[0043]5.3將模殼從加熱爐內(nèi)移出，放置在離心機(jī)構(gòu)上，檢查澆口中心使與旋轉(zhuǎn)軸重合，或者位置對(duì)應(yīng)，將升溫至1530 0C的鋼水在90秒內(nèi)銜接澆注，澆注完每個(gè)螺旋槳模殼，在澆口處添加、覆蓋冒口發(fā)熱覆蓋劑，使用了商業(yè)銷(xiāo)售的無(wú)碳發(fā)熱覆蓋劑;開(kāi)始澆注后在3分鐘內(nèi)完成所有恪煉鋼水的饒注。
[0044]5.4澆注完成，啟動(dòng)離心機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為每分鐘60轉(zhuǎn)。在澆口凝固封口后，放入臺(tái)車(chē)式爐內(nèi)，700°C保溫2小時(shí)，然后臺(tái)車(chē)爐停止加熱。
[0045]5