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海水蝶阀阀体铸造气孔的处理

梅索尼兰阀门(苏州)有限公司-【官网】  发布时间:2019-06-10 00:00:00  阅读次数:694

摘 要:分析了铸不锈钢蝶阀阀体产生气孔的原因。探讨了实际生产中通过对原砂和再生砂的温度及湿度随时监控,调整生产工艺、原材料的种类及加入量的配比和使用专业除渣剂等措施消除气孔缺陷的方法。

关键字:蝶阀 00Cr25Ni7Mo4N 气孔 缺陷控制


 

1 概述

超级双相不锈钢(00Cr25Ni7Mo4N,法国牌号为SAF2507)广泛地应用于核工业中,如阀体、主冷却剂管道和主泵泵壳等。公称尺寸为DN1050的海水蝶阀由于尺寸较大,阀体各部分厚度等尺寸差别较大,在铸造生产中存在缩孔、缩松和气孔等缺陷,严重影响了铸件承压特性。为此,利用分析仪器对缺陷进行分析与鉴定,结合传统的铸造工艺,提出解决铸造缺陷的方法。

2 气孔形成原因

2.1 分类

气孔分为侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。由金属外部侵入而形成的气孔称为侵入性气孔,由液体金属中析出气体而形成的气孔称为析出性气孔,金属液与铸型之间或在金属液内部发生化学反应所产生的气孔称为反应性气孔。在生产过程中,铸件顶部和冒口下方经常会出现气孔。

2.2 鉴别

阀体(图1)铸件中出现的气孔(图2)有的呈球状,有的呈针状。球状孔的孔径在2~4mm,针孔的孔径为1~3mm,长度为3~20mm。有的针孔与外界相贯通,有的针孔在基体内部,当将阀体切开后才发现。

图1 阀体

利用扫描电镜拍摄(SEM)气孔表面(图3),气孔内表面呈脉纹状,不光滑,有白色球状物和葵花状物,从而能判断出该气孔为侵入性气孔。对白色的球状物进行能谱分析(图4),球状物中氧元素含量过高,说明该物质被严重氧化,球状物中富含Al2O3(表1),Al元素主要来自脱氧剂。

图2 阀体气孔

图3 SEM气孔表面

图4 球状物能谱分析照片

表1 气孔中元素

从阀体顶部气孔表面能谱分析,在气孔表面分布有大量的熔渣,说明在气体的逸出过程中,气体和熔渣进行了化学反应,从而判断出该气孔为反应性气孔。

2.3 分析

通过气孔的宏观形貌和微观形貌以及气孔表面物质分析,阀体铸件在浇注和凝固过程中主要产生了两种气孔,即侵入性气孔和反应性气孔。

(1)侵入性气孔

型砂在高温下产生气体的总量和速度称为发气性。理论上P气<P液+P阻+P腔,铸件就不会产生侵入性气孔。但是条件中各种压力自金属液浇入铸型时就在变化。P液随着金属液浇入量增加而增高,到浇满时最大。P气随着浇注时间增长和发气量增多而增大。P气值不仅与砂型发气物质的发气总量有关,还与发气温度和发气速度有关。因此,P气最大值的出现时间不同,数值不同,后果也就相应不同。

阀体造型所用的型砂为碱性酚醛树脂砂,酚醛树脂的主要发气温度在650~750℃,总发气量为460ml/g。相对于脲酸树脂(主要发气温度为280~320℃,发气量为410ml/g),其发气温度区间较大,当其他条件相同时,酚醛树脂引起气孔的危险性较大。酚醛树脂砂对气孔的形成有一定的作用,尤其当空气中的水分含量增加时,影响更大。当空气中的含水量均在20g/m3以上时,混砂造型过程、熔炼过程以及浇注过程均会带入大量的水分,当温度急剧升高时,促使P气迅速猛增,促使形成气孔的情况发生。

(2)反应性气孔

阀体铸件反应性气孔形成的根本原因有两方面。①炉气中可溶性气体含量太高,引起液体金属吸收大量气体。在电弧炉熔炼的条件下,空气中的水分因电弧的高温作用离解为氢和氧。碱性造渣时,在精炼过程中,如果空气中水分含量过高,电石渣中的碳化钙将和空气中的水分产生化学反应,生成大量的氢。②熔炼过程中,最后加入除渣剂后,没有及时的将渣滓去除干净。在钢液除渣过程中,加热电源已断掉,而当时没有及时将渣滓除去时,随着温度的降低渣滓又下沉进入金属液中,在浇注过程中漂到最顶层,加之侵入性气体的影响,形成了含有大量渣滓的气孔。

3 气孔的消除

3.1 控制环境温度和湿度

环境温度(含原砂温度)增高,树脂自硬砂固化速度增加。在其他条件不变情况下,砂温每上升10℃,固化速率要加快1倍。相同固化剂含量的树脂砂,砂温每升高5℃,因固化时间加快会使起模时间缩短1/3~1/4。环境的相对湿度(含原砂湿度)增加,树脂自硬砂的硬化速度减慢,最终强度通常会降低。在环境湿度较大时生产,水分蒸发受阻而使硬化速度减慢。在阀体造型中,要解决环境温度和湿度变化的影响。

(1)环境温度每上升或下降10℃,固化剂应减少或增加0.5%~1.0%(Wt),如果相对湿度同时增加,固化剂应略微相应增加,一般可按环境温度变化5℃为一调整间隔。

(2)环境温度为+10℃以上时,只需要调整固化剂的用量。环境温度为+10℃以下时,采用低温固化剂。

(3)在高温条件下,通过调节砂温,增加树脂和固化剂的温度,配合高浓度、高活化型固化剂的采用。

(4)增加砂型的透气性,在砂型上方留出气孔。将砂芯做成空心,既可以增加气体的排放量又可以使砂芯得到充分的收缩。

3.2 控制炼钢原材料

(1)新料和返回料比例

SAF2507超级双相不锈钢(表2)熔炼所用金属材料主要包括新配的双相不锈钢和返回合金钢。在熔炼时新料通常不少于70%,这样熔炼过程中即合理的利用返回料,又没有使其中的元素含量超标,而且携带的水分危害也大大降低。

表2 SAF2507主要成分      Wt%

(2)造渣材料

SAF2507熔炼过程中使用的造渣材料分为2种,一种是萤石(CaF2),另一种是不锈钢造渣除气剂。加入萤石使熔渣很快的变稀,流动性变好,促使钢与渣之间化学反应迅速进行。但是萤石并不能吸收炉料中的有害气体如氢气。当空气湿度较大时炉料中的氢气和游离的氢含量很大,极易形成气孔。针对SAF2507吸气能力强的特点,使用专业的不锈钢造渣除气剂。不锈钢造渣除气剂不仅能有效去除钢液里各种氧化夹杂物,去除有害杂质,而且能去除氢气,降低气孔缺陷的发生率。

3.3 控制熔炼和浇注温度

SAF2507熔炼到1670~1700℃后关上电源使其静置2min,此期间不做任何除渣动作(即不用洒上除渣剂),再开电源,这时炉渣会不断的上浮到液面,当温度较低时炉渣不会自动上浮。待炉渣充分上浮后在上面洒上不锈钢造渣除气剂然后除渣。将钢液熔炼到如此高温,除了除渣的需要外,熔炼温度还直接影响到浇注温度。

一般而言,浇注温度过高,则容易产生缩孔和缩松的缺陷。而浇注温度过低,则容易产生气孔的缺陷。阀体的浇注温度在1590~1650℃之间。熔炼后的钢液待除完渣后还要静止,然后浇到大的浇包内,与浇包接触后温度会降低,从钢液停止加热到钢水进入型腔约10min。1t钢包中的钢水每分钟降温6.4℃,要控制好浇注温度,严格控制钢水的出炉温度十分必要的。

4 结语

在00Cr25Ni7Mo4N不锈钢阀体铸造生产过程中,通过控制原砂和再生砂的温度及湿度、熔炼温度及新料和返回料的配比,并使用不锈钢专用造渣除气剂,消除了铸件气孔,提高了阀体质量,降低了生产制造成本。

 

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