本發(fā)明涉及鑄造，具體涉及一種提高zg06cr16ni5mo材質(zhì)鑄鋼件耐氧化酸腐蝕性的方法。

背景技術(shù)：

1、生產(chǎn)硝酸、硝銨等工業(yè)領(lǐng)域中使用的大型鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備，因工作環(huán)境復(fù)雜，要求機(jī)殼等零部件既要有優(yōu)異的強(qiáng)度、硬度、塑韌性及耐磨損性能，又要求在硝酸等氧化酸環(huán)境下有良好的耐腐蝕性能，這樣才能保證設(shè)備的使用壽命。鐵素體類、奧氏體類及鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，如1cr7ti、1cr18mn8ni5mo等不銹鋼材料，雖然有較好的和塑韌性和耐腐蝕性能，但是強(qiáng)度、硬度及耐磨損等遠(yuǎn)低于馬氏體不銹鋼，無法滿足設(shè)備的使用要求。

2、zg06cr16ni5mo屬馬氏體不銹鋼材質(zhì)，廣泛應(yīng)用于水輪機(jī)組件、閥體、核電站壓力容器及海上鉆井平臺(tái)中，該馬氏體不銹鋼經(jīng)過恰當(dāng)?shù)恼鸺盎鼗馃崽幚砗?，其微觀組織為回火馬氏體和彌散分布在馬氏體基體中的片層狀逆變奧氏體以及少量δ鐵素體相。經(jīng)過長(zhǎng)期的驗(yàn)證，該馬氏體不銹鋼具有良好的強(qiáng)度和塑韌性，優(yōu)異的耐磨損、耐水蝕、耐沖蝕性能，而且具有良好的鑄造性能和焊接性能。但該不銹鋼材質(zhì)在硝酸等氧化酸環(huán)境，及高溫下的氧化性氣氛中耐腐蝕性能不理想。

3、為滿足其硝酸、硝銨等工業(yè)領(lǐng)域中大型鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備的使用要求，要求該馬氏體不銹鋼性能必須滿足：抗拉強(qiáng)度(δb)≥760mpa，屈服強(qiáng)度(δs)≥540mpa，硬度≥235hbw，延伸率(a)≥15％，斷面收縮率(z)≥35％，常溫沖擊功(akv2)≥60j，x500倍顯微組織為回火馬氏體加不超過5％的δ鐵素體；同時(shí)要求按照gb/t4334-2008方法c(不銹鋼65％硝酸腐蝕試驗(yàn)方法)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)(即將試樣放置在65.0±0.2％的硝酸溶液中部，每周期連續(xù)煮沸48h，每周期使用新的硝酸溶液，試驗(yàn)后取出試驗(yàn)，在流水中用軟刷刷掉表面的腐蝕產(chǎn)物，洗凈、干燥、稱重試樣，然后計(jì)算每個(gè)試樣每個(gè)周期的腐蝕速率)，試驗(yàn)5個(gè)周期，所有試樣各周期測(cè)試的最大值不得超過1.75g/(m2·h)，試驗(yàn)結(jié)果的平均值不得超過1.50g/(m2·h)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種提高zg06cr16ni5mo材質(zhì)鑄鋼件耐氧化酸腐蝕性的方法及鑄鋼件，實(shí)現(xiàn)zg06cr16ni5mo鑄鋼件在硝酸等氧化酸環(huán)境，以及高溫下的氧化酸氣氛中耐腐蝕和耐磨損性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了一種提高zg06cr16ni5mo材質(zhì)鑄鋼件耐氧化酸腐蝕性的方法，包括：

3、步驟一、化學(xué)成分設(shè)計(jì)：

4、將zg06cr16ni5mo材質(zhì)鑄鋼件的化學(xué)成分設(shè)計(jì)為c：≤0.03％、si:0.35～0.55％、mn:0.70～0.95％、p：≤0.025％、s≤0.015％、cr:15.5～16.0％、ni:5.5～6.0％、mo:≤0.10％，cu：≤0.15％、w：≤0.10％、v：≤0.03％，其余為fe，同時(shí)，按照以下公式計(jì)算creq和nieq當(dāng)量，確保creq≤16.8，nieq≥6.95，creq＝cr+mo+1.5si；nieq＝ni+30c+0.5mn；

5、步驟二、熔煉工藝：

6、將低碳、低磷和硫含量的廢鋼材料加入到中頻電爐冶煉中，爐料完全熔化后取樣進(jìn)行成分分析，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整成分，在中頻爐冶煉階段嚴(yán)格控制p、s及cr含量，出鋼溫度≥1650℃；

7、中頻電爐冶煉完成后將鋼水轉(zhuǎn)爐進(jìn)行vod精煉，并嚴(yán)格控制c含量，將爐內(nèi)真空度控制到70pa以下，并保壓10min以上，破真空后測(cè)溫并取包樣檢測(cè)化學(xué)成分，澆注溫度1555-1565℃。

8、步驟三、熱處理工藝：采用正火加二次回火的工藝方式進(jìn)行熱處理。

9、較佳地，所述步驟二中，向中頻電爐中加入爐料時(shí)，先加小塊料鋪到爐底，確保裝料緊實(shí)，大塊廢鋼和返回料裝到上部，隨著爐中、下部爐料熔化，并陸續(xù)添加廢鋼和返回料。

10、較佳地，所述步驟二中，爐料熔化70％以上后，按照0.5～1kg/t的速率向鋼液加入鋁絲和硅鈣絲或硅鋇鈣進(jìn)行脫氧。

11、較佳地，所述步驟二中，對(duì)鋼液進(jìn)行vod精煉處理時(shí)，將爐內(nèi)真空度抽至70pa以下，并保壓10min以上；破真空后測(cè)溫并取包樣檢測(cè)化學(xué)成分，檢測(cè)化學(xué)成分合格后，在1555-1565℃進(jìn)行澆注。

12、較佳地，所述步驟三中，正火加二次回火熱處理工藝為：

13、較佳地，按照50-80℃/min的速度升溫至1020-1060℃，按照鑄件最大厚度每25mm保溫1h計(jì)算保溫時(shí)間，最少保溫8h，保溫時(shí)間足夠后出爐風(fēng)冷至100℃以下；

14、一次回火：按照50-80℃/min的速度升溫至610-630℃，保溫按照鑄件最大厚度每25mm保溫1h計(jì)算保溫時(shí)間，最少保溫8h，保溫時(shí)間足夠后出爐空冷或風(fēng)冷至100℃以下；

15、二次回火：按照50-80℃/min的速度升溫至610-630℃，保溫按照鑄件最大厚度每25mm保溫1h計(jì)算保溫時(shí)間，最少保溫8h，保溫時(shí)間足夠后出爐空冷或風(fēng)冷至100℃以下。

16、較佳地，鑄件熱處理完成后進(jìn)行粗加工、打磨、探傷、消缺及補(bǔ)焊作業(yè)。

17、較佳地，所述補(bǔ)焊合格后進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，具體工藝為：按照50-60℃/min的速度升溫至560-580℃，按照最大補(bǔ)焊深度每25mm保溫1h計(jì)算保溫時(shí)間，最少保溫8h，保溫時(shí)間足夠后出爐空冷至室溫。

18、較佳地，熱處理中鑄件的每次升溫的速度按照50-80℃/min的速度進(jìn)行升溫。

19、本技術(shù)還提供了一種耐氧化酸腐蝕性zg06cr16ni5mo鑄鋼件，其化學(xué)成分為c：≤0.03％、si:0.35％～0.55％、mn:0.70％～0.95％、p：≤0.025％、s≤0.015％、cr:15.5％～16.0％、ni:5.5％～6.0％、mo:≤0.10％，cu：≤0.15％、w：≤0.10％、v：≤0.03％，其余為fe；

20、creq≤16.8，nieq≥6.95，

21、creq＝cr+mo+1.5si；nieq＝ni+30c+0.5mn。

22、本發(fā)明的有益效果在于：

23、本發(fā)明通過成分設(shè)計(jì)，保證了zg06cr16ni5mo材質(zhì)鑄件優(yōu)異的強(qiáng)度、硬度、塑韌性及良好的耐磨損和耐氧化酸腐蝕性能。

24、對(duì)于不銹鋼，cr元素是保證材料耐腐蝕性能的關(guān)鍵元素，當(dāng)cr在鐵中形成固溶體，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到12.5％以上時(shí)，不銹鋼在硝酸中的腐蝕速度就會(huì)很慢。同時(shí)，cr能在鋼的表面形成cr2o3的氧化膜，使不銹鋼表面鈍化，提高耐腐蝕性。但cr是較強(qiáng)碳化物形成元素，容易形成與基體電極電位不同的鉻的碳化物(cr,fe)23c6。zg06cr16ni5mo材質(zhì)熱處理緩冷過程或者回火溫度選擇不當(dāng)，容易在晶界上析出cr的碳化物，這些碳化物會(huì)使不銹鋼的韌性下降，脆性增加，同時(shí)由于cr形成了碳化物，使不銹鋼集體中鉻的含量降低，造成晶間“貧cr”區(qū)，當(dāng)含cr的鐵基固溶體中cr含量低于溶解度下限時(shí)，鋼的耐蝕性會(huì)下降，出現(xiàn)晶間腐蝕的情況，另外cr的碳化物由于基體電位不同形成微電池，導(dǎo)致耐腐蝕性進(jìn)一步惡化。因此，通過將c含量控制在0.03％及以下來減少碳化物的含量，提高不銹鋼的韌性和耐腐蝕性。馬氏體是奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變而成的亞穩(wěn)相。因此，為了獲得馬氏體組織，一個(gè)基本的先決條件，就是必須存在有奧氏體(γ相)相區(qū)。對(duì)于fe-cr二元合金平衡相圖而言，鉻含量大于12％時(shí)，在所有溫度條件下，均不存在奧氏體相區(qū)，為此只有加入能擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，才能實(shí)現(xiàn)上述先決條件。論擴(kuò)大γ相區(qū)的能力，首屈一指的當(dāng)然是碳，但是為了避免與鉻形成碳化物而使耐蝕性降低，碳含量應(yīng)盡可能地低。鎳是奧氏體形成元素，能擴(kuò)大γ相區(qū)，使鋼奧氏體化，并調(diào)整鋼的相變點(diǎn)，因此降低鋼中的碳含量并加入足夠高的鎳以使鋼獲得馬氏體組織。mn是比較軟的奧氏體形成元素，具有穩(wěn)定奧氏體組織的作用，適量的mn能擴(kuò)大γ相區(qū)，也可以提高不銹鋼的塑韌性。

25、高的鉻鎳含量使得超低碳馬氏體不銹鋼具有良好的淬透性，空冷即能得到馬氏體組織。但鉻當(dāng)量偏高而鎳當(dāng)量偏低時(shí)，組織中就會(huì)出現(xiàn)δ鐵素體，δ鐵素體以細(xì)小的塊狀分布于原奧氏體晶界處，含量較多時(shí)會(huì)形成條狀。一旦有δ鐵素體生成，用熱處理或再加工等方法難以消除。由于δ鐵素體與馬氏體基體之間化學(xué)成分、力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性等方面的差異，它的出現(xiàn)對(duì)鋼的性能帶來不利的影響。它不但降低鋼的強(qiáng)度，還影響其大截面性能，此外還會(huì)成為疲勞和磨蝕源。鐵素體形成元素(cr、mo、si)會(huì)促使δ鐵素體含量增加，而奧氏體形成元素(c、mn、ni)則會(huì)抑制δ鐵素體的出現(xiàn)。當(dāng)鋼中鐵素體形成元素(如si、cr等)偏上限，而奧氏體形成元素(如ni等)偏下限，就容易造成ni當(dāng)量(nieq)余量偏低，產(chǎn)生一定數(shù)量的δ鐵素體。為了抑制δ鐵素體的形成和量的增加，需要對(duì)cr當(dāng)量(creq)和ni(nieq)當(dāng)量進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)mo元素的加入會(huì)大幅降低不銹鋼在氧化酸環(huán)境下的耐腐蝕性，因此成分設(shè)計(jì)時(shí)控制mo含量低于0.1％，因mo含量低可能出現(xiàn)的回火脆性問題，通過合理設(shè)計(jì)熱處理工藝來解決。

26、本技術(shù)通過化學(xué)成分設(shè)計(jì)，保證了zg06cr16ni5mo材質(zhì)鑄件優(yōu)異的強(qiáng)度、硬度、塑韌性及良好的耐磨損和耐氧化酸腐蝕性能。

27、本技術(shù)通過熱處理工藝，使zg06cr16ni5mo鋼冷卻至室溫時(shí)有少量的奧氏體未轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，一次回火冷卻時(shí)可以使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并得到一定數(shù)量的逆變奧氏體，鋼的強(qiáng)度高，而韌性較低。增加第二次回火，可以使新生馬氏體回火軟化，同時(shí)又增加了穩(wěn)定的逆變奧氏體，逆變奧氏體熱穩(wěn)定性很高且在馬氏體基體高度彌散分布，可以使鋼的韌性顯著提高。

28、本技術(shù)通過對(duì)zg06cr16ni5mo材質(zhì)成分進(jìn)行、熔煉工藝及熱處理工藝進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，提高了該材質(zhì)鑄鋼件在硝酸等氧化酸環(huán)境，以及高溫下的氧化酸氣氛中耐腐蝕性能和耐磨損性能。