汽輪機(jī)用耐高溫硅鉬鐵素體球墨鑄鐵及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料及其制備工藝，尤其涉及一種球墨鑄鐵及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 球墨鑄鐵由于其具有良好的鑄造性能及低生產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)性在裝備工程領(lǐng)域獲 得了大量的應(yīng)用，如汽輪機(jī)汽缸、軸承座等。當(dāng)今大功率、高參數(shù)、高可靠性、高熱效率和清 潔環(huán)保已經(jīng)成為汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。汽輪機(jī)二次再熱技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)組再熱溫度達(dá)到 625°C，壓力35MPa，其外缸的使用溫度達(dá)到350~450°C，這對材料的強(qiáng)度、蠕變特性、抗氧 化、抗疲勞等性能提出了更為苛刻的要求。普通球墨鑄鐵材料使用溫度在350°C以下，為滿 足高溫使用的要求，通常采用硅鉬球墨鑄鐵進(jìn)行生產(chǎn)制造。
[0003] 以下專利"SMO DUCTILE IRON CASTINGS IN GAS TURBINE APPLICATIONS"（公開 號US 20100322813 Al，公開日期2010. 12. 23)公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)用硅鉬球墨鑄鐵件，其 主要內(nèi)容為：
[0004] 1、材料組分為（質(zhì)量百分比）2.8~3.7%(：，3.0~3.5%51，0.8~1.5%]\1〇， 0· 025 ~0· 60% Mg，S < 0· 01%，0 ~I. 3% Ni，P < 0· 05%，Ti < 0· 05%，V < 0· 05%，Sn < 0· 05%，Al < 0· 10%，Cr < 0· 10%，Cu < 0· 10%，Mn < 0· 15%，余為鐵。
[0005] 2、鑄件鐵素體化熱處理，加熱至900°C保溫至少7小時，然后冷卻至720°C保溫至 少2小時，繼續(xù)冷卻至690°C保溫至少8小時。
[0006] 3、650~75(TC除應(yīng)力處理。
[0007] 其效果為生產(chǎn)出一種適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)高溫下使用的球墨鑄鐵件。但該材料需消耗大 量的鉬合金及一定量的鎳貴重金屬，且鑄件需進(jìn)行高溫鐵素體化熱處理及除應(yīng)力處理，生 產(chǎn)成本高，周期長。
[0008] 中國專利"一種高硅鉬耐熱球墨鑄鐵的制備方法"（公開號CN 104141088A，公開 日2014. 11. 12)公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)高溫部件的球墨鑄鐵件制備方法。
[0009] 1、其材料的組分3. 2 ~3. 4%C，3. 7 ~4. 3% Si，Mn 彡 0· 3%，P 彡 0· 05%，0· 007 ~ 0. 012% S，0. 04 ~0. 55% Mg，0. 8 ~I. 2% Mo。
[0010] 2、鑄件需進(jìn)行時效去應(yīng)力退火處理：50~80°C /h，加熱至550~600°C，保溫 3. 5~4h，然后緩冷，冷卻速度30~50°C /h，冷卻至250~200°C出爐空冷。
[0011] 該材料中硅含量偏高，易使鑄件產(chǎn)生脆性，增加鑄件生產(chǎn)風(fēng)險；同時需要進(jìn)行時效 去應(yīng)力退火處理，延長生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種綜合性能更好、成本更低廉、滿足汽輪 機(jī)部件在高溫下使用的耐熱球墨鑄鐵及其制備工藝，獲得耐高溫球墨鑄鐵其球化率達(dá)到 GB/T 9441-2009《球墨鑄鐵金相檢驗》所規(guī)定的80%以上，鐵素體量大于90%，常溫及高溫 力學(xué)性能滿足生產(chǎn)的要求。
[0013] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0014] -種汽輪機(jī)用耐高溫娃鉬鐵素體球墨鑄鐵，各成分的質(zhì)量百分含量如下：，
[0015] C 3. 0 ~3. 5%，Si 2. 8 ~3. 2%，Mo 0· 5 ~0· 8%，Mg 0· 040 ~0· 055%，
[0016] Sb 0· 004 ~0· 008%，Mn < 0· 2%，P < 0· 040%，S < 0· 015%，
[0017] Re < 0. 010%，余為鐵及殘余元素。
[0018] 同時本發(fā)明提供了一種汽輪機(jī)用耐高溫硅鉬鐵素體球墨鑄鐵的制備工藝，其步驟 包括：
[0019] a、爐料配比：用生鐵50重量份，碳素廢鋼30重量份，球墨鑄鐵廢鐵20重量份，增 碳劑1. 10重量份；
[0020] b、中頻感應(yīng)爐熔化，爐料化清，升溫至1520°C，除渣；加入硅鐵，鉬鐵；溫度1450°C 時進(jìn)行球化處理，以下百分比以鐵液重量百分比計：
[0021] 輕稀土球化劑為0. 5%，重稀土球化劑為0. 7%;覆蓋0. 2%硅鐵粒及鑄鐵板；在球 化過程中加入一次孕育硅鐵0. 6% ;
[0022] 控制鑄鐵中各元素的含量為：
[0023] C 3. 0 ~3. 5%，Si 2. 8 ~3. 2%，Mo 0· 5 ~0· 8%，Mg 0· 040 ~0· 055%，
[0024] Sb 0· 004 ~0· 008%，Mn < 0· 2%，P < 0· 040%，S < 0· 015%，
[0025] Re <0· 010%，余為鐵及殘余元素；
[0026] c、將球化處理后溫度為1380°C的鐵液倒進(jìn)拔塞澆口箱中，同時進(jìn)行二次孕育，孕 育劑加入量為〇. 25%，以鐵液重量百分比計；
[0027] d、打開拔塞裝置，澆注；成型的鑄件自然冷卻至200°C后從鑄型中取出。
[0028] 所研制的耐高溫球墨鑄鐵其球化率達(dá)到GB/T 9441-2009《球墨鑄鐵金相檢驗》所 規(guī)定的80%以上，鐵素體量大于90%，常溫及高溫力學(xué)性能滿足下表1的要求。
[0029] 表1.硅鉬鐵素體球墨鑄鐵常溫及高溫力學(xué)性能
[0030]
[0031] 本發(fā)明的理論依據(jù)是：硅是促進(jìn)石墨化、提高相變溫度和抗氧化能力的最常見元 素。硅能在鑄鐵表面形成具有很好保護(hù)效果的SiO 2鈍化膜，在各種氣氛中都具有優(yōu)異的抗 氧化性，同時具有一定自愈能力。鉬提高球墨鑄鐵高溫強(qiáng)度、增加抗蠕變能力和蠕變斷裂 特性，Mo多0.46%時，固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵效果明顯，每增加1%的鉬，抗拉強(qiáng)度增加 42Mpa。在球鐵中硅與鉬形成金屬間化合物MoSi2，提高材料的耐磨性、耐高溫腐蝕性和耐氧 化性。
[0032] 尤其是銻（Sb)作為改善球墨鑄鐵石墨形態(tài)添加使用。球墨鑄鐵中加入微量銻后， 在凝固時銻被吸附在石墨和金屬基體界面上，形成一層富銻障礙層，阻礙了氧向組織內(nèi)部 擴(kuò)散，增加高溫抗生長性和熱疲勞性能。
[0033] 本發(fā)明所具備的優(yōu)點：
[0034] 1.硅在球墨鑄鐵中具有雙重性。既增加鐵素體數(shù)量，提高韌性與塑性，同時又 固溶強(qiáng)化鐵素體基體，增加強(qiáng)度與硬度。但硅量的增加提高球墨鑄鐵的脆性-韌性轉(zhuǎn)變溫 度，易使鑄件產(chǎn)生脆性斷裂。比較以上公開的專利，本發(fā)明中硅含量顯著降低，避免了因硅 含量高而產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)。
[0035] 2.鉬是正偏析的元素，在厚壁鑄件中，由于冷卻速度低，促進(jìn)鉬的偏析，形成復(fù)雜 的合金化合物，降低球墨鑄鐵的塑性。同時，增加鉬含量，促進(jìn)形成球墨鑄鐵的晶間縮松。比 較以上公開的