海水蝶閥閥體鑄造氣孔的處理
梅索尼蘭閥門（蘇州）有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-06-10 00:00:00 閱讀次數(shù)：3962
摘 要：分析了鑄不銹鋼蝶閥閥體產(chǎn)生氣孔的原因。探討了實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)對(duì)原砂和再生砂的溫度及濕度隨時(shí)監(jiān)控，調(diào)整生產(chǎn)工藝、原材料的種類及加入量的配比和使用專業(yè)除渣劑等措施消除氣孔缺陷的方法。
關(guān)鍵字：蝶閥 00Cr25Ni7Mo4N 氣孔 缺陷控制
1 概述
超級(jí)雙相不銹鋼（00Cr25Ni7Mo4N，法國(guó)牌號(hào)為SAF2507）廣泛地應(yīng)用于核工業(yè)中，如閥體、主冷卻劑管道和主泵泵殼等。公稱尺寸為DN1050的海水蝶閥由于尺寸較大，閥體各部分厚度等尺寸差別較大，在鑄造生產(chǎn)中存在縮孔、縮松和氣孔等缺陷，嚴(yán)重影響了鑄件承壓特性。為此，利用分析儀器對(duì)缺陷進(jìn)行分析與鑒定，結(jié)合傳統(tǒng)的鑄造工藝，提出解決鑄造缺陷的方法。
2 氣孔形成原因
2.1 分類
氣孔分為侵入性氣孔、析出性氣孔和反應(yīng)性氣孔。由金屬外部侵入而形成的氣孔稱為侵入性氣孔，由液體金屬中析出氣體而形成的氣孔稱為析出性氣孔，金屬液與鑄型之間或在金屬液內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣孔稱為反應(yīng)性氣孔。在生產(chǎn)過(guò)程中，鑄件頂部和冒口下方經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣孔。
2.2 鑒別
閥體（圖1）鑄件中出現(xiàn)的氣孔（圖2）有的呈球狀，有的呈針狀。球狀孔的孔徑在2～4mm，針孔的孔徑為1～3mm，長(zhǎng)度為3～20mm。有的針孔與外界相貫通，有的針孔在基體內(nèi)部，當(dāng)將閥體切開后才發(fā)現(xiàn)。
圖1 閥體
利用掃描電鏡拍攝（SEM）氣孔表面（圖3），氣孔內(nèi)表面呈脈紋狀，不光滑，有白色球狀物和葵花狀物，從而能判斷出該氣孔為侵入性氣孔。對(duì)白色的球狀物進(jìn)行能譜分析（圖4），球狀物中氧元素含量過(guò)高，說(shuō)明該物質(zhì)被嚴(yán)重氧化，球狀物中富含Al2O3（表1），Al元素主要來(lái)自脫氧劑。
圖2 閥體氣孔
圖3 SEM氣孔表面
圖4 球狀物能譜分析照片
表1 氣孔中元素
從閥體頂部氣孔表面能譜分析，在氣孔表面分布有大量的熔渣，說(shuō)明在氣體的逸出過(guò)程中，氣體和熔渣進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)，從而判斷出該氣孔為反應(yīng)性氣孔。
2.3 分析
通過(guò)氣孔的宏觀形貌和微觀形貌以及氣孔表面物質(zhì)分析，閥體鑄件在澆注和凝固過(guò)程中主要產(chǎn)生了兩種氣孔，即侵入性氣孔和反應(yīng)性氣孔。
（1）侵入性氣孔
型砂在高溫下產(chǎn)生氣體的總量和速度稱為發(fā)氣性。理論上P氣＜P液+P阻+P腔，鑄件就不會(huì)產(chǎn)生侵入性氣孔。但是條件中各種壓力自金屬液澆入鑄型時(shí)就在變化。P液隨著金屬液澆入量增加而增高，到澆滿時(shí)最大。P氣隨著澆注時(shí)間增長(zhǎng)和發(fā)氣量增多而增大。P氣值不僅與砂型發(fā)氣物質(zhì)的發(fā)氣總量有關(guān)，還與發(fā)氣溫度和發(fā)氣速度有關(guān)。因此，P氣最大值的出現(xiàn)時(shí)間不同，數(shù)值不同，后果也就相應(yīng)不同。
閥體造型所用的型砂為堿性酚醛樹脂砂，酚醛樹脂的主要發(fā)氣溫度在650～750℃，總發(fā)氣量為460ml/g。相對(duì)于脲酸樹脂（主要發(fā)氣溫度為280～320℃，發(fā)氣量為410ml/g），其發(fā)氣溫度區(qū)間較大，當(dāng)其他條件相同時(shí)，酚醛樹脂引起氣孔的危險(xiǎn)性較大。酚醛樹脂砂對(duì)氣孔的形成有一定的作用，尤其當(dāng)空氣中的水分含量增加時(shí)，影響更大。當(dāng)空氣中的含水量均在20g/m3以上時(shí)，混砂造型過(guò)程、熔煉過(guò)程以及澆注過(guò)程均會(huì)帶入大量的水分，當(dāng)溫度急劇升高時(shí)，促使P氣迅速猛增，促使形成氣孔的情況發(fā)生。
（2）反應(yīng)性氣孔
閥體鑄件反應(yīng)性氣孔形成的根本原因有兩方面。①爐氣中可溶性氣體含量太高，引起液體金屬吸收大量氣體。在電弧爐熔煉的條件下，空氣中的水分因電弧的高溫作用離解為氫和氧。堿性造渣時(shí)，在精煉過(guò)程中，如果空氣中水分含量過(guò)高，電石渣中的碳化鈣將和空氣中的水分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成大量的氫。②熔煉過(guò)程中，最后加入除渣劑后，沒有及時(shí)的將渣滓去除干凈。在鋼液除渣過(guò)程中，加熱電源已斷掉，而當(dāng)時(shí)沒有及時(shí)將渣滓除去時(shí)，隨著溫度的降低渣滓又下沉進(jìn)入金屬液中，在澆注過(guò)程中漂到最頂層，加之侵入性氣體的影響，形成了含有大量渣滓的氣孔。
3 氣孔的消除
3.1 控制環(huán)境溫度和濕度
環(huán)境溫度（含原砂溫度）增高，樹脂自硬砂固化速度增加。在其他條件不變情況下，砂溫每上升10℃，固化速率要加快1倍。相同固化劑含量的樹脂砂，砂溫每升高5℃，因固化時(shí)間加快會(huì)使起模時(shí)間縮短1/3～1/4。環(huán)境的相對(duì)濕度（含原砂濕度）增加，樹脂自硬砂的硬化速度減慢，最終強(qiáng)度通常會(huì)降低。在環(huán)境濕度較大時(shí)生產(chǎn)，水分蒸發(fā)受阻而使硬化速度減慢。在閥體造型中，要解決環(huán)境溫度和濕度變化的影響。
（1）環(huán)境溫度每上升或下降10℃，固化劑應(yīng)減少或增加0.5%～1.0%（Wt），如果相對(duì)濕度同時(shí)增加，固化劑應(yīng)略微相應(yīng)增加，一般可按環(huán)境溫度變化5℃為一調(diào)整間隔。
（2）環(huán)境溫度為+10℃以上時(shí)，只需要調(diào)整固化劑的用量。環(huán)境溫度為+10℃以下時(shí)，采用低溫固化劑。
（3）在高溫條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)砂溫，增加樹脂和固化劑的溫度，配合高濃度、高活化型固化劑的采用。
（4）增加砂型的透氣性，在砂型上方留出氣孔。將砂芯做成空心，既可以增加氣體的排放量又可以使砂芯得到充分的收縮。
3.2 控制煉鋼原材料
（1）新料和返回料比例
SAF2507超級(jí)雙相不銹鋼（表2）熔煉所用金屬材料主要包括新配的雙相不銹鋼和返回合金鋼。在熔煉時(shí)新料通常不少于70%，這樣熔煉過(guò)程中即合理的利用返回料，又沒有使其中的元素含量超標(biāo)，而且攜帶的水分危害也大大降低。
表2 SAF2507主要成分 Wt%
（2）造渣材料
SAF2507熔煉過(guò)程中使用的造渣材料分為2種，一種是螢石（CaF2），另一種是不銹鋼造渣除氣劑。加入螢石使熔渣很快的變稀，流動(dòng)性變好，促使鋼與渣之間化學(xué)反應(yīng)迅速進(jìn)行。但是螢石并不能吸收爐料中的有害氣體如氫氣。當(dāng)空氣濕度較大時(shí)爐料中的氫氣和游離的氫含量很大，極易形成氣孔。針對(duì)SAF2507吸氣能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使用專業(yè)的不銹鋼造渣除氣劑。不銹鋼造渣除氣劑不僅能有效去除鋼液里各種氧化夾雜物，去除有害雜質(zhì)，而且能去除氫氣，降低氣孔缺陷的發(fā)生率。
3.3 控制熔煉和澆注溫度
SAF2507熔煉到1670～1700℃后關(guān)上電源使其靜置2min，此期間不做任何除渣動(dòng)作（即不用灑上除渣劑），再開電源，這時(shí)爐渣會(huì)不斷的上浮到液面，當(dāng)溫度較低時(shí)爐渣不會(huì)自動(dòng)上浮。待爐渣充分上浮后在上面灑上不銹鋼造渣除氣劑然后除渣。將鋼液熔煉到如此高溫，除了除渣的需要外，熔煉溫度還直接影響到澆注溫度。
一般而言，澆注溫度過(guò)高，則容易產(chǎn)生縮孔和縮松的缺陷。而澆注溫度過(guò)低，則容易產(chǎn)生氣孔的缺陷。閥體的澆注溫度在1590～1650℃之間。熔煉后的鋼液待除完渣后還要靜止，然后澆到大的澆包內(nèi)，與澆包接觸后溫度會(huì)降低，從鋼液停止加熱到鋼水進(jìn)入型腔約10min。1t鋼包中的鋼水每分鐘降溫6.4℃，要控制好澆注溫度，嚴(yán)格控制鋼水的出爐溫度十分必要的。
4 結(jié)語(yǔ)
在00Cr25Ni7Mo4N不銹鋼閥體鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)控制原砂和再生砂的溫度及濕度、熔煉溫度及新料和返回料的配比，并使用不銹鋼專用造渣除氣劑，消除了鑄件氣孔，提高了閥體質(zhì)量，降低了生產(chǎn)制造成本。
