CN106636884A - 一种G17CrMo9‑10材料的大型铸钢件及其生产方法 - Google Patents

一种G17CrMo9‑10材料的大型铸钢件及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种G17CrMo9‑10材料的大型铸钢件及生产方法,包括进炉、淬火、回火、铸件缺陷检测及焊补、过程焊后消应力、最终焊后消应力步骤，本发明通过在常规的低合金材料铸钢件中加入Ni元素，从而大幅度提高铸件的强度，并且，铸钢件在制备的过程中淬火操作时，Ni元素的加入能够提高铸件的淬透性，使得淬火后铸件的性能优良。

Description

一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件及其生产方法
技术领域
本发明涉及铸钢件生产技术领域，尤其涉及一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件及其生产方法。
背景技术
G17CrMo9-10材料是一种低合金材料，主要用于发电设备主力机型的燃气轮机，目前存在广阔的市场前景。但是，作为大型铸钢件，由于铸件的吨位、壁厚较大，该材料在生产的过程中存在力学性能不稳定，本体硬度控制偏差过大的问题，有待尽快解决。
发明内容
有必要提出一种强度高、硬度高、综合性能优良的G17CrMo9-10材料的大型铸钢件。
还有必要提出一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的生产方法。
一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件,所述G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的化学成分为C：0.13～0.20％、Si≤0.60％、Mn：0.50～0.90％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.9～1.20％、Ni：0.2～0.4％、V<0.05％、Cu<0.3％，余量为铁。
优选的，所述G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的化学成分为C：0.16～0.19％、Si：0.30～0.50％、Mn：0.60～0.85％、S≤0.015％、P≤0.019％、Cr：2.15～2.45％、Mo：0.92～1.10％、Ni：0.2～0.4％、V<0.05％、Cu<0.3％，余量为铁。
一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的生产方法,包括热处理过程，所述热处理过程包括进炉、淬火、回火、铸件缺陷检测及焊补、过程焊后消应力、最终焊后消应力步骤；
进炉：将铸件送入热处理炉，以＜100℃/h的升温速度加热到AC3+(50～100)℃,保温时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以1h/25mm，
AC3(℃)＝910℃-203℃*(％C)1/2-15.2℃*(％Ni)+44.7℃*(％Si)+104℃*(％V)+31.5℃*(％Mo)；
淬火：将铸件出炉后迅速进入淬火液淬火，保持铸件进入淬火液时的温度＞750℃，淬火液的温度＜40℃，淬火介质采用浓度为10％～12％的PAG聚合物，淬火时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以2min/mm，以降低铸件变形和开裂的风险；
回火：将铸件再次送入热处理炉内，以＜70℃/h的升温速度，将铸件加热到720±10℃，保温，然后以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷，回火保温时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以2min/mm；
铸件缺陷检测及焊补：对铸件进行缺陷检测，并焊补；
过程焊后消应力：将焊补后的铸件进热出炉进行过程高温消应力，过程高温消应力的保温温度为680±10℃，保温时间根据铸件的焊补区的最大壁厚计算，计算方法为焊补区的最大壁厚乘以2min/mm，然后将铸件以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷；
最终焊后消应力：将经过程中的焊后消应力步骤处理后的铸件再次进热出炉进行最终高温消应力，最终高温消应力的保温温度700±5℃，保温时间按照铸件最大壁厚计算，计算方法为铸件的最大壁厚*2min/mm，然后将铸件以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷。
优选的，所述热处理炉的炉内温度均匀性偏差<10℃。
优选的，还在所述铸件底部与热处理炉之间支放垫铁，所述垫铁的高度≥700mm。
本发明通过在常规的低合金材料铸钢件中加入Ni元素，从而大幅度提高铸件的强度，并且，铸钢件在制备的过程中淬火操作时，Ni元素的加入能够提高铸件的淬透性，使得淬火后铸件的性能优良。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件,所述G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的化学成分为C：0.13～0.20％、Si≤0.60％、Mn：0.50～0.90％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.9～1.20％、Ni：0.2～0.4％、V<0.05％、Cu<0.3％，余量为铁。
进一步的，所述G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的化学成分为C：0.16～0.19％、Si：0.30～0.50％、Mn：0.60～0.85％、S≤0.015％、P≤0.019％、Cr：2.15～2.45％、Mo：0.92～1.10％、Ni：0.2～0.4％、V<0.05％、Cu<0.3％，余量为铁。
本发明通过在常规的低合金材料铸钢件中加入Ni元素，从而大幅度提高铸件的强度，并且，铸钢件在制备的过程中淬火操作时，Ni元素的加入能够提高铸件的淬透性，使得淬火后铸件的性能优良。
本发明中区别于现有技术还在于，本技术方案通过控制铸钢件产品的碳当量Ceq，进而根据Ceq来控制铸件的强度、硬度，以提高铸件的力学性能。因为Ceq是由多种元素影响得到综合参数值，比较于通过控制单一元素来控制铸件的某一性能，Ceq更能反映铸件的综合性能。
本发明还提出一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的生产方法,包括热处理步骤，所述热处理步骤包括进炉、淬火、回火、铸件缺陷检测及焊补、过程焊后消应力、最终焊后消应力；
进炉：将铸件送入热处理炉，以＜100℃/h的升温速度加热到AC3+(50～100)℃,保温时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以1h/25mm，
AC3(℃)＝910℃-203℃*(％C)1/2-15.2℃*(％Ni)+44.7℃*(％Si)+104℃*(％V)+31.5℃*(％Mo)；
其中AC3为奥氏体化温度，根据铸件成分不同，AC3依据上述公式计算得到，从而根据铸件的化学成分来控制温度，这样更有利于对铸件的性能的控制。
淬火：将铸件出炉后迅速进入淬火液淬火，保持铸件进入淬火液时的温度＞750℃，淬火液的温度＜40℃，淬火介质采用浓度为10％～12％的PAG聚合物，淬火时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以2min/mm，以降低铸件变形和开裂的风险；
回火：将铸件再次送入热处理炉内，以＜70℃/h的升温速度，将铸件加热到720±10℃，保温，然后以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷，回火保温时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以2min/mm；
铸件缺陷检测及焊补：对铸件进行缺陷检测，并焊补；
过程焊后消应力：将焊补后的铸件进热出炉进行过程高温消应力，过程高温消应力的保温温度为680±10℃，保温时间根据铸件的焊补区的最大壁厚计算，计算方法为焊补区的最大壁厚乘以2min/mm，然后将铸件以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷；
此步骤中对过程高温消应力时温度、时间根据焊补区的最大壁厚计算，因为焊补区的厚度存在比铸件的最大壁厚要厚或要薄的现象，所以此步骤依据焊补区的最大厚度来控制温度和时间，从而使得焊补区消应力充分、彻底。
最终焊后消应力：将经过程中的焊后消应力步骤处理后的铸件再次进热出炉进行最终高温消应力，最终高温消应力的保温温度700±5℃，保温时间按照铸件最大壁厚计算，计算方法为铸件的最大壁厚*2min/mm，然后将铸件以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷。
此步骤为对铸件的最终消应力，所以温度和时间依据铸件最大壁厚计算，而且该温度700±5℃大于过程高温消应力的680±10℃，不仅能对铸件进行彻底的消应力，而且，对于焊补区也进行了再次的补充消应力，避免焊补区仍然存在残余应力。
进一步，所述热处理炉的炉内温度均匀性偏差<10℃，且铸件放在热处理炉的有效加热区内，铸件与四周炉膛距离＞500mm，避开火道。
进一步，还在所述铸件底部与热处理炉之间支放垫铁，所述垫铁的高度≥700mm，两平行摆放垫铁间距500mm。以防止铸件局部过热
对采用上述方法生产的铸件进行抽样，并对样品进行化学成分检测和分析，得到下表：
上表中的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni元素含量及其他性能参数是通过化学成分分析、检测得到的，而碳当量Ceq是根据以下公式计算得到的：
Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
可知，碳当量是由多种元素的综合性能体现，表中可以看出，当碳当量≥0.93时，铸件的各项性能参数均优异，从而使得之间的综合性能优良。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件,其特征在于：所述G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的化学成分为C：0.13～0.20%、Si≤0.60%、Mn：0.50～0.90%、S≤0.020%、P≤0.020%、Cr：2.00～2.50%、Mo：0.9～1.20%、Ni：0.2～0.4%、V<0.05%、Cu<0.3%，余量为铁。
2.如权利要求1所述的一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件,其特征在于：所述G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的化学成分为C：0.16～0.19%、Si：0.30～0.50%、Mn：0.60～0.85%、S≤0.015%、P≤0.019%、Cr：2.15～2.45%、Mo：0.92～1.10%、Ni：0.2～0.4%、V<0.05%、Cu<0.3%，余量为铁。
3.如权利要求2所述的一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的生产方法,其特征在于：包括热处理过程，所述热处理过程包括进炉、淬火、回火、铸件缺陷检测及焊补、过程焊后消应力、最终焊后消应力步骤；
进炉：将铸件送入热处理炉，以＜100℃/h的升温速度加热到AC3+（50～100）℃,保温时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以1h/25mm，AC3（℃）=910℃-203℃*(%C)1/2-15.2℃*(%Ni)+44.7℃*(%Si)+104℃*(%V)+
31.5℃*(%Mo)；
淬火：将铸件出炉后迅速进入淬火液淬火，保持铸件进入淬火液时的温度＞750℃，淬火液的温度＜40℃，淬火介质采用浓度为10%～12%的PAG聚合物，淬火时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以2min/mm，以降低铸件变形和开裂的风险；
回火：将铸件再次送入热处理炉内，以＜70℃/h的升温速度，将铸件加热到720±10℃，保温，然后以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷，回火保温时间按照铸件的最大壁厚计算，计算方法为最大壁厚乘以2min/mm；
铸件缺陷检测及焊补：对铸件进行缺陷检测，并焊补；
过程焊后消应力：将焊补后的铸件进热出炉进行过程高温消应力，过程高温消应力的保温温度为680±10℃，保温时间根据铸件的焊补区的最大壁厚计算，计算方法为焊补区的最大壁厚乘以2min/mm，然后将铸件以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷；
最终焊后消应力：将经过程中的焊后消应力步骤处理后的铸件再次进热出炉进行最终高温消应力，最终高温消应力的保温温度700±5℃，保温时间按照铸件最大壁厚计算，计算方法为铸件的最大壁厚*2min/mm，然后将铸件以＜70℃/h的速度降温冷却，冷却至＜260℃出炉空冷。
4.如权利要求3所述的一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的生产方法,其特征在于：所述热处理炉的炉内温度均匀性偏差<10℃。
5.如权利要求4所述的一种G17CrMo9-10材料的大型铸钢件的生产方法,其特征在于：还在所述铸件底部与热处理炉之间支放垫铁，所述垫铁的高度≥700mm。
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