CN108941521A - 一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法 - Google Patents

一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法 Download PDF

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冯周荣
马进
唐钟雪
雷永红
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Abstract

本发明提供一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,包括,步骤A,固溶处理:将打箱后的整体双相不锈钢铸钢件进行固溶;步骤B,淬火处理:将步骤A中得到的双相不锈钢铸钢件进行水冷淬火;步骤C,冒口切割:将步骤B中得到的双相不锈钢铸钢件在室温状态下直接进行冒口切割。本发明主要解决现有技术中采用预热切割或火焰切割后容易产生裂纹的问题,采用本发明冒口切割方法可提高双相不锈钢铸钢件的冒口切割质量,并且容易操作,保证铸钢件制造质量。

Description

一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法
技术领域
本发明属于高合金钢件铸造生产领域,公开了一种大型双相不锈钢铸钢件的铸造生产方法,尤其涉及一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割防开裂方法。
背景技术
双相不锈钢(Duplex Stainless Steel,简称DSS)兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。
双相不锈钢因其具有优异的抗应力腐蚀、点蚀和缝隙隧洞式腐蚀的能力,越来越受到人们的重视,经过几代的发展,逐渐成为与铁素体、奥氏体不锈钢并列的钢种,主要应用石油、天然气、化肥、造纸及食品设备等行业,具有很大的应用前景。
随着双相不锈钢运用更加广泛,和重大装备制造业的发展需要,产品种类逐步增多,结构也更加复杂,重量也越来越大。对于本发明所述的双相不锈钢铸钢件,毛重26t以上,最大轮廓尺寸4300*3606*1200 mm,最大壁厚387mm,最小壁厚80mm,属于大型工业级双相不锈钢铸钢件。其化学成分元素及质量百分比:C≤0.03%,Cr:18%~28%,Ni:3%~10%,Mo:2.0%~4.0%,Si≤1.5%,Mn≤1.5%,N:0.12%-0.20%,合金占比达到23%以上。
现有技术中,通常切割冒口采用锤击敲断法、冷加工法、等离子、电火花、火焰切割等方法将冒口清除。但是对于大型铸钢件的冒口***,冒口尺寸较大,一般冒口直径≥500mm,除了采用天然气割炬即火焰切割方法以外,其它方法实施起来难度大,生产成本高,效率低,满足不了批量现场生产所需。对于大型碳钢、低合金钢和部分高合金钢铸钢件来说,为了防止火焰切割冒口时,在铸钢件本体及冒口切割处产生裂纹,一般都采用铸钢件本体及冒口预热到一定温度后再切割,即所谓的预热切割。因此,一般铸钢件在打箱清砂工作完成后,铸钢件及冒口整体进炉或局部预热到100~500℃时,然后切除冒口,再进行热处理。但对于双相不锈钢铸钢件,铸钢件在打箱清砂工作完成后,采用预热切割,不但没有防止裂纹,铸钢件本体及其冒口切割过的地方反而很容易产生裂纹,导致铸钢件报废,产品质量不能保证。即使不预热,直接用火焰切割,也会在铸钢件及其冒口切割过的地方出现裂纹。
因此,本领域需要提供一种更优的大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法。
发明内容
由于双相不锈钢铸钢件的浇注凝固冷却过程中首先析出的是铁素体相,随着铁素体晶粒逐渐长大,直至凝固结束形成单相铁素体,粗大的铁素体晶粒会降低不锈钢的韧性。另外,双相不锈钢铸钢件若在砂箱内冷却缓慢,当处于600~800℃以及400~500℃温度范围内时,铸钢件组织中先后析出不同的脆性相,削弱晶间的结合力易形成裂纹源,使得双相不锈钢在铸造打箱和后续的冒口切割过程中极易产生裂纹。
对于双相不锈钢铸钢件,如果按照常规铸钢件进行冒口切割预热(比如预热温度250~450℃)及切割后保温的工艺方法控制,势必将导致铸钢件切割区域在600~800℃以及400~500℃时停留时间过长,切割区域及其周边组织中析出不同的脆性相,塑性降低,导致铸钢件产生裂纹缺陷。
本发明提供一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,主要解决现有技术中采用预热切割或火焰切割后容易产生裂纹的问题,采用本发明冒口切割方法可提高双相不锈钢铸钢件的冒口切割质量,并且容易操作,保证铸钢件制造质量。
本发明的技术方案是:
一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,包括以下步骤:
步骤A,固溶处理:将打箱后的整体双相不锈钢铸钢件进行固溶;
步骤B,淬火处理:将步骤A中得到的双相不锈钢铸钢件进行水冷淬火;
步骤C,冒口切割:将步骤B中得到的双相不锈钢铸钢件在室温状态下直接进行冒口切割。
本发明中,所述步骤A中的固溶阶段温度设定为1050~1150℃,升温速度为80~150℃/h,保温时间为5 ~10h,且在1~2min内转移水冷淬火。
本发明中,所述步骤B中淬火前淬火槽内水温保持在20~40℃,且打开淬火槽内所有机械循环搅拌机构,使槽内各部位水流均匀;然后,将所述步骤A中得到双相不锈钢铸钢件浸入所述淬火槽内连续快速水冷,所述整体双相不锈钢铸钢件表面最高温度≤90℃后停止水冷淬火。
本发明中,所述步骤C中切割设备采用大功率的粉末割枪,所述粉末割枪的使用参数为:氧气压力为9 ~15bar,氧气流量为110 ~170m3/h,天然气压力为1.5 ~2.5bar,天热气流量为11 ~19 m3/h。
为了更好地实现本发明,所述步骤C中,冒口切割余量为30mm~50mm。冒口切割余量即为冒口切割位置与铸钢件本体之间的距离,根据现场试验验证,在切割冒口时,冒口切割位置与铸钢件本体之间的距离≤30mm,切割冒口时的热量易导入铸钢件本体,使铸钢件本体温度上升过高,容易达到脆性温度区间;冒口切割位置与铸钢件本体之间的距离≥50mm,虽然切割冒口时的热量不易导入铸钢件本体,使铸钢件本体温度上升缓慢,不容易达到脆性温度区间400℃~500℃,铸钢件不容易开裂,但为后续冒口切割余量去除带来较大的工作量,降低生产效率。
为了更好地实现本发明,所述双相不锈钢铸钢件的冒口切割过程中,采用红外测温仪实时测温,若冒口切割区域靠近铸钢件本体范围内温度超过200℃,则立即采用高压水管对切割区域进行水冷,冒口切割区域靠近铸钢件本体区域范围内温度降至50℃以下,停止水冷,继续进行切割。
为了更好地实现本发明,针对冒口数量较多的双相不锈钢铸钢件,在冒口切割过程中,采用不同位置的冒口对称轮流切割方式进行切割,避免在同一区域连续切割,同时避免冒口切割区域热输入量过大,温度较高。
采用本发明冒口切割方法,有效避免双相不锈钢铸钢件切割区域经过600~800℃以及400~500℃温度范围,抑制切割区域及其周边组织析出不同的脆性相,解决了铸钢件产生裂纹缺陷的问题。
采用本发明方法,在利用现有常规设备手段的情况下,即可实现大型双相不锈钢铸钢件冒口切割过程中的防开裂的生产,操作简单,过程可控。经过批量运用,铸件没有发生过切割开裂的问题。本发明方法对其它不同类型和规格的双相不锈钢件或奥氏体不锈钢件铸造生产及冒口切割亦具有借鉴指导作用。
具体实施方式
双相不锈钢铸钢件在砂型内冷却时,因冷却条件的不同,会不同程度的在组织中析出脆性相,且铸态晶粒粗大,再加上铸钢件壁厚较大,冒口直径大,偏析现象较为明显,这些都会造成铸态双相不锈钢铸钢件不利的切割条件。铸态条件下,针对大型双相不锈钢铸钢件若直接切割冒口,容易造成铸钢件及其切割区域开裂。然而采用本发明冒口切割方法先固溶+淬火,改善了铸态组织,减小了偏析,改善了晶粒形态,再进行冒口切割时,则铸件及其冒口切割过的区域不容易产生裂纹。
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案,下面对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,包括以下步骤:
步骤A,固溶处理:将打箱后的整体双相不锈钢铸钢件进行固溶,固溶阶段温度设定为1050~1150℃,升温速度为80~150℃/h,保温时间为5 ~10h,且在1~2min内转移水冷淬火。
步骤B,淬火处理:将步骤A中得到的双相不锈钢铸钢件进行水冷淬火;淬火前淬火槽内水温保持在20~40℃,且打开淬火槽内所有机械循环搅拌机构,使槽内各部位水流均匀;然后,将步骤A中得到双相不锈钢铸钢件浸入所述淬火槽内连续快速水冷,整体双相不锈钢铸钢件表面最高温度≤90℃后停止水冷淬火。
步骤C,冒口切割:将步骤B中得到的双相不锈钢铸钢件不预热,在室温状态下直接进行冒口切割。切割设备采用大功率的粉末割枪,参数为:氧气压力为9 ~15bar,氧气流量为110 ~170m3/h,天然气压力为1.5 ~2.5bar,天热气流量为11 ~19 m3/h。冒口切割过程中,采用红外测温仪实时测温,若冒口切割区域靠近铸钢件本体范围内温度超过200℃,则立即采用高压水管对所述切割区域进行水冷,冒口切割区域靠近铸钢件本体区域范围内温度降至50℃以下,停止水冷,继续进行切割。其中冒口切割余量即为冒口切割位置与铸钢件本体之间的距离,根据现场试验验证,在切割冒口时,冒口切割位置与铸钢件本体之间的距离≤30mm,切割冒口时的热量易导入铸钢件本体,使铸钢件本体温度上升过高,容易达到脆性温度区间;冒口切割位置与铸钢件本体之间的距离≥50mm,虽然切割冒口时的热量不易导入铸钢件本体,使铸钢件本体温度上升缓慢,不容易达到脆性温度区间400℃~500℃,铸钢件不容易开裂,但为后续冒口切割余量去除带来较大的工作量,降低生产效率,因此,本发明冒口切割过程中冒口切割余量为30mm~50mm。
本发明针对冒口数量较多的双相不锈钢铸钢件,在冒口切割过程中,采用不同位置的冒口对称轮流切割方式进行切割,避免在同一区域连续切割,同时避免冒口切割区域热输入量过大,温度较高。
以下通过具体实施例对本发明做进一步解释,但本发明的范围并不限制于此。
实施例1
双相不锈钢轴头铸钢件,毛坯重27t,最大壁厚200mm,最大冒口直径600mm;本实施例中,铸钢件打箱工序完成后,将铸钢件以80℃/h升温速度加热到1050℃,保温5h,保温结束后,在1分钟内将铸件吊出炉子浸入淬火水槽内;淬火前水温为20℃,淬火槽内所有的机械循环搅拌机构搅拌正常,铸钢件连续快速水冷,整体铸钢件表面最高温度70℃后停止水冷,自然空冷至室温。然后对铸钢件进行冒口切割,冒口切割时,铸钢件不预热,在室温状态下直接进行冒口切割。切割设备采用大功率的粉末割枪,使用氧气压力10bar,氧气流量140m3/h,天然气压力2.0bar,天热气流量16m3/h。每个冒口在切割时,配合使用高压水管对切割冒口区域进行水冷,用红外测温仪实时测温,冒口切割区域靠近铸钢件本体范围内温度为180℃左右,冒口切割余量为35~40mm。冒口全部切割完毕后,对冒口切割残留的区域以及所在铸钢件本体进行了检测,产品合格无裂纹缺陷。
实施例2
双相不锈钢法兰铸钢件,毛坯重30t,最大壁厚387mm,最大冒口直径800mm;本实施例中,铸钢件打箱工序完成后,将铸钢件以120℃/h升温速度加热到1100℃,保温10h,保温结束后,在1.5分钟内将铸件吊出炉子浸入淬火水槽内;淬火前水温为25℃,淬火槽内所有的机械循环搅拌机构搅拌正常,铸钢件连续快速水冷,整体铸钢件表面最高温度50℃后停止水冷,自然空冷至室温。然后对铸钢件进行冒口切割,冒口切割时,铸钢件不预热,在室温状态下直接进行冒口切割。切割设备采用大功率的粉末割枪,使用氧气压力11bar,氧气流量145m3/h,天然气压力2.2bar,天热气流量18 m3/h。每个冒口在切割时,配合使用高压水管对切割豁口区域进行水冷,用红外测温仪实时测温,冒口切割区域靠近铸件本体范围内温度为160℃左右,冒口切割余量为35~40mm。冒口全部切割完毕后,对冒口切割残留的区域以及所在铸钢件本体进行了检测,产品合格无裂纹缺陷。
实施例3
双相不锈钢轴套铸钢件,毛坯重27t,最大壁厚300mm,最大冒口直径700mm;本实施例中,铸钢件打箱工序完成后,将铸钢件以150℃/h升温速度加热到1120℃,保温7h,保温结束后,在2分钟内将铸件吊出炉子浸入淬火水槽内。淬火前水温为30℃,淬火槽内所有的机械循环搅拌机构搅拌正常,铸钢件连续快速水冷,整体铸钢件表面最高温度80℃后停止水冷,自然空冷至室温。然后对铸钢件进行冒口切割,冒口切割时,铸钢件不预热,在室温状态下直接进行冒口切割。切割设备采用大功率的粉末割枪,使用氧气压力14bar,氧气流量160m3/h,天然气压力2.4bar,天热气流量18m3/h。每个冒口在切割时,配合使用高压水管对切割豁口区域进行水冷,用红外测温仪实时测温,冒口切割区域靠近铸件本体范围内温度为150℃左右,冒口切割余量为35~40mm。冒口全部切割完毕后,对冒口切割残留的区域以及所在铸钢件本体进行了检测,产品合格无裂纹缺陷。
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 (6)

1.一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,其特征在于,所述冒口切割方法包括以下步骤:
步骤A,固溶处理:将打箱后的整体双相不锈钢铸钢件进行固溶;
步骤B,淬火处理:将步骤A中得到的双相不锈钢铸钢件进行水冷淬火;
步骤C,冒口切割:将步骤B中得到的双相不锈钢铸钢件在室温状态下直接进行冒口切割。
2.根据权利要求1所述一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,其特征在于,所述步骤A中的固溶阶段温度设定为1050~1150℃,升温速度为80~150℃/h,保温时间为5 ~10h,且在1~2min内转移水冷淬火。
3.根据权利要求1所述一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,其特征在于,所述步骤B中淬火前淬火槽内水温保持在20~40℃,且打开淬火槽内所有机械循环搅拌机构,使槽内各部位水流均匀;然后,将所述步骤A中得到双相不锈钢铸钢件浸入所述淬火槽内连续快速水冷,所述整体双相不锈钢铸钢件表面最高温度≤90℃后停止水冷淬火。
4.根据权利要求1所述一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,其特征在于,所述步骤C中切割设备采用大功率的粉末割枪,所述粉末割枪的使用参数为:氧气压力为9 ~15bar,氧气流量为110 ~170m3/h,天然气压力为1.5 ~2.5bar,天热气流量为11 ~19 m3/h。
5.根据权利要求1所述一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,其特征在于,所述步骤C中,冒口切割余量为30mm~50mm。
6.根据权利要求1至4所述一种大型双相不锈钢铸钢件的冒口切割方法,其特征在于,所述双相不锈钢铸钢件的冒口切割过程中,采用红外测温仪实时测温,若冒口切割区域靠近铸钢件本体区域范围内温度超过200℃,则立即采用高压水管对切割区域进行水冷;冒口切割区域靠近铸钢件本体区域范围内温度降至50℃以下,停止水冷,继续进行切割。
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