一种核电循环水泵大口径超级双相不锈钢阀体铸造方法

技术领域

本发明属于超级双相不锈钢铸造技术领域,涉及一种核电循环水泵大口径超级双相不锈钢阀体铸造方法。

背景技术

快堆是世界上第四代先进核能系统首选堆型，与其他核反应堆不同，其可直接利用被废弃的铀同位素，甚至只经过简单转化的核电站废弃燃料，可将天然铀资源利用率从目前约1％提高至60％以上，可有效解决解决铀矿资源枯竭、核材料利用率低和核废料难以处理等问题。600MW示范快堆循环水泵系统采用海水作为热量传递介质以冷却三回路轻水。海水为自然环境中腐蚀性较强介质，阀门与之长期接触过程中易产生孔蚀和缝隙腐蚀等，因此要求阀门材料具有高强度、高致密性，较强耐氯化物腐蚀性能和耐流体冲刷腐蚀性能。

超级双相不锈钢作为第三代双相不锈钢，其特点是超低碳、高铬、高镍、高钼和高氮，其匹配了优异的力学性能和耐腐蚀性能成为了应用在海水苛刻工况理想的选择；但是，随着合金含量的提高，超级双相不锈钢制造难度也随之增大，生产制造中在600～850℃阶段易产生以σ相为代表的脆性第二相及400～500℃阶段铁素体发生脆性分解均易导致铸件开裂；此外，阀体铸件结构复杂，铸造热节较多，局部部位壁厚相差较大，壁厚不均易产生应力集中、易产生缩松、气孔等铸造缺陷，整体铸造工艺难度极大，导致普遍成品率较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种核电循环水泵大口径超级双相不锈钢阀体铸造方法，有效解决铸造过程中脆性第二相析出导致裂纹、缩松和气孔等铸造缺陷，提高铸件成品率。

本发明所采用的技术方案是：

一种核电循环水泵大口径超级双相不锈钢阀体铸造方法，具体步骤为：

步骤1：型砂铸型预制：砂型芯砂选用酚醛树脂砂，拼接组成整体砂芯；浇注系统在阀体内圈中心布置1个垂直浇道，围绕垂直浇道下端在内圈圆面上均匀布置若干个水平内浇道，阀体上法兰、下法兰部位沿整圈均匀放置冒口，阀体两侧轴孔法兰处分别放置冒口，对冒口切浇；

步骤2：熔炼、浇注：金属合金原料在合金炉中初炼、依次转LF精炼、VOD吹炼、VCD脱气、再破空加入渣料及脱氧剂、VD化渣、返LF精炼微调成分，检测并控制配方重量比原料：C≤0.03％；Si：0.3-0.9％；Mn：0.5-1.3％；S≤0.01％；P≤0.03％；Cr：24.3-25.7％；Ni：6.2-7.6％；Mo：4.2-4.8％；N：0.14-0.28％，其余为Fe，PREN＝％Cr+3.3*％Mo+16*％N≥40；然后在氩气罩保护下浇注，浇注温度控制在1510～1580℃；

步骤3：清理型砂：采用测温枪进行测温，阀体铸件在砂箱内冷却至850℃～1050℃，打开型箱清理表面附着型砂及造型材料，完成后迅速转入850℃～1050℃热处理炉中；

步骤4：固溶热处理：阀体铸件在850℃～1050℃保温1～2小时后，以80-100℃/h速率升至1120℃保温，保温结束炉冷至1060～1100℃，迅速出炉入水淬火，冷却≥1小时，保证本体出水温度≤60℃。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

本发明的铸造方法，可有效避免以σ相为代表的脆性第二相析出导致的裂纹、缩松和气孔等铸造缺陷，成功运用于大口径复杂壁厚结构超级双相不锈钢铸件，提高了生产效率和铸件成品率，铸件固溶热处理后组织中α相和γ相比例接近1:1，实现优异的力学性能和耐腐蚀性能，具有良好的实用价值。

附图说明

图1是本发明的阀体型砂铸型预制工艺剖视示意图。

图2是本发明的阀体型砂铸型预制工艺俯视示意图。

图3是本发明的实施例1的金相组织照片；比例为100：1。

图中：1-浇注系统，2-垂直浇道，3-水平内浇道，4-明冒口，5-暗冒口，6-冷铁，7-阀体铸件。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步解释说明，不能以此限定本发明的保护范围，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

实施例1

以阀体铸件几何尺寸为2620×2265×760mm，壁厚20～150mm为例，结合图1-2所示的一种核电循环水泵大口径超级双相不锈钢阀体铸造方法，具体步骤为：

步骤1：型砂铸型预制：砂型芯砂选用酚醛树脂砂，在原砂中加入重量百分比为1.1～2.5％的酚醛树脂，酚醛树脂中加入重量百分比为18～32％的固化剂，拼接组成阀体型芯；局部热节多的部位放置冷铁6和铬铁矿砂；采用内圈浇注系统1，阀体内圈中心布置1个φ100的垂直浇道2，围绕垂直浇道2下端在内圈圆面上均匀布置6个φ80的水平内浇道3；阀体上法兰部位沿圆周均匀放置16个的明冒口4，下法兰部位沿圆周均匀12个暗冒口5；阀体两侧轴孔法兰处分别放置暗冒口5，对冒口切浇，局部热节大的部位增加冷铁6。

步骤2：熔炼、浇注：金属合金炉料在合金炉中初炼，转LF精炼脱硫脱氧，然后VOD吹氧脱碳、VCD脱气处理去除氧、氮和氢，然后破空加入渣料及脱氧剂进行造渣脱氧、接下来进行VD化渣，然后返LF精炼微调成分、底吹氮气合金化精准调控，最后在氩气罩保护下浇注，浇注温度控制在1540℃；

出钢前成分测定为C：0.02％；Si：0.7％；Mn：0.7％；S:0.005％；P:0.02％；Cr：25.2％；Ni：6.9％；Mo：4.1％；O：80ppm；N：0.15％，其余为Fe。

步骤3：清理型砂：采用测温枪进行测温，阀体铸件7在砂箱内冷却至950℃，打开砂箱，采用小型破碎挖掘机和人工结合快速清理高温状态下阀体铸件7表面大部分附着的酚醛树脂砂、冷铁6等造型材料；完成后迅速转入提前预热至950℃的热处理炉中。

步骤4：固溶热处理：阀体铸件7在950℃的热处理炉保温2小时后，以100℃/h速率升至1120℃保温，保温6小时结束后炉冷至1060℃，迅速出炉入水淬火，冷却1小时后，本体测温为42℃。

经过以上步骤制得阀体铸件7外观质量好且组织致密，具有优异室温强度和低温冲击韧性；经射线检测满足ASTM E446-2015(壁厚≤50.8mm)A2.B3.C2.D&E&F None；ASTME186-2015(壁厚≥50.8mm)A3.B3.C3.D&E&F None的要求；铸件成分及力学性能分析表如下：

如图3所示，金相组织按照ASTM E562-2011中用系统人工点计数法测定铁素体α相比例为50.13％，PREN值为41，耐氯化物腐蚀性能优异。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。