浙江永盛科技股份有限公司 浙江杭州 311407
摘要：中石化阀门零件工作环境具有高温、高压和临氢（并含有硫化氢）特点，其压力一般为14~25MPa，反应系统温度高达400℃左右，这些特点要求阀门铸件必须采用高强度、耐磨、耐腐蚀的材质制造，且铸件不能有夹杂、夹渣、气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。我公司经组织工艺攻关，采用先进的铸造和冶炼工艺，制造的阀门铸件完全满足客户要求。
关键词：温高压阀门；铸件；制造工艺
1制造技术要求
1.1CF8C化学成分
主要对CF8C阀门铸件的生产制造工艺进行研究。首先要了解该种阀门的化学成分和力学性能，然后按照要求选择材料。在该阀门中，其化学成分有C，Si，Cr，Ni，Nb等，这些化学成分的含量不同，其中Nb和Ni含量较高。在力学性能方面，该阀门的抗拉强度要远远超过485MPa，屈服强度不能<205MPa。
1.2金相检测
因为阀门铸件要在复杂的高温高压环境下应用，在选择金属材料时，不仅要考虑材料本身的质量和性能，还要考虑其在各种恶劣环境下的应对能力，看其是否满足加工或热处理等工艺的要求，在这些工艺作用下是否能保持原有性能和功能。基于此，相关人员应对铸件材料进行金相检测，检测标准主要参考美国材料与试验学会的标准ASTME381。金属材料成分组成比较复杂，这些夹杂物会影响阀门中有效成分纯度，所以在金相检测中，还要规定这些夹杂物的含量，使其不会超标。这些夹杂物有硫化物、氯化铝等，其级别数都要不能超过1.0级。金属组织结构中的带状都应保持均匀，偏析尺寸不能超过标准范围。
1.3晶间腐蚀检测
使阀门铸件处于敏化态，然后对其实施晶间腐蚀检测技术，主要检测阀门铸件在应用环境下的抗腐蚀能力。在试验检测中，主要以ASTMA262标准为参考，如果试验结果不在标准范围内，相关人员还要重新选择材料或改进工艺。
1.4无损检测
无损检测可以在不损害铸件的前提下，检查其内部组织结构的质量与性能，使其缺陷暴露出来。这种检测技术主要有2种。一是射线探伤检测。在这种检测方法中，检测范围和检测方法参考标准不同，主要检测内容铸件的气孔情况，一般铸件缩孔不能大于2级，如果检测结果与之不符，则证明铸件存在缺陷。二是液体渗透检测。主要利用这种方式对各种缺陷进行检测，看其尺寸大小以及面积等参数是否满足要求。
2制造工艺
2.1铸造工艺分析
该铸件毛坯重量为4300kg，外轮廓尺寸：1538mm×1310mm×840mm。铸件外形呈三通管状，各管分别为圆环形管道，各管道中心线在同一平面上，同一轴向的两个管道管口处有法兰，与其垂直方向的管道管口部位壁厚增大，各管口全部加工，管道主体壁厚为115mm，管壁较厚且基本均匀，管道相交处形成热节。该阀门铸件主体为圆环形管，具有圆环形铸件的共同特征，各管之间同心度难以保证，铸件壁厚公差较难控制，环形管道如何做到三个方向的管道同时补缩难度较大，所以在设计铸造工艺时需充分考虑这些因素。
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2.2铸造工艺设计
（1）铸件收缩率的确定。该铸件选用的CF8C材质属于奥氏体不锈钢，在受阻收缩的请况下，结合铸件结构形状，铸件外腔缩尺采用2.0%，内腔缩尺采用1.5%。（2）分型面选择。阀门要求各管道中心线在同一平面上，各环形管道补缩较困难，因此，以三个管口的中心所在平面为分型面，将铸件分为上下两半。分型面的选择经过阀门铸件各管口的中心，使分型面所在的平面为阀门铸件的最大截面，保证阀门铸件各管口轴向中心线在同一平面上，减少铸造砂芯的使用，减少了下芯合箱装配偏差，避免浇注后形成披缝，提高了阀门铸件各部位相对尺寸精度和表面质量，造型较方便简单。3）浇注系统设计。阀门铸件浇注系统采用底注式浇注系统。底注式浇注系统内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳，可避免金属液发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷；无论浇口比是多大，横浇道基本工作在充满状态下，有利阻渣，型腔内的气体容易顺序排出。CF8C材质合金元素Cr含量较高。Cr熔点高，使钢液液相线温度上升，降低钢液流动性，浇注过程中易产生冷隔、表面皱皮等现象。Cr在钢液中易氧化形成氧化铬膜，充型紊乱时易产生氧化夹杂。浇注系统设置时应充分考虑以上因素，保证充型快速、平稳。（a）浇注时间。结合生产实际确定铸件的浇注时间。该阀门液重为9350kg，根据表4查出浇注时间在40~150s。为保证快速平稳充型，结合生产实际，浇注时间选择t=105s。
2.3其他工艺参数的确定
我公司铸钢件生产采用冷硬呋喃树脂石英砂工艺，CF8C不锈钢阀门也采用冷硬呋喃树脂石英砂作为造型材料。砂型涂料采用锆英粉醇基涂料两遍打底，再涂刷两遍镁砂粉醇基涂料，单纯的锆英粉涂料或镁砂粉涂料，涂料剥离性不好，双层复合涂刷两种涂料，钢液不容易侵蚀砂型，涂料层容易剥离，有效防止粘砂。阀门管口部位各设置一个冒口，冒口下沿管口设置补缩通道，有利于管口部位的补缩，提高冒口补缩效率；阀门上方各管相交处各设置一个冒口，使阀门铸件主体能够补缩充分，形成致密组织，同时集渣效果显著；在阀门各管相交处厚大部位及管体下方施放间接外冷铁，隔砂层采用30~50mm厚铬矿砂，形成了补缩末端，增加了冒口有效补缩距离，实现了铸件顺序凝固，减少了阀门铸件在凝固和冷却过程中产生的缩孔、缩松和裂纹缺陷。间接外冷铁不与铸件表面直接接触，合理施放可以改善铸件表面质量。砂芯内部合理施放退让性材料，吃砂量控制80~100mm，有效防止铸件产生裂纹。
2.4冶炼工艺
CF8C材质因在高温高压环境使用时变形小，强度大，耐磨耐腐蚀，一般被选用为阀门材质。标准的CF8C材质成分要求硫磷含量分别为S≤0.040%、P≤0.040%，硫磷含量较高。硫含量高，阀门使用中硫与氢形成硫化氢，硫化氢常温下可引起金属材料的应力腐蚀开裂，高温高压下能引起金属材料的快速均匀腐蚀[3]，不能满足阀门高温高压环境使用要求。为满足高温高压阀门使用要求，将有害元素硫含量严格控制在0.015%以下，有害元素磷含量控制在0.020%以下。CF8C材质合金元素含量较高，碳含量较低，硫、磷含量低，电弧炉返回吹氧法冶炼过程中主要存在以下问题：冶炼过程中合金元素烧损严重；冶炼时间较长；炉衬烧损严重。浇注过程中钢液表面易产生氧化铬膜、冷隔、表面皱皮和夹杂等现象。为解决CF8C材质冶炼过程中存在的问题，得到合格的化学成分，主要采用以下措施。
3结论
高温高压阀门铸件功能和使用环境比较特殊，所以生产制造工艺也比较麻烦，在铸造中，阀门铸件还会出现各种缺陷，如裂纹、气孔等，这些缺陷会影响到铸件的气密性和性能、质量，相关人员还要从缺陷出现源头入手，找到解决措施，完善制造工艺，校正铸造工艺参数，使下一批的阀门铸件制造不会出现该类问题。此外相关人员还要保证铸件尺寸和规格大小符合要求，使其与应用对象匹配度更高。
参考文献：
[1].阀门产业将由制造向研发转变[J].机械,2017,40(08):81.
[2]李崇山.谈氯碱化工项目中阀门的选型[J].企业科技与发展,2017(14):21-22.
[3]赵传刚.平地机修后不能起步和油温高的原因[J].工程机械与维修,2017(08):118.
[4]丁建良.关于阀门的标识标注[J].阀门,2017(03):42.
论文作者:赵斌
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：铸件论文; 阀门论文; 含量论文; 工艺论文; 冒口论文; 管道论文; 缺陷论文; 《防护工程》2019年8期论文;