大型不銹鋼鑄件門槽軌道的鑄造生產(chǎn)實踐

王秀生，張 琦

（山西百一機械設(shè)備制造有限公司，山西 太原 030003）

我國西南地區(qū)某電站是目前瀾滄江上最大的水電站，總裝機容量為420 萬kW。其中：門槽軌道是用于電站底孔放空事故檢修閘門鏈輪裝置的重要承載部件。每套門槽軌道共26 節(jié)，左右各6 節(jié)，節(jié)間采用螺栓連接。閘門的啟閉運行通過門葉上裝配的鏈輪裝置在門槽軌道上滾動而進行。鏈輪閘門斷面見圖1.

圖1 鏈輪閘門斷面圖

為了防止門槽軌道在工作時產(chǎn)生過量變形、表層壓碎和侵蝕損傷等現(xiàn)象，必須保證各部件在接觸應(yīng)力作用范圍內(nèi)有足夠的強度，有良好的綜合機械性能，且耐蝕性能良好。門槽軌道的輪廓尺寸為5416 mm×706 mm×171 mm，單重4880 kg，屬于大型板類鑄鋼件，材質(zhì)選用0Cr17Ni4Cu4Nb，系高強度馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，鑄造極其困難，制造技術(shù)難度很大。為此，成立攻關(guān)項目組。

通過在生產(chǎn)過程中，不斷完善鑄造、冶煉、熱處理等工藝技術(shù)參數(shù)，嚴格控制各工序過程質(zhì)量，最終取得該項目的研制成功。該項目的研制成功，不僅完成了我們進入水電用不銹鋼鑄鍛件領(lǐng)域的一次有益嘗試，而且填補了我公司生產(chǎn)沉淀硬化不銹鋼鑄鍛件的技術(shù)空白，未來經(jīng)濟效益十分顯著。

1 主要技術(shù)指標

1）材質(zhì)為0Cr17Ni4Cu4Nb

2）化學成分見表1.

表1 化學成分 （質(zhì)量分數(shù)，%）

3）機械性能

σb≥900 MPa；σS≥80 MPa；δ≥12%；ψ≥45%.

4）探傷要求

對照GB7233—87，超聲波探傷符合Ⅲ級標準要求。

2 門槽軌道結(jié)構(gòu)圖和立體圖

門槽軌道結(jié)構(gòu)圖和立體圖如圖2 和圖3.

圖2 門槽軌道結(jié)構(gòu)圖

圖3 門槽軌道示意圖

3 鑄造工藝流程

鑄造工藝流程如圖4 所示。

圖4 鑄造工藝流程

4 鑄造工藝難點

由于門槽軌道屬于重型、長板型鑄件，單件毛坯重4880 kg，輪廓尺寸為5416×706×171（mm），因此，是組芯造型還是砂箱造型？造型方法的選擇是首要問題。由于門槽軌道屬于厚壁鑄件，壁厚均大于100 mm，而技術(shù)協(xié)議要求探傷，因此，不能使用內(nèi)冷鐵且需保證鑄件的致密度，又是一個工藝難點；由于材質(zhì)為0Cr17Ni4Cu4Nb，屬于馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，因此，如何確定中頻爐冶煉工藝，從而獲得合格的鋼水，也是一個工藝難點；由于打箱之后的門槽軌道為馬氏體組織，塑性很差，晶粒粗大，內(nèi)應(yīng)力由于冷卻過程不一致而增大，切割澆冒系統(tǒng)存在很大的裂紋傾向，所以，冒口切割工藝也是一個工藝難點。

5 主要采取的措施

5.1 造型方法的選擇

相對于砂箱造型來說，組芯造型的方法不必配制專用的造型工裝，制芯工作量大，便與組織生產(chǎn)，但是由于分芯面較多，在鑄件幾何尺寸的控制上較差，很難保證鑄件尺寸精度。鑒于此，確定“平做側(cè)注”的砂箱造型方法。

5.2 鑄造工藝方案設(shè)計

1）加工余量：頂面，28 mm；底、側(cè)面，19 mm.

2）縮尺：2.3%.

3）澆注系統(tǒng)：采用階梯式澆注系統(tǒng)，直澆道：φ100 mm 1 個；內(nèi)澆道：規(guī)格φ80 mm 2 個。

4）冒口

規(guī)格550×270×600（mm）3 個。

5）型、芯砂和涂料

面砂采用鉻礦砂，背砂采用水玻璃石英砂，涂料采用鋯英粉醇基涂料。

6）鑄造工藝圖見圖5.

圖5 門槽軌道鑄造工藝圖

5.3 冶煉工藝設(shè)計

1）對原料中廢鋼項進行全分析，合金相必須索要準確的化學成分報告。

2）所有入爐合金料及輔料必須按規(guī)程烘烤，廢鋼必須干凈、無水氣；

3）根據(jù)裝入總量、收得率及成品鋼水各元素含量計算出合金料加入量，并準確計量。

4）將Cr 鐵、Cu 板、Nb 鐵、含銅鎳系不銹廢鋼和0Cr 或00Cr 不銹廢鋼裝滿坩堝，順序為：合金—廢鋼中、小料—重料。

5）造渣材料為石灰和螢石以及鋁石灰。

6）出鋼溫度：1600 ℃～1620 ℃。

7）澆注溫度：1540 ℃～1560 ℃。

8）澆注過程中，鋼水必須壓滿澆口杯，當澆注到冒口1/2 時，中等流量輪流點注冒口，直至注滿。

5.4 鑄件清整工藝要點

1）澆注后砂箱保溫96 h，方可打箱。

2）澆冒口采用氣刨切割，必須熱割，鑄件溫度≥300 ℃。

3）鑄件去應(yīng)力退火，700 ℃保溫3 h 內(nèi)，爐冷到30 ℃以下出爐。

6 應(yīng)汲取的經(jīng)驗教訓

6.1 鑄造工藝設(shè)計

由于初期設(shè)計沒有任何參照和經(jīng)驗可以吸取，工藝設(shè)計中存在諸多問題，導致初期生產(chǎn)的鑄件粗加工時，裂紋現(xiàn)象嚴重，返修工作量很大。經(jīng)過充分討論后，我們改進了鑄造生產(chǎn)設(shè)計方案，主要對冒口尺寸設(shè)計、增加冷鐵、調(diào)整澆注工藝等進行了更改。更改后的鑄造工藝，不僅從工藝上更為可行，操作上更為方便經(jīng)濟上也更為合理。

6.2 冒口切割工藝

初期制做時，打箱后即開始氣刨澆冒口、飛邊皮縫等，導致冒口根部常有裂紋產(chǎn)生。發(fā)現(xiàn)問題后，項目組及時確定改進措施，工藝要求熱割冒口，鑄件溫度不得低于350 ℃，并給操作班組配設(shè)測溫槍，溫度一旦低于工藝要求，即行進窯加熱。最終解決了問題，使得產(chǎn)品的缺陷率大幅下降，產(chǎn)品的質(zhì)量也獲得了質(zhì)的提高。

7 結(jié)術(shù)語

公司生產(chǎn)的大型不銹鋼鑄件門槽軌道，由于工藝設(shè)計合理，操作正確，取得了滿意的結(jié)果，通過檢驗，各項性能數(shù)據(jù)達到預期的要求，交付用戶后，使用效果良好，獲得用戶的好評。門槽軌道的成功制作，填補了公司馬氏體沉淀硬化型不銹鋼鑄造工藝的技術(shù)空白，拓寬了特種鑄件的市場領(lǐng)域，經(jīng)濟效益顯著，具有極高的推廣應(yīng)用價值，為我公司今后生產(chǎn)類似鑄件取得了寶貴的鑄造工藝經(jīng)驗。