高溫高壓閥門鑄件制造工藝及應用分析

孫占江

（雷蒙德（北京）科技股份有限公司，北京 101500）

高溫高壓閥門鑄件制造工藝及應用分析

孫占江

（雷蒙德（北京）科技股份有限公司，北京 101500）

本文分析了CF8C高溫高壓閥門鑄件的有關特征，研究了其設計以及后續制造環節中的有關需求、制造工藝，經過實際應用對它的生產品質實行檢查，從而歸納高溫高壓閥門鑄件制造工藝的有關特征及CF8C在實際工作中的使用情況。

高溫高壓閥門；鑄件；制造工藝

CF8C閥門鑄件的運行條件特點涵蓋下面兩個內容：一是溫度較高、壓力較高，二是存在硫化氫化合物。通常情況下，壓力應當保持在12～24MPa之間，應變系統溫度應在400℃上下。上述特征需要該閥門零件通過一系列技術來使其具備高強度、抗磨、抗侵蝕等性能，同時該零件應當保證避免出現雜質、渣滓、空隙、松弛、裂縫等缺陷。從其中能夠得知，研究高溫高壓閥門鑄件制造工藝及應用對于實際工作有著很強的指導意義。

1 高溫高壓閥門鑄件生產工藝及應用

1.1 有關設計規范和閥門構造

此次分析的高溫高壓閥門零件是中國石化閥門構建，材質是CF8C。這種鋼材的特征是在高溫條件使用時形變小，強度高，抗磨能力高，一般用于高溫模具，統稱作鑄鋼。此次挑選的在加熱、高氫壓和催化劑存在的條件下，使重質油發生裂化反應的設備閥門零件型號是DN400 25001B，該零件的凈重是4300kg，幾何尺寸1520mm×1350mm×860mm。

幾何形狀顯示為三通管狀，每個管各自呈圓環形管道，每個管道的中軸統一在一個二維面上，一個軸向的不同管道入口處設置有突緣，與它呈90°角的通道口位置增加管壁的厚度。圖1、2是CF8C閥門零件的構造圖。

1.2 有關零件屬性

此次分析的閥門鑄件材料組成在規范需求上和美國材料與試驗協會標準中的A351大概一致，不過在SP約束要求上，此次分析的CF8C高溫高壓閥門鑄件材質S要不高于0.013，P不高于0.020，在規范要求上要顯著大于A351。對于有關材力方面的能力來說，拉伸力方面要求高于485MPa，屈服應力要求高于205MPa，伸縮率要求高于0.3。此外，有關技術規范規定需要進行閥門零件金相組織與腐蝕測試，依據美國材料與試驗協會標準中的E381進行，實驗最終標準是硫化氫化合物低于1.0級，硅酸鹽低于1.5級，鋁氧化合物低于1.0級，球化氧化物不得高過2級，平均級別值不得高過5級，幾何大小不低于美國材料與試驗協會標準E45規定的2.5級的偏析，避免出現元素在結晶時分布不均勻的現象。

圖1 閥門鑄件工藝結構示意圖

1.3 閥門鑄件生產工藝設計研究

閥門零件的整個生命周期中，其早期的構思設計環節有著不可忽視的重要作用。設計水準的高低直接影響了閥門零件最后的品質和使用壽命，所以應當大力度提升對鑄造工藝構思的關注度，確定每個步驟的詳細內容。

其中涵蓋了明確零件的伸縮率、挑選分形面、策劃筑澆體系等步驟。

第一，對于零件的伸縮率，此次閥門零件生產所需要的材料是在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，根據零件的幾何構造，在受到阻力而收縮的狀況下，外部腔體的收縮比例和內部腔體的收縮比例各自限制在0.02與0.015內；第二，對于挑選分型面，它的挑選應該充足結合閥門的需要，把每個管線的中軸控制在一個二維圖里，不過在現實的操控環節里，在保障每個圓形管道的補縮有著相當程度上的困難性，對于這種狀況，分型面的挑選一般會應用相連冒口的中心來進行，如此零件通常便能夠被劃分成上下層；第三，在澆鑄體系的挑選和構思里，此次分析的閥門零件的澆鑄體系應用了金屬液由鑄件底部流入鑄型型腔的澆鑄系統。此結構的特點是熔融合金液通過一定的流動通道向鑄造型腔中充填的過程比較穩定，能夠避免由于熔融合金液濺出從而損害零件品質，此外還能夠過濾渣滓，擠出腔內氣體。

1.4 零件生產環節里的熱處理技術

依據分析的零件狀態和所處環境，進行了將鑄件加熱到高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理措施，通過這種手段能夠在一定程度上強化該零件的耐侵蝕性能。

同時，還需要依據功能要求和設計要求對其實行平穩化處理，從而確保不銹鑄鋼的耐晶間腐蝕性能，通過這種措施來進一步提高鑄件的應用效果。

2 檢驗方法

2.1 RT檢驗

對每一個試件實行百分百探傷射線檢驗，檢驗對象滿足美國機械工程師協會中的B16.34，檢驗措施依據美國閥門及配件工業制造商標準化協會中的SP54規范實行，檢驗報告應該滿足下列要求：空隙/陷穴要大于2級（包括2級），其余全部不許可。

2.2 液體PT探傷檢驗

對每一個鑄件實行百分百液體PT探傷檢驗，檢驗依據美國材料與試驗協會規定的E165規范實行，檢驗報告需要滿足下面的要求：一是所有線性表現的劣點長度要控制在2mm以內；二是獨個環形劣點的大小需小于4mm；三是集中式劣點疊加起來的總長度在任意12cm的面積內需小于2mm。

3 閥門鑄件制造環節里的有關經驗分析

隨著國家經濟水平以及科技水平的迅速提升，相關行業的發展對零件品質的要求愈來愈高，在保證企業效益的基礎上制造出高水準的閥門零件變為了目前有關企業重點追求的目標。此次的高溫高壓閥門鑄件生產結束后，都進行了實際檢驗，通過最后的檢驗報告得知，一方面，閥門鑄件基本可以滿足規定的力學標準；另一個方面，雜質含有率和鐵素含有率通過金相檢驗都滿足標準規定，經過滲透檢驗也沒有發現超出標準的缺陷，射線檢驗結果同樣符合相關標準規定。

歸納有關的技術可以得到下面的經驗：想要確保鑄件的最終品質與使用效果，應當結合在試制開模的前期使用有關CAE軟件對其實現仿真，預防由于實際試驗制造模具而出現制造效果不佳，增大生產成本等情況的出現。此外，應用這個模式，同樣能夠進一步確保生產效率，增強鑄件的品質，減少產品的內在不足等。

4 結語

針對閥門鑄件，科學恰當地設計分型面、冒口以及冷鐵等制造過程，能夠高效地預防裂縫、孔隙、松弛、雜質等制造過程所帶來的鑄件質量問題，能夠使制造品更符合有關標準的規定。應用高溫高壓、兩管進行持續吹氧等技術手段，能夠完成CF8C材料的冶煉過程。

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TH134；TG24

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