超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507閥門鑄件的生產(chǎn)研制

顧麗麗，劉佳任，雷志剛，候先龍，彭 杰，朱慧玲，冷文昌，張佳秋，吳殿杰

（1.中核蘇閥橫店機(jī)械有限公司，浙江東陽 322118；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林長春 130011）

超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507閥門鑄件的生產(chǎn)研制

顧麗麗1，劉佳任1，雷志剛1，候先龍1，彭 杰1，朱慧玲1，冷文昌1，張佳秋1，吳殿杰2

（1.中核蘇閥橫店機(jī)械有限公司，浙江東陽 322118；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林長春 130011）

闡述了第三代超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507閥體的生產(chǎn)研制過程。SAF2507是超級(jí)雙相不銹鋼中含鉻、鉬、鎳和氮的量都高于第二代雙相不銹鋼。在生產(chǎn)過程中及易出現(xiàn)氣孔、氧化夾渣、裂紋等缺陷，造成廢品率較高，焊補(bǔ)量較大。通過采用AOD精煉爐對(duì)鋼液進(jìn)行精煉，控制C、P、S的含量在下線，有效地控制N的含量，目前已攻克了難關(guān)且能夠批量生產(chǎn)SAF2507閥門鑄件及同類產(chǎn)品。

超級(jí)雙相不銹鋼；生產(chǎn)研制；鑄造缺陷

0 概述

SAF2507是第三代超級(jí)雙相不銹鋼，美國標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)ZG 00Cr25Ni7Mo4N），其顯微組織有比較理想的鐵素體/奧氏體之比約為50/50的雙相結(jié)構(gòu)，兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與奧氏體不銹鋼相比其塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，其強(qiáng)度及抗腐蝕能力極強(qiáng)，耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕性能優(yōu)良。也是一種節(jié)鎳型不銹鋼。由于鋼中鐵素體的含量高使鋼的脆性加大、流動(dòng)性較差、晶粒粗大、造成熱裂的傾向較大，又由于氮的含量提高給鑄件造成氣孔的幾率較大。因此該鋼種給鑄造工藝的設(shè)計(jì)和鋼液的熔煉帶來了很大困難。目前國內(nèi)一些閥門鑄造廠家對(duì)于超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507大口徑的高壓力的閥體的生產(chǎn)一直存在著一定問題，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)氣孔，氧化夾渣、裂紋比較嚴(yán)重，造成廢品率較高，焊補(bǔ)量較大。因此造成了脫延工期不能按期交貨現(xiàn)象。

1 SAF2507超級(jí)雙相不銹鋼的特性

(1)超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60 ℃以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質(zhì)中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設(shè)備都存在著產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。

(2)超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507，具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質(zhì)的條件下，適用于制作泵、閥等過流設(shè)備。

(3)綜合力學(xué)性能好。有較高的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度是304型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達(dá)到25%以上。

(4)可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可與304奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種鋼材焊接。

(5)與奧氏體不銹鋼相比，導(dǎo)熱系數(shù)大、線膨脹系數(shù)小，適合用作設(shè)備的襯里和生產(chǎn)復(fù)合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。

2 SAF2507超級(jí)雙相不銹鋼主要用途

由于SAF2507含有較高的鉻、鉬及高氮含量使其對(duì)有機(jī)酸如甲酸、乙酸等具有較強(qiáng)的抗整體腐蝕的能力。而對(duì)無機(jī)酸，尤其是那些包含氯化物的無機(jī)酸也具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。在工程實(shí)際的應(yīng)用中，SAF2507具有更強(qiáng)的抗腐蝕能力，優(yōu)于904L，具有很高的抗點(diǎn)腐蝕、間隙腐蝕及均勻腐蝕的能力。主要應(yīng)用于石油化工、天然氣工業(yè)設(shè)備、熱交換器、水下設(shè)備、消防設(shè)備等，特別適用于海上石油天然氣的開采設(shè)備。

3 生產(chǎn)研制過程

SAF2507已在越來越多的工業(yè)領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用，該鋼中鐵素體的含量高使鋼的脆性加大、流動(dòng)性較差、晶粒粗大，造成熱裂的傾向較大，又由于氮的含量提高給鑄件造成氣孔的幾率較大，在鑄造鋼液熔煉過程中氮的加入是靠CrN或MnN中間合金加入使之N固溶在鋼的基體中，也就是說鋼中的Cr和Mn含量越高其N的加入量就越高，如果一但N的加入量超出了Cr和Mn的固溶N量，N就會(huì)變成彌散的氣體在鋼液中，鑄件凝固后形成大量的氣孔。因此該鋼種給鑄造工藝的設(shè)計(jì)和鋼液的熔煉帶來了很大困難。為此我們對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507大口徑的高壓閥體的生產(chǎn)進(jìn)行了專門的研究，通過對(duì)鑄造工藝、熔煉工藝（同時(shí)采用了AOD精煉方法）、化學(xué)成份焊補(bǔ)工藝及熱處理工藝的研究，解決了上述的鑄造難點(diǎn)，已可以成功地批量生產(chǎn)超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507及普通雙相不銹鋼閥門鑄件和其它類鑄件產(chǎn)品。

3.1 閥門的技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品名稱：閘閥門（由閥體、閥掰、搖桿組成）

壓力：1500×6894.76 Pa

材料：SAF2507

3.2 鑄造工藝的控制

（1）對(duì)閥體的技術(shù)分析：根據(jù)用戶圖紙的要求，對(duì)鑄造閥體及所有承壓件都要全部進(jìn)行RT探傷，表面全部做著色檢驗(yàn)，一律按2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。承壓能力要求1500×6894.76 Pa～2500×6894.76 Pa。

（2）設(shè)計(jì)原則：為了解決含氮量高易產(chǎn)生氣孔、縮松、縮孔缺陷，以及應(yīng)對(duì)鑄造性能差和體收縮量大、收縮應(yīng)力大的特點(diǎn)，鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到冒口的合理布置，澆口的流量要加大，采用了多設(shè)內(nèi)澆口，提高澆注速度，盡量減少鋼液接觸大氣的時(shí)間。以閥體為例，鑄造工藝圖見圖1。工藝圖設(shè)計(jì)了3個(gè)內(nèi)澆口。

（3）緩流器的應(yīng)用：澆注系統(tǒng)采用了底注式澆注方法，在澆注時(shí)鋼液的液面可平穩(wěn)上升，達(dá)到順序凝固。另外在直澆口下面放一緩流器，緩流器澆口底部放一過濾片。

圖1 閥體的鑄造工藝示意圖

本緩流器可起到2種作用，第一是鋼液緩沖起到排氣作用，可減少澆注時(shí)卷進(jìn)氣體使鑄件產(chǎn)生氣孔；第二是在緩流器底部安裝一過濾片，可使鋼液有效地得到過濾，起到進(jìn)一部凈化鋼液做用。本緩沖器常用于核電閥、加氫閥、油田、化工等閥門和泵件的鑄件生產(chǎn)過程中，起到了良好的效果。緩流器的設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 緩流器的設(shè)計(jì)圖

（4）鑄造工藝的驗(yàn)證：鑄造工藝最后通過數(shù)值模擬計(jì)算驗(yàn)證，確認(rèn)鑄造工藝無問題才能通過，進(jìn)行投產(chǎn)。本閥體鑄造工藝已通過了數(shù)值模擬計(jì)算驗(yàn)證。3.3 化學(xué)成份的控制

鑄件技術(shù)要求化學(xué)成份和實(shí)測(cè)化學(xué)成分見表1、表2。

表1 技術(shù)要求化學(xué)成份 %

表2 實(shí)測(cè)化學(xué)成份 %

3.4 鋼液熔煉澆注

該鋼種鋼液的流動(dòng)性差，容易產(chǎn)生冷隔，高溫易氧化， 易形成氧化夾雜物，因此我們把鋼液的熔煉做為整個(gè)工藝的重中之重，熔煉分如下幾步進(jìn)行。

(1)熔煉鋼液前要將合金料干燥。所有的合金爐料和集渣劑都置爐中200～300 ℃，保溫2～3 h。

(2)采用3噸中頻爐熔煉鋼液，主料采用工業(yè)純鐵，輔料采用V3 Cr鐵、Ni板、Mo鐵、電解Mn和工業(yè)Si，首先加入純鐵，送電、熔化中期加Ni、Cr、Mo等合金元素。要點(diǎn)控制C、Cr、Mo、Ni的含量，按上生產(chǎn)控制化學(xué)成份表中成分光譜檢測(cè)。

(3)采用AOD爐精煉煉鋼液，該爐的作用是脫C、P、S，消除非金屬夾渣物，增加N的含量，穩(wěn)定控制出爐溫度。這里的要點(diǎn)是保證N的含量，控制C、P、S的含量在下線，調(diào)整Cr含量到下線。

(4)出爐澆注; 光譜檢驗(yàn)化學(xué)成份合格后澆注，由于該材料易氧化吸氣，在澆注時(shí)特別注意開始時(shí)要大流量加快澆注速度，澆包上部和澆口部位要用氬氣保護(hù)，當(dāng)澆到冒口根部時(shí)要減流到一半，邊澆邊減流，加保溫劑。

3.5 切割冒口和補(bǔ)焊的溫度控制

要求切割和焊補(bǔ)溫度不能超過250 ℃，冷卻方法可以是水冷或風(fēng)冷。

鑄件經(jīng)過RT、PT檢驗(yàn)合格，化學(xué)成份合格，機(jī)械性能合格。金相檢測(cè)鐵素體和奧氏體各占50%。3.6 機(jī)械性能

技術(shù)要求機(jī)械性能和實(shí)測(cè)機(jī)械性能（機(jī)械性能按ASTM SAF2507 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)）見表3、表4。

表3 技術(shù)要求機(jī)械性能

表4 熱處理后實(shí)測(cè)機(jī)械性能

4 雙相鋼的組織轉(zhuǎn)變

(1)超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507在加熱時(shí)隨著溫度的升高，會(huì)發(fā)生奧氏體γ相向鐵素體α相轉(zhuǎn)變，既奧氏體γ相在減少，鐵素體α相在不斷的增加。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，組織中轉(zhuǎn)變成鐵素體的α相遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于奧氏體γ相。

(2)熱處理過程中，超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507基體中貧Cr、Ni、Mn的區(qū)域容易析出二次奧氏體。

(3)碳化物析出，熱處理后的雙相不銹鋼SAF2507如還在較低的溫度下加熱（340～950 ℃）或保溫，會(huì)析出碳化物和金屬間相，主要有碳化鉻，主要分部在奧氏體和鐵素體的晶體上，析出的金屬間相主要有α相、σ相和γ相，這些相很硬也很脆，可導(dǎo)致鐵素體基體出現(xiàn)強(qiáng)化效應(yīng)，容易出現(xiàn)裂紋。

(4)由于鑄件在切割冒口和補(bǔ)焊過程中再加熱時(shí)，先由α相形成細(xì)小的二次奧氏體γ相，然后析出σ相。結(jié)果表明，脆性開裂都發(fā)生于σ相以及基體與σ相的界面處。

通過分析裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，在生產(chǎn)過程中我們采用了避開碳化物析出和析出σ相的溫度區(qū)間。另外，無論是切冒口還是焊補(bǔ)溫度都不能超過250℃。

5 結(jié)論

(1)超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507閥門鑄件中含有26%的鉻和0.24%以上的N,比普通雙相鋼都要高，在基體中鐵素體的含量要求達(dá)到50%以上，這給鑄造生產(chǎn)增加了許多難度，如果N的含量控制不好鑄件容易產(chǎn)生氣孔，因此我們采用AOD精煉爐對(duì)鋼液進(jìn)行精煉，控制C、P、S的含量在下線，有效地控制N的含量。

(2)工藝冒口采用多個(gè)小冒口方法，這樣容易切割冒口。澆注系統(tǒng)采用了底注式澆注方法，澆口采用多道內(nèi)澆口，使?jié)沧r(shí)鋼液的液面平穩(wěn)地上升，從而達(dá)到溫度場(chǎng)平衡和順序凝固的趨勢(shì)。

(3)控制切割冒口和鑄件焊補(bǔ)溫度，采用風(fēng)冷和水冷方法使切割冒口和焊補(bǔ)時(shí)鑄件溫度不能超過250 ℃。

(4) 緩沖器的使用起到了排氣的作用，可減少澆注時(shí)卷進(jìn)的氣體，也可使鋼液有效的得到過濾，起到進(jìn)一部凈化鋼液作用。

根據(jù)以上工藝要點(diǎn)批量生產(chǎn)雙相不銹鋼SAF2507閥門鑄件，一次拍片合格率可達(dá)85%以上。

[1] 張佳秋，徐顏林.等 .一種抗硫化氫介質(zhì)特種鋼小口徑閥門鑄造方法:中國，20131025333.4[P].2013.11.27.

[2] 張佳秋,徐顏林.等.帶排氣通道的閥體澆注裝置:中國，201320330426.4[P].2013.11.27.

[3] 張佳秋.一種鋼制高壓閥體的熔煉方法：中國，201310523185. X[P].2014.03.12.

[4] 張佳秋.高耐蝕鎳基合金大型閥體澆注裝置:中國,201320330482.8[P].2013.11.13.

[5] 沈高峰, 吳新村.超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507裂紋缺陷[J]. 特種鑄造及有色合金,2012(11).

[6] 王景德. 用樹脂砂生產(chǎn)出口閥門鑄鋼件[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù),2003(5).

山西省第28次鑄造會(huì)議通知

由山西省機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)委員會(huì)、山西省鑄造行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，省內(nèi)外相關(guān)鑄造企業(yè)協(xié)辦的山西省第28次鑄造會(huì)議擬定于2016年10月13-16日在山西省平遙舉行。

會(huì)議主題：新經(jīng)濟(jì) 新思路 新技術(shù) 新鑄造。

會(huì)議交流內(nèi)容以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，結(jié)合東西部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、混合所有制改革、軍民融合等政策的鑄造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、結(jié)構(gòu)調(diào)整的思路與經(jīng)驗(yàn)；數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、綠色化鑄造企業(yè)的發(fā)展和相關(guān)的技術(shù)裝備；互聯(lián)網(wǎng)+、3D打印、節(jié)能環(huán)保等先進(jìn)技術(shù)及其對(duì)鑄造行業(yè)的影響與應(yīng)用；傳統(tǒng)鑄造新技術(shù)、新工藝、新材料、新產(chǎn)品,包括鑄鐵、鑄鋼、有色合金、粘土砂鑄造、樹脂砂鑄造、消失模鑄造、壓力鑄造、耐磨件、藝術(shù)鑄造等；鑄造產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)、工業(yè)園區(qū)建設(shè),企業(yè)管理和人才培養(yǎng)；服務(wù) “一帶一路”國家宏觀戰(zhàn)略，發(fā)展外向型經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃與經(jīng)驗(yàn)。

會(huì)議期間將邀請(qǐng)中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)、中國鑄造協(xié)會(huì)、山西省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)、山西省機(jī)械行業(yè)辦、山西省民政廳、平遙縣人民政府等單位的領(lǐng)導(dǎo)參加開幕式或致辭；將進(jìn)行山西省機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)委員會(huì)、山西省鑄造行業(yè)協(xié)會(huì)的理事會(huì)議，進(jìn)行工作總結(jié)與下一步工作部署，地方鑄造協(xié)會(huì)工作經(jīng)驗(yàn)專題研討；會(huì)議將邀請(qǐng)國內(nèi)知名鑄造專家做主題報(bào)告，并舉辦鑄造技術(shù)專題研討會(huì)；會(huì)議期間將參觀當(dāng)?shù)氐膬?yōu)秀鑄造企業(yè)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交流；會(huì)議期間將進(jìn)行鑄造設(shè)備、檢測(cè)儀器、鑄造材料展覽。

（山西省機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)委員會(huì) 供稿）

中國鑄造協(xié)會(huì)鑄鋼工作委員會(huì)2016年（青島站）年會(huì)通 知

中國鑄造協(xié)會(huì)鑄鋼工作委員會(huì)定于2016年10月10日-13日在青島召開“中國鑄造協(xié)會(huì)鑄鋼工作委員會(huì)2016年年會(huì)”。會(huì)議將以創(chuàng)新、發(fā)展為主題，圍繞提升我國鑄鋼件的產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平，進(jìn)行廣泛深入的技術(shù)交流，為業(yè)界同仁交流合作及成果與產(chǎn)品展示提供平臺(tái)。

會(huì)議主題報(bào)告：鑄鋼新技術(shù)新材料應(yīng)用專題研討。邀請(qǐng)中國鑄造協(xié)會(huì)秘書長溫平，國內(nèi)知名高校、科研院所、鑄鋼企業(yè)等，著名專家學(xué)者作鑄鋼新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備、節(jié)能減排、綠色鑄造、數(shù)字化鑄造、企業(yè)管理等方面的專題報(bào)告。

專家答疑大會(huì)將安排國內(nèi)著名專家作現(xiàn)場(chǎng)答疑；中國鑄造協(xié)會(huì)鑄鋼工作委員會(huì)理事會(huì)會(huì)議；企業(yè)形象展示會(huì)議期間專設(shè)企業(yè)形象展示和資料臺(tái)，會(huì)務(wù)組統(tǒng)一安排。

特別說明：與本次鑄鋼（青島站）年會(huì)同期（10月12日）召開的還有“中國鑄造協(xié)會(huì)綠色鑄造工作委員會(huì)”舉辦的“2016第三屆中德綠色鑄造高峰論壇”。

（中國鑄造協(xié)會(huì)鑄鋼工作委員會(huì) 供稿）

Super duplex stainless steel SAF2507 of valve castings production development

GU LiLi1，LIU JiaRen1,LEI ZhiGang1,HOU XianLong1,PENG Jie1, ZHU HuiLing1,LENG WenChang1,ZHANG JiaQiu1，WU DianJie2
（1.Heval hengdian machinery Co.,Ltd. CNNC, DongYang 322118, Zhe Jiang,China; 2.MMI planning & engineering institute IX Co.,Ltd.,Changchun 130011,JiLin ,China）

This paper mainly discusses the third generation of the super duplex stainless steel SAF2507 body production process SAF2507 is super duplex stainless steel in chromium, molybdenum, nickel, and nitrogen content were higher than that of the second generation of duplex stainless steel. Frequently occur in the process of production and air hole, the oxidation slag inclusion, cracks and other defects, causing high rejection rate, weld quantity is bigger. Now to conquer the diffi culties have been able to batch production SAF2507 valve castings and similar products.

super duplex stainless steel；Production development

TG245；

A；

1006-9658（2016）05-0053-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.015

2016-03-17

稿件編號(hào):1603-1294

顧麗麗（1964—），女，工程師，主要從事鑄造工藝和設(shè)備工程研發(fā)工作.