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(yīng)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(guān)特征，研究了其設(shè)計(jì)以及后續(xù)制造環(huán)節(jié)中的有關(guān)需求、制造工藝，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用對它的生產(chǎn)品質(zhì)實(shí)行檢查，從而歸納高溫高壓閥門鑄件制造工藝的有關(guān)特征及CF8C在實(shí)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(yùn)行條件特點(diǎn)涵蓋下面兩個(gè)內(nèi)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(yīng)當(dāng)保持在12～24MPa之間，應(yīng)變系統(tǒng)溫度應(yīng)在400℃上下。上述特征需要該閥門零件通過一系列技術(shù)來使其具備高強(qiáng)度、抗磨、抗侵蝕等性能，同時(shí)該零件應(yīng)當(dāng)保證避免出現(xiàn)雜質(zhì)、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(yīng)用對于實(shí)際工作有著很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 高溫高壓閥門鑄件生產(chǎn)工藝及應(yīng)用

1.1 有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和閥門構(gòu)造

此次分析的高溫高壓閥門零件是中國石化閥門構(gòu)建，材質(zhì)是CF8C。這種鋼材的特征是在高溫條件使用時(shí)形變小，強(qiáng)度高，抗磨能力高，一般用于高溫模具，統(tǒng)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(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)的設(shè)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(gè)管各自呈圓環(huán)形管道，每個(gè)管道的中軸統(tǒng)一在一個(gè)二維面上，一個(gè)軸向的不同管道入口處設(shè)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(gòu)造圖。

1.2 有關(guān)零件屬性

此次分析的閥門鑄件材料組成在規(guī)范需求上和美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)S要不高于0.013，P不高于0.020，在規(guī)范要求上要顯著大于A351。對于有關(guān)材力方面的能力來說，拉伸力方面要求高于485MPa，屈服應(yīng)力要求高于205MPa，伸縮率要求高于0.3。此外，有關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定需要進(jìn)行閥門零件金相組織與腐蝕測試，依據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中的E381進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)最終標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)E45規(guī)定的2.5級的偏析，避免出現(xiàn)元素在結(jié)晶時(shí)分布不均勻的現(xiàn)象。

圖1 閥門鑄件工藝結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 閥門鑄件生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)研究

閥門零件的整個(gè)生命周期中，其早期的構(gòu)思設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有著不可忽視的重要作用。設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的高低直接影響了閥門零件最后的品質(zhì)和使用壽命，所以應(yīng)當(dāng)大力度提升對鑄造工藝構(gòu)思的關(guān)注度，確定每個(gè)步驟的詳細(xì)內(nèi)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(chǎn)所需要的材料是在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，根據(jù)零件的幾何構(gòu)造，在受到阻力而收縮的狀況下，外部腔體的收縮比例和內(nèi)部腔體的收縮比例各自限制在0.02與0.015內(nèi)；第二，對于挑選分型面，它的挑選應(yīng)該充足結(jié)合閥門的需要，把每個(gè)管線的中軸控制在一個(gè)二維圖里，不過在現(xiàn)實(shí)的操控環(huán)節(jié)里，在保障每個(gè)圓形管道的補(bǔ)縮有著相當(dāng)程度上的困難性，對于這種狀況，分型面的挑選一般會(huì)應(yīng)用相連冒口的中心來進(jìn)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(gòu)思里，此次分析的閥門零件的澆鑄體系應(yīng)用了金屬液由鑄件底部流入鑄型型腔的澆鑄系統(tǒng)。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是熔融合金液通過一定的流動(dòng)通道向鑄造型腔中充填的過程比較穩(wěn)定，能夠避免由于熔融合金液濺出從而損害零件品質(zhì)，此外還能夠過濾渣滓，擠出腔內(nèi)氣體。

1.4 零件生產(chǎn)環(huán)節(jié)里的熱處理技術(shù)

依據(jù)分析的零件狀態(tài)和所處環(huán)境，進(jìn)行了將鑄件加熱到高溫單相區(qū)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(qiáng)化該零件的耐侵蝕性能。

同時(shí)，還需要依據(jù)功能要求和設(shè)計(jì)要求對其實(shí)行平穩(wěn)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(jìn)一步提高鑄件的應(yīng)用效果。

2 檢驗(yàn)方法

2.1 RT檢驗(yàn)

對每一個(gè)試件實(shí)行百分百探傷射線檢驗(yàn)，檢驗(yàn)對象滿足美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)中的B16.34，檢驗(yàn)措施依據(jù)美國閥門及配件工業(yè)制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)中的SP54規(guī)范實(shí)行，檢驗(yàn)報(bào)告應(yīng)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(yàn)

對每一個(gè)鑄件實(shí)行百分百液體PT探傷檢驗(yàn)，檢驗(yàn)依據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)規(guī)定的E165規(guī)范實(shí)行，檢驗(yàn)報(bào)告需要滿足下面的要求：一是所有線性表現(xiàn)的劣點(diǎn)長度要控制在2mm以內(nèi)；二是獨(dú)個(gè)環(huán)形劣點(diǎn)的大小需小于4mm；三是集中式劣點(diǎn)疊加起來的總長度在任意12cm的面積內(nèi)需小于2mm。

3 閥門鑄件制造環(huán)節(jié)里的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)分析

隨著國家經(jīng)濟(jì)水平以及科技水平的迅速提升，相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對零件品質(zhì)的要求愈來愈高，在保證企業(yè)效益的基礎(chǔ)上制造出高水準(zhǔn)的閥門零件變?yōu)榱四壳坝嘘P(guān)企業(yè)重點(diǎn)追求的目標(biāo)。此次的高溫高壓閥門鑄件生產(chǎn)結(jié)束后，都進(jìn)行了實(shí)際檢驗(yàn)，通過最后的檢驗(yàn)報(bào)告得知，一方面，閥門鑄件基本可以滿足規(guī)定的力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)；另一個(gè)方面，雜質(zhì)含有率和鐵素含有率通過金相檢驗(yàn)都滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，經(jīng)過滲透檢驗(yàn)也沒有發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，射線檢驗(yàn)結(jié)果同樣符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

歸納有關(guān)的技術(shù)可以得到下面的經(jīng)驗(yàn)：想要確保鑄件的最終品質(zhì)與使用效果，應(yīng)當(dāng)結(jié)合在試制開模的前期使用有關(guān)CAE軟件對其實(shí)現(xiàn)仿真，預(yù)防由于實(shí)際試驗(yàn)制造模具而出現(xiàn)制造效果不佳，增大生產(chǎn)成本等情況的出現(xiàn)。此外，應(yīng)用這個(gè)模式，同樣能夠進(jìn)一步確保生產(chǎn)效率，增強(qiáng)鑄件的品質(zhì)，減少產(chǎn)品的內(nèi)在不足等。

4 結(jié)語

針對閥門鑄件，科學(xué)恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)分型面、冒口以及冷鐵等制造過程，能夠高效地預(yù)防裂縫、孔隙、松弛、雜質(zhì)等制造過程所帶來的鑄件質(zhì)量問題，能夠使制造品更符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。應(yīng)用高溫高壓、兩管進(jìn)行持續(xù)吹氧等技術(shù)手段，能夠完成CF8C材料的冶煉過程。

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