不(bu)銹鋼的(de)鑄(zhu)(zhu)造零部(bu)件是采用電(dian)弧爐或感應爐冶煉,利用砂型、陶(tao)瓷型或熔模等各種鑄(zhu)(zhu)造方法直接鑄(zhu)(zhu)造出接近于成品(pin)形狀的(de)鑄(zhu)(zhu)件。相同成分的(de)材料(liao)直接鑄(zhu)(zhu)造成零部(bu)件可改善某些性能,降低成本,簡化工藝(yi),提高企業的(de)經濟(ji)效(xiao)益。
不銹鋼鑄造加工工藝常常用于在腐蝕介質中工作的泵殼、閥、葉輪等,形狀復雜的零部件廣泛采用的鑄造不銹(xiu)鋼。用于耐腐蝕鑄造的不銹鋼化學成分和普通不銹鋼化學成分略有不同,鑄造不銹鑄鋼的鉻含量(質量分數)在12%以上,在金屬表面形成鈍化膜,提高鋼的耐蝕性。碳含量對鋼的強度和耐蝕性影響很大,鑄造不銹鋼的碳含量一般低于0.20%,有的低至0.03%。
不(bu)(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)鑄(zhu)造(zao)性能是指氧化(hua)(hua)(hua)性、吸氣性、流(liu)動(dong)性、收縮、偏析(xi)等。如果(guo)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)時合(he)金(jin)不(bu)(bu)(bu)易(yi)氧化(hua)(hua)(hua)、熔(rong)液(ye)不(bu)(bu)(bu)易(yi)吸氣,澆注時合(he)金(jin)熔(rong)液(ye)容易(yi)充(chong)滿型腔;凝固時鑄(zhu)件不(bu)(bu)(bu)易(yi)產生縮孔,而且化(hua)(hua)(hua)學成分均勻;冷卻時鑄(zhu)件就不(bu)(bu)(bu)會發(fa)生變形和開裂,這(zhe)樣的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼就被認為是具有良好(hao)的(de)(de)鑄(zhu)造(zao)性能。
不銹鋼(gang)在鑄造過程中表現(xian)出來(lai)的性能(neng)主要有(you)充(chong)型能(neng)力和收縮性。
一、奧氏體不(bu)銹鋼(gang)的鑄造
鑄造奧氏體不銹(xiu)鋼(gang),由于其耐蝕性優于鑄造馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼和鑄造鐵素體不銹(xiu)鋼,因而得到廣泛應用。GB/T 2100-2002國家標準中的20種耐蝕鑄鋼中就有14種奧氏體不銹鋼,其產量及用量約占不銹鋼鑄鋼的80%以上。經典的第一代奧氏體不銹鑄鋼稱18-8鋼,含鉻18%左右,含鎳8%~10%,如 ZG03Cr18Ni10、ZG03Cr18Ni10N、ZG09Cr19Ni9、ZG08Cr19Ni10N等,是最典型最基本的代表性鋼種,其他奧氏體不銹鑄鋼均是在18-8鋼的基礎上發展起來的。奧氏體不銹鑄鋼也和奧氏體不銹鋼一樣,分為鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼和無鎳、低鎳奧氏體不銹鑄鋼。
1. 鉻鎳奧氏體(ti)不(bu)銹鋼的(de)鑄造(zao)特(te)性
鉻(ge)鎳奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鑄鋼(gang)具(ju)(ju)有(you)(you)很高的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing),與其他類(lei)不(bu)(bu)(bu)銹鑄鋼(gang)相比,其耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)是(shi)最(zui)好的(de)(de)(de)一(yi)(yi)類(lei)。該類(lei)鋼(gang)具(ju)(ju)有(you)(you)優良(liang)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)和(he)塑性(xing)(xing),易于加(jia)工成各(ge)種形狀(zhuang)的(de)(de)(de)零件,在熱(re)處(chu)理加(jia)熱(re)時(shi)不(bu)(bu)(bu)發(fa)生(sheng)α→γ相變,并具(ju)(ju)有(you)(you)優良(liang)的(de)(de)(de)焊(han)接性(xing)(xing)。這類(lei)鋼(gang)的(de)(de)(de)主要(yao)缺點(dian)是(shi)價格較(jiao)貴。但由于它具(ju)(ju)有(you)(you)最(zui)好的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing),仍然是(shi)鑄造不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)中使用最(zui)廣泛的(de)(de)(de)一(yi)(yi)類(lei)鋼(gang)。國家(jia)標準(zhun)中的(de)(de)(de)14種奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鑄鋼(gang)全部是(shi)鉻(ge)鎳奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鑄鋼(gang)。
2. 鉻錳氮奧氏體不銹鑄鋼的(de)特(te)性
鉻錳氮奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鑄鋼是無鎳和低鎳奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鑄鋼,雖然在新的國(guo)家(jia)標(biao)準中沒(mei)有(you),但(dan)傳統的奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鑄鋼有(you)ZG10Cr17Mn13N、ZG10Cr17Mn13Mo2N、ZG10Cr17Mn13Mo2CuN、ZG10Cr17Mn13Mo2Cu2N和ZG10Cr17MnNi3Mo3Cu2N等(deng)。
該類鋼(gang)以強烈形成奧氏(shi)體元素錳和氮取代(dai)高含量的鎳(nie)(nie),并加入(ru)鉬、銅等,以提高鋼(gang)的耐蝕性。其耐蝕性略低(di)于鉻(ge)鎳(nie)(nie)奧氏(shi)體不銹鑄鋼(gang),但強度比鉻(ge)鎳(nie)(nie)奧氏(shi)體不銹鑄鋼(gang)高。
鉻錳氮(dan)鑄(zhu)造不銹鋼應(ying)進行1100℃水淬處理,使碳化(hua)物固溶(rong)以提高(gao)其耐蝕性金相組織為奧氏(shi)體和少(shao)量鐵(tie)素體(5%~20%)的(de)復相組織。鋼的(de)流動性好(hao),鑄(zhu)造時氣孔(kong)敏感性較(jiao)大,造型宜用(yong)干型,并用(yong)鉻礦砂、鋯砂等(deng)涂料(liao)。鋼的(de)鑄(zhu)造體收縮較(jiao)大,如ZG10Cr17Mn13Mo2Cu2N在1475℃澆注體積總收縮為5.7%。鑄(zhu)造收縮率取2.2%~2.3%。這類鑄(zhu)鋼的(de)焊接性良好(hao),可在室溫下焊接。
二、 鐵素體不銹鋼的鑄造
典型鑄(zhu)(zhu)造(zao)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)ZG10Cr17具有(you)良好的(de)耐酸(suan)性,其(qi)他類鑄(zhu)(zhu)造(zao)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)在(zai)ZG10Cr17鋼(gang)(gang)(gang)的(de)基礎上適當加入(ru)鉬、硅(gui)、鈮等(deng)可(ke)提(ti)(ti)高鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐蝕(shi)性的(de)元素(su),加入(ru)鈦可(ke)細化晶粒,加入(ru)稀土可(ke)改善鑄(zhu)(zhu)造(zao)性能。鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)鑄(zhu)(zhu)造(zao)不(bu)(bu)銹(xiu)鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)氧(yang)化性酸(suan)類,特(te)別(bie)是(shi)硝酸(suan)溶(rong)液中有(you)良好的(de)耐蝕(shi)性;隨著鋼(gang)(gang)(gang)中鋁(lv)、鉬、硅(gui)、鈮等(deng)含量的(de)提(ti)(ti)高,耐蝕(shi)性增加。但是(shi)鑄(zhu)(zhu)造(zao)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)力(li)學性能較差,特(te)別(bie)是(shi)韌(ren)性低,只適用于(yu)載荷較低、無沖擊載荷的(de)場合,影(ying)響了其(qi)應(ying)用。雖然在(zai)一些硝酸(suan)生產(chan)廠家(jia)仍在(zai)應(ying)用,但未納入(ru)新的(de)國家(jia)標準。
鑄造鐵素(su)(su)體不銹鋼(gang)大多在(zai)消(xiao)除應力退火(huo)后(hou)使用,退火(huo)后(hou)的組織為(wei)鐵素(su)(su)體和碳(tan)化(hua)物(wu),一般在(zai)750~800℃退火(huo),爐冷(leng)到550℃出爐空冷(leng)。當(dang)加熱到850℃以(yi)上時(shi),鋼(gang)有晶粒(li)(li)強(qiang)烈長大傾(qing)向。在(zai)450~510℃長期加熱會(hui)產(chan)生475℃脆性。為(wei)了細(xi)化(hua)晶粒(li)(li),可(ke)在(zai)鋼(gang)中加入(ru)鈦、氮等元素(su)(su)。鋼(gang)的流(liu)動性隨碳(tan)、鉻、錳、硅含量的增加而提高。焊接性尚可(ke),焊補(bu)時(shi)鑄件(jian)應預熱到300~400℃,焊后(hou)應進行退火(huo)熱處理。
鐵(tie)素體(ti)不銹鋼的(de)鑄造性能較差,鑄造收縮率一般(ban)為(wei)1.4%~1.6%,鑄造時晶(jing)粒粗大。鉻含(han)量很高的(de)鐵(tie)素體(ti)不銹鋼,如2GCr28鋼鑄造時,鑄件的(de)熱(re)裂(lie)傾向(xiang)性大。
三、馬氏體不銹鋼(gang)的鑄造
ZG15Cr12、ZG20Cr13、ZGCr12NiMo、ZGCr12Ni4(QT1)、ZGCr12Ni4(QT2)和ZGCr16Ni5Mo等馬(ma)氏體不銹鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)耐大氣腐蝕性(xing)(xing)較好(hao),經熱處理(li)和拋光后最穩(wen)定。ZG20Cr13鋼(gang)的(de)耐蝕性(xing)(xing)和強度(du)、硬度(du)較ZG15Cr12鋼(gang)稍高。這兩(liang)種(zhong)鑄(zhu)(zhu)鋼(gang)及(ji)其他鑄(zhu)(zhu)造馬(ma)氏體鋼(gang),用(yong)于(yu)承受沖擊載荷和要求(qiu)韌性(xing)(xing),并在(zai)腐蝕性(xing)(xing)不強及(ji)常溫下的(de)有(you)機酸(suan)(suan)水溶(rong)液(ye),或(huo)者要求(qiu)防(fang)污染(ran)的(de)介質(zhi)中(zhong)工(gong)作的(de)零(ling)件。例如,在(zai)維(wei)尼綸工(gong)業中(zhong),可用(yong)于(yu)聚乙(yi)烯(xi)醇、醋酸(suan)(suan)乙(yi)烯(xi)、醋酸(suan)(suan)甲酯、醋酸(suan)(suan)鈉溶(rong)液(ye)等介質(zhi);在(zai)尿(niao)素工(gong)業中(zhong),可用(yong)于(yu)含(han)硫化氫、尿(niao)素母(mu)液(ye)等介質(zhi),也可用(yong)于(yu)制造水輪機轉輪(葉片)和水壓機閥(fa)等。
鑄造馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼經調質處(chu)理(li)(li)(1050℃水冷或油淬,750℃回火)后得到鐵素體(ti)和(he)(he)索氏(shi)體(ti)組織(zhi)。在調質狀態(tai)下鑄鋼有較好的耐(nai)蝕性和(he)(he)綜(zong)合力(li)學性能。某些較大的復(fu)雜鑄件(jian)不宜調質處(chu)理(li)(li)時,也可(ke)進(jin)行(xing)退火處(chu)理(li)(li),退火后的組織(zhi)為鐵素體(ti)和(he)(he)珠光體(ti)。ZG20Cr13鋼的熔點為1480~1510℃,鑄造時流動性較差,應(ying)提高澆(jiao)注溫度和(he)(he)澆(jiao)注速度。焊接(jie)性尚可(ke),焊補時應(ying)將鑄件(jian)預熱到200~300℃,焊后應(ying)進(jin)行(xing)退火熱處(chu)理(li)(li)。