一种大型铸钢产品裂纹缺陷的控制方法与流程

1.本发明属于铸钢产品生产技术领域，主要涉及一种铸钢产品裂纹缺陷的控制方法。


背景技术：

2.大型蒸汽轮机铸钢产品目前主要采用crmov材料，具有良好的综合性能和工艺性能，但是在实际生产时，铸造或者是焊接过程中铸件经常会产生有大量的细小裂纹，针对裂纹缺陷需要进行返修及焊接，这些措施均属于补救措施，降低了铸件生产质量，显著增加了生产成本，延长了供货周期。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种大型铸钢产品裂纹缺陷的控制方法，铸钢产品的材质为crmov，主要通过对铸钢产品的化学成分进行优化控制，同时使铸钢产品的化学成分满足铸钢产品的碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm的优化数值范围内，这样可避免铸钢产品在铸造过程中或者焊接过程中产生大量的细小裂纹。
4.本发明主要涉及的是一种大型蒸汽轮机铸钢产品裂纹缺陷的控制方法，通过铸钢产品的碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm表征材料的力学性能和焊接性能，确定材料化学成分中各元素的控制范围，通过研究对化学成分中各元素的控制范围进行界定，在实现材料的各项力学性能指标的同时降低裂纹缺陷量。所述大型蒸汽轮机铸钢产品的化学成分标准要求为：按质量百分比计为，c：0.10～0.20％；si：0.20～0.60％；mn：0.50～0.9％；s：≤0.015％；p：≤0.025％；ni：≤0.50％；cr：1.20～1.50％；mo：0.90～1.20％；al：≤0.01％；cu：≤0.35％；v：0.15～0.25％；ti：≤0.05％，碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm的数值范围的标准要求为：0.65≤ceq≤0.95，0.29≤pcm≤0.43。
5.一种大型铸钢产品裂纹缺陷的控制方法，包括以下步骤：
6.调整所述铸钢产品的化学成分，具体调整为：按质量百分比计为，c：0.12～0.16％；si：0.20～0.40％；mn：0.50～0.69％；s：≤0.015％；p：≤0.025％；ni：0.10～0.40％；cr：1.20～1.35％；mo：0.92～1.10％；al：≤0.01％；cu：≤0.25％；v：0.16～0.23％；ti：≤0.05％；同时所述铸钢产品的碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm满足：0.72≤ceq≤0.76，pcm＜0.35。
7.其中，所述碳当量ceq＝[c mn/6 (cr mo v)/5 (ni cu)/15]％，其中c、mn、cr、mo、v、ni、cu分别为各元素在100份总质量铸钢产品材料中的所含质量份数。
[0008]
所述冷裂敏感指数pcm＝[c si/30 (mn cr cu)/20 ni/60 mo/15 v/10]％，其中c、si、mn、cr、cu、ni、mo、v分别为各元素在100份总质量铸钢产品材料中的所含质量份数。
[0009]
通过上述优化控制后，在一定的热处理制度下，得出铸钢产品材料的力学性能满足：抗拉强度rm≥560mpa；屈服强度rp0.2≥420mpa；延伸率a≥15％；断面收缩率z≥50；硬度hb为170～230。
[0010]
采用本发明提供的控制方法，主要通过对铸钢产品材料的化学成分进行优化控制，并在化学成分设计时引入碳当量cep和冷裂纹敏感指数pcm，综合控制crmov材料的强度，同时使得铸钢产品的裂纹缺陷量降低了30％～50％，这样避免了由于产生裂纹而需要进行修复或返修的工序，显著的节约了生产成本、缩短生产周期。
附图说明
[0011]
图1为实施例中铸件1至铸件8的实际生产化学成分与裂纹焊补率；
[0012]
图2为实施例中铸件1至铸件8的实际生产力学性能。
具体实施方式
[0013]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0014]
本实施涉及一种材料为crmov的大型蒸汽轮机铸钢产品裂纹缺陷的控制方法，化学成分标准要求为：按质量百分比计为，c：0.10～0.20％；si：0.20～0.60％；mn：0.50～0.9％；s：≤0.015％；p：≤0.025％；ni：≤0.50％；cr：1.20～1.50％；mo：0.90～1.20％；al：≤0.01％；cu：≤0.35％；v：0.15～0.25％；ti：≤0.05％，碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm的数值范围的标准要求为：0.65≤ceq≤0.95，0.29≤pcm≤0.43。
[0015]
上述铸钢产品裂纹缺陷的控制方法，包括以下步骤：
[0016]
调整所述铸钢产品的化学成分，具体调整为：按质量百分比计为，c：0.12～0.16％；si：0.20～0.40％；mn：0.50～0.69％；s：≤0.015％；p：≤0.025％；ni：0.10～0.40％；cr：1.20～1.35％；mo：0.92～1.10％；al：≤0.01％；cu：≤0.25％；v：0.16～0.23％；ti：≤0.05％；同时所述铸钢产品的碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm满足：0.72≤ceq≤0.76，pcm≤0.35。
[0017]
其中，所述碳当量ceq＝[c mn/6 (cr mo v)/5 (ni cu)/15]％，其中c、mn、cr、mo、v、ni、cu分别为各元素在100份总质量铸钢产品材料中的所含质量份数。
[0018]
所述冷裂敏感指数pcm＝[c si/30 (mn cr cu)/20 ni/60 mo/15 v/10]％，其中c、si、mn、cr、cu、ni、mo、v分别为各元素在100份总质量铸钢产品材料中的所含质量份数。
[0019]
需要说明的是，铸钢产品的化学成分设计时遵循以下特点：首先分析各化学元素对铸钢产品力学性能的影响，其中碳元素(c)能提高铸钢产品的强度和硬度，降低塑性和韧性，且随着碳含量的增加，铸钢产品的焊接性能降低，冷脆性增大；硅元素(si)能溶于铁元素和奥氏体中提高钢的硬度和强度，但含量过高则会降低钢的塑性和韧性；锰元素(mn)是碳化物形成的元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用；镍元素(ni)在钢中强化铁素体并细化珠光体，提高强度；铬元素(cr)能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的强度和耐磨性；钼元素(mo)在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性；钒元素(v)在钢中主要以碳化物的形式存在，主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。
[0020]
焊接性能方面控制，随着碳含量和合金元素的增加，材料的裂纹敏感性增加，同时增加焊接接头的冷裂纹敏感性。在焊接的过程中，铸钢产品中的cr、mo、v、ti等元素会促使形成再生裂纹，其中，v元素会使裂纹敏感性显著增加。为尽量减小铸钢产品的裂纹及焊接过程产生再生裂纹。依据材料的化学成分，根据上述公式计算出材料的ceq(碳当量)的范围和pcm(冷裂敏感指数)的范围。
[0021]
通过上述优化控制后，在一定的热处理制度下，得出铸钢产品材料的力学性能满足：抗拉强度rm≥560mpa；屈服强度rp0.2≥420mpa；延伸率a≥15％；断面收缩率z≥50；硬度hb为170～230。综合铸钢产品材料的力学性能及裂纹缺陷状况，通过铸钢产品的碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm表征材料的力学性能和焊接性能，最终确定铸钢产品的碳当量ceq和冷裂敏感指数pcm满足0.72≤ceq≤0.76、pcm＜0.35的条件下，既可以保证铸钢产品的力学性能，也可以有效控制铸钢产品的裂纹缺陷。
[0022]
采用本实施例提供的控制方法，进行实验验证，通过铸钢产品的化学成分、碳当量、冷裂纹敏感性，得出铸钢产品的裂纹焊补率，详见附图1所示，得出的铸钢产品实际力学性能详见附图2所示；其中铸件1、铸件2、铸件3的化学成分不在控制范围内，因此裂纹焊补率均大于1.0；铸件8、铸件9的碳当量不满足0.72≤ceq≤0.76，因此力学性能超出铸钢产品材料的力学性能范围；其中铸件4至铸件7，裂纹缺陷得到了有效的控制，各项指标均满足要求，且在0.72≤ceq≤0.76，pcm＜0.35的条件下，该crmov材料的力学性能满足要求，且裂纹缺陷量可以控制在≤0.5，在ceq＜0.72，pcm＜0.35的条件下，力学性能不能满足要求，裂纹缺陷量可以控制在0.5以下。
[0023]
通过现场批量验证，采用本发明方法，使得铸钢产品的裂纹缺陷量降低了30％～50％，这样避免了由于产生裂纹而需要进行修复或返修的工序，显著的节约了生产成本、缩短生产周期。
[0024]
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。