鑄造不銹鋼零件采用電弧爐或感應(yīng)爐冶煉,利用砂型、陶瓷型或熔模等各種鑄造方法直接鑄造出接近于成品形狀的鑄件。相同成分的材料直接鑄造成零件可改善某些性能,降低成本,簡化工藝,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
鑄造的零件一般比采用鍛軋工藝生產(chǎn)的零件具有更高的抗冷熱疲勞裂紋的性能。由于鑄造零件沒有明顯的組織方向性,不存在鍛軋態(tài)鋼的各向異性問題,因此在熱處理過程中,變形比較均勻,尺寸容易控制,加工余量較小。
許多在腐蝕介質(zhì)中工作的泵殼、閥、葉輪等形狀復(fù)雜的零件廣泛采用鑄造不銹鋼。耐腐蝕不銹鑄鋼的化學(xué)成分和普通不銹鋼化學(xué)成分稍異,鑄造不銹鋼的鉻含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(qiáng)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%。
鑄造不銹鋼也和一般不銹鋼一樣,分為鑄造馬氏體不銹鋼、鑄造鐵素體不銹鋼和鑄造奧氏體不銹鋼，浙江至德鋼業(yè)有限公司為您分別介紹。
一、鑄造馬氏體不銹鋼的特性
ZG15Cr12、ZG20Cr13、ZGCr12NiMo、ZGCr12Ni4(QT1)、ZGCr2Ni4 (QT2)和ZGCr16Ni5Mo等馬氏體不銹鑄鋼耐大氣腐蝕性較好,經(jīng)熱處理和拋光后最穩(wěn)定。
ZG20Cr13 鋼的耐蝕性和強(qiáng)度、硬度較 ZG15Cr12 鋼稍高。這兩種鑄鋼及其他鑄造馬氏體鋼,用于承受沖擊載荷和要求韌性,并在腐蝕性不強(qiáng)及常溫下的有機(jī)酸水溶液,或者要求防污染的介質(zhì)中工作的零件。例如在維尼綸工業(yè)中,可用于聚乙烯醇、醋酸乙烯、醋酸甲酯、醋酸鈉溶液等介質(zhì);在尿素工業(yè)中,可用于含硫化氫、尿素母液等介質(zhì),也可用于制造水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪(葉片)和水壓機(jī)閥等。
鑄造馬氏體不銹鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(1050℃水冷或油淬,750℃回火)后得到鐵素體和索氏體組織。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下鑄鋼有較好的耐蝕性和綜合力學(xué)性能。某些較大的復(fù)雜鑄件不宜調(diào)質(zhì)處理時(shí),也可進(jìn)行退火處理,退火后的組織為鐵素體和珠光體。2G20Cr13 鋼的熔點(diǎn)為1480~1510℃,鑄造時(shí)流動(dòng)性較差,應(yīng)提高澆注溫度和澆注速度。焊接性尚可,焊補(bǔ)時(shí)應(yīng)將鑄件預(yù)熱到200~300℃,焊后應(yīng)進(jìn)行退火熱處理。
二、鑄造鐵素體不銹鋼的特性
典型鑄造鐵素體不銹鋼 ZG10Cr17 具有良好的耐酸性,其他類鑄造鐵素體不銹鋼是在 ZG10Cr17 鋼的基礎(chǔ)上適當(dāng)加入鉬、硅、鈮等可提高鑄鋼的耐蝕性的元素,加入鈦可細(xì)化晶粒,加入稀土可改善鑄造性能。鐵素體鑄造不銹鑄鋼在氧化性酸類,特別是硝酸溶液中有良好的耐蝕性;隨著鋼中鋁、鋁、硅、鈮等含量的提高,耐蝕性增加。但是鑄造鐵素體不銹鋼的力學(xué)性能較差,特別是韌性低,只適用于載荷較低、無沖擊載荷的場合,影響了其應(yīng)用。雖然在一些硝酸生產(chǎn)廠家仍在應(yīng)用,但未納入新的國家標(biāo)準(zhǔn)。
鑄造鐵素體不銹鋼大多在消除應(yīng)力退火后使用,退火后的組織為鐵素體和碳化物,一般在 750~800℃退火,爐冷到550℃出爐空冷。當(dāng)加熱到850℃以上時(shí),鋼有晶粒強(qiáng)烈長大傾向。在450~510℃長期加熱會(huì)產(chǎn)生475℃脆性。為了細(xì)化晶粒,可在鋼中加入鈦、氮等元素。鋼的流動(dòng)性隨碳、鉻、錳、硅含量的增加而提高。焊接性尚可,焊補(bǔ)時(shí)鑄件應(yīng)預(yù)熱到300~400℃,焊后應(yīng)進(jìn)行退火熱處理。
三、鑄造奧氏體不銹鋼的特性
鑄造奧氏體不銹鋼,由于其耐蝕性優(yōu)于鑄造馬氏體不銹鋼和鑄造鐵素體不銹鋼,因而得到廣泛應(yīng)用。GB/T 2100-2002 國家標(biāo)準(zhǔn)中的20種耐蝕鑄鋼中就有 14種,其產(chǎn)量及用量約占不銹鋼鑄鋼的80%以上。經(jīng)典的第一代奧氏體不銹鑄鋼稱18-8 鋼,含鉻約 18%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右,含鎳 8%~10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),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188鋼的基礎(chǔ)上發(fā)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. 鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼的特性
鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼具有很高的耐蝕性,與其他類不銹鑄鋼相比,其耐蝕性是最好的一類。該類鋼具有優(yōu)良的韌性和塑性,易于加工成各種形狀的零件,在熱處理加熱時(shí)不發(fā)生 a→y 相變,并具有優(yōu)良的焊接性。這類鋼的主要缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。但由于它具有最好的耐蝕性,仍然是鑄造不銹鋼中使用最廣泛的一類鋼。國家標(biāo)準(zhǔn)中的14種奧氏體不銹鑄鋼全部是鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼。
2. 鉻錳氮奧氏體不銹鋼的特性
鉻錳氮奧氏體不銹鑄鋼是無鎳和低鎳奧氏體不銹鑄鋼,雖然在新的國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有,但傳統(tǒng)的奧氏體不銹鑄鋼有 ZG10Cr17Mn13N、ZG10Cr17Mn13Mo2N、ZG10Cr17Mn13Mo2CuN、 ZG10Cr17Mn13Mo2Cu2N 和 ZG10Cr17MnNi3Mo3Cu2N 等。
該類鋼以強(qiáng)烈形成奧氏體元素錳和氮取代高含量的鎳,并加入銀、銅等,以提高鋼的耐蝕性。其耐蝕性略低于鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼,但強(qiáng)度比鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼高。
鉻錳氮鑄造不銹鋼應(yīng)進(jìn)行1100℃水淬處理,使碳化物固溶以提高其耐蝕性。
金相組織為奧氏體和少量鐵素體(5%~20%)的復(fù)相組織。鋼的流動(dòng)性好,鑄造時(shí)氣孔敏感性較大,造型宜用干型,并用鉻礦砂、鋯砂等涂料。鋼的鑄造體收縮較大,如 ZG10Cr17Mn13Mo2Cu2N在1475℃澆注體積總收縮為5.7%。鑄造收縮率取2.2%~2.3%。這類鑄鋼的焊接性良好,可在室溫下焊接。