超级双相不锈钢卧螺离心分离机转鼓离心浇铸方法

摘要

本发明公开了一种超级双相不锈钢卧螺离心分离机转鼓离心浇铸方法，方法步骤如下，a.根据转鼓强度要求对超级双相不锈钢材料的具体化学成分配比设计；b.选材；c.精炼；d.离心浇铸；e.热处理；f.检测；g.加工成品；h.检验。与现有技术相比较，本发明提升了材料的抗腐蚀及机械强度，大幅降低了材料成本，由于材料的高强度，使得产品壁厚可降低约1/3，节约了材料，同时由于转鼓零部件在高达3000r/min以上工况下使用，部件减重后使得设备能耗大幅度下降，设备运行更加节能。通过材料的进步，推动了卧螺离心分离机设备整机性能的大幅度提高，降低了设备的制造成本，实现了卧螺离心机零部件性价比的最大化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心浇铸方法，尤其涉及一种超级双相不锈钢卧螺离心分 离机转鼓离心浇铸方法。

背景技术

卧螺离心分离机制造行业一直希望能够不断提升关键零部件的抗强腐蚀、 机械强度及动平衡性能，得到高性能的材料。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题超级双相不锈钢卧螺离心分 离机转鼓离心浇铸方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超级双相不锈钢卧螺 离心分离机转鼓离心浇铸方法，方法步骤如下，

a.根据转鼓强度要求对超级双相不锈钢材料的具体化学成分配比设计

根据Cr当量Creq、Ni当量Nieq经验公式1-1、1-2，初步设计化学成分，

Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb+0.5W公式1-1

Nieq＝Ni％+0.3Mn％+0.3Cu％+16(C+N)公式1-2

通过公式1-3来计算点腐蚀当量值PREw，根据点腐蚀值来初步判断材料的 耐腐蚀性能，

PREN＝Cr％+3.3(Mo％+0.5W)+16N公式1-3

根据以上初步设计的化学成分再参考不锈钢合金系统中的WRC-1992相组分 图，对化学成分组分进行微调，使之最终完全满足其中α(铁素体)相比例要 求控制在50％～60％，其它为γ(奥氏体)相，且达到预期的同类超级双相不锈 钢S32750(SAF2507)同级别耐腐蚀要求；

b.选材

通过选用优质的碳素废钢和优质的铁合金进行合理配料，并将铁合金烘烤 到800℃以上，确保将结晶水烤干；

c.精炼

将步骤b中金属材料经电弧炉或中频感应炉冶炼成钢水，在初步达到步骤a 中的化学成分范围后且出钢温度到达1450℃～1700℃后出钢，将钢水兑入AOD 炉吹入氧气进行脱碳、脱硅，并加热到1500℃～1700℃温度范围，再加入石灰、 萤石并吹入氩气或氮气进行精炼，经过造渣、扒渣，脱除钢水中的S、Si、夹杂 物以及氮气、氧气、有害气体，在此过程中应再次对化学成分进行微调，在 1600℃～1700℃温度范围进行精炼还原，加入还原剂进行终脱氧将钢中铬、钼 等金属还原回来，最后调整化学成分到步骤a的材料要求，根据该钢种的液相 线计算及出钢后的过程温降，以及所浇铸的离心管坯重量、规格大小，计算出 精炼炉的最佳出钢温度，再将合格钢水温度调整到最佳温度后出钢；

d.离心浇铸

按卧螺离心分离机转鼓的机械尺寸要求，设计出离心浇铸机的型筒，将精 炼好的钢水经离心浇铸机浇铸成型；

e.热处理

经检验合格的离心浇铸毛坯管热处理工序进行热处理，提升材料耐腐及力 学性能；

f.检测；

g.加工成品；

h.检验。

作为优选，步骤a中，所述超级双相不锈钢材料的化学成分百分比为Cr 20.0-27.0％、Ni0.5-3.00％、Mn5.0-13.00％、Mo0.5-4.0％、N0.20-0.70％、C ≤0.03％、Si≤1.00％、Cu0.5-1.5％、P≤0.035％、S≤0.030％、W0.5-4.0％、余 量为Fe，通过提高廉价元素Mn、N含量，而大幅降低了Ni、W、Mo、Cu等贵重 金属含量，在达到超级双相不锈钢的优异性能基础上降低了材料成本。

作为优选，步骤b中，优质铁合金为铬铁、钼铁、金属镍板、金属铜和钨。

作为优选，步骤c中，进行精炼还原时，加入的还原剂为硅铁、硅钙或铝 块。

作为优选，步骤c中，为保证钢水性能，精炼炉的最佳出钢温度为1550℃～ 1800℃。

作为优选，步骤d中，离心浇铸机浇铸成型的工艺方法如下，将离心浇铸 机型筒烘烤，开启离心浇铸机使型筒达到400r/min～600r/min转速，再将型筒 内壁均匀喷入涂料，让其自然干燥，然后逐步提高离心机转速，然后将钢包钢 水注入已烘烤好的浇斗中，并通过浇斗流入型筒，进一步调整转速到700r/min～ 2000r/min，当钢水浇完后，再逐步降低转速，直到铸件完全冷却成型，而后将 铸件脱模。

作为优选，将离心浇铸机型筒烘烤的温度为200～300℃，此时烘烤温度最 佳。

作为优选，所述喷入的涂料厚度控制在1mm～3mm之间。

作为优选，步骤e中，在1030-1200℃的温度条件下进行固溶处理。

作为优选，固溶后进行快速冷却以减少γ、π、χ第二相的沉淀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在提升材料的抗腐蚀及机械 强度，相比常用不锈钢材料如：316L、2205，新型超级双相不锈钢大幅降低了 材料成本，由于材料的高强度，使得产品壁厚可降低约1/3，节约了材料，同时 由于转鼓零部件在高达3000r/min以上工况下使用，部件减重后使得设备能耗 大幅度下降，设备运行更加节能。通过材料的进步，推动了卧螺离心分离机设 备整机性能的大幅度提高，降低了设备的制造成本，实现了卧螺离心机零部件 性价比的最大化。

附图说明

图1为不锈钢合金系统中的WRC-1992相组分图。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

实施例：一种超级双相不锈钢卧螺离心分离机转鼓离心浇铸方法，方法步 骤如下，

a.根据转鼓强度要求对超级双相不锈钢材料的具体化学成分配比设计

为获得材料最佳组织性能，根据Cr当量(Creq)、Ni当量(Nieq)经验公 式1-1、1-2，初步设计化学成分，

Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb+0.5W公式1-1

Nieq＝Ni％+0.3Mn％+0.3Cu％+16(C+N)公式1-2

通过公式1-3来计算点腐蚀当量值PREw，根据点腐蚀值来初步判断材料的 耐腐蚀性能，

PREN＝Cr％+3.3(Mo％+0.5W)+16N公式1-3

根据以上初步设计的化学成分再参考不锈钢合金系统中的WRC-1992相组分 图如图1，对化学成分组分进行微调，使之最终完全满足满足其中α(铁素体) 相比例要求控制在50％～60％，其它为γ(奥氏体)相，且达到预期的同类超级 双相不锈钢S32750(SAF2507)同级别耐腐蚀要求；

本专利首次在中国国内公布了一种新型超级双相不锈钢材料的化学成分， 企业钢种代码为：WZ-SX06，其化学成分构成(％)如表1所示：

元素 Cr Ni Mn Mo N C 成分 20.0-27.0 0.5-2.0 5.0-13.0 0.5-2.0 0.20-0.70 ≤0.03 元素 Si Cu P S W Fe 成分 ≤1.00 0.5-1.5 ≤0.035 ≤0.030 0.5-2.0 余量

表1化学成分构成

该钢种相比于已公布的传统双相不锈钢及其它不锈钢牌号，由于节约了Ni、 Mo等贵金属，使得材料成本大幅下降，以与传统的不锈钢材料022cr17Ni14Mo2 (以下简称为316L)对比为例，材料成本可节约20％～40％，其耐蚀性能尤其是 耐Cl+离子腐蚀性能比316L和中级双相不锈钢022cr25Ni5Mo3N(以下简称为 2205)优异得多，其耐腐蚀值PREN≥40等同于S32750(SAF2507)，在很多情况 下都优于中级双相不锈钢2205及奥氏体不锈钢316L；其力学性能指标等也远大 于以上两个钢种，因此在制造设备过程中可以减少壁厚，减轻了设备重量，也 大大节约了材料成本。总之，该钢种是一种综合性价比很高的新型超级双相不 锈钢材料。

b.选材

再通过选用优质碳素废钢，以及优质铁合金如：铬铁、钼铁、金属镍板、 金属铜和钨等，合理配料。为防止合金中的结晶水进入钢水中污染钢水，必须 将铁合金烘烤到800℃以上，并确保将结晶水烤干；

c.精炼

将步骤b中金属材料经电弧炉或中频感应炉冶炼成钢水并初步达到化学成 分范围并调整好钢水出钢温度后出钢，最佳出钢温度在1450℃～1700℃，将钢 水兑入AOD炉(氩氧精炼炉)吹入氧气进行脱碳、脱硅等，并通过化学热加热 钢水到1500℃～1700℃温度范围，加入石灰、萤石并吹入氩气或氮气等进行精 炼，经过多次造渣、扒渣，脱除钢中S、Si等夹杂物以及氮气、氧气等有害气 体，在此过程中应再次对化学成分进行微调，确保还原后的化学成分达到设计 要求，在1600℃～1700℃温度范围进行精炼还原，加入硅铁或硅钙，也可加入 铝块或其它还原剂进行终脱氧将钢中铬、钼等金属还原回来，最后调整化学成 分到材料要求，根据该钢种的液相线计算及出钢后的过程温降，以及所浇铸的 离心管坯重量、规格大小，计算出精炼炉的最佳出钢温度，将合格钢水温度调 整到最佳温度(1550℃～1800℃)后出钢进行离心浇铸；

d.离心浇铸

按卧螺离心分离机转鼓的机械尺寸要求，设计出离心浇铸机的型筒，将精 炼好的钢水经离心浇铸机浇铸成型；离心浇铸机浇铸成型的工艺方法如下：将 离心浇铸机型筒烘烤到200～300℃，开启离心浇铸机使型筒达到400r/min～ 600r/min转速，再将型筒内壁均匀喷入涂料，合理控制涂料厚度在1mm～3mm之 间，让其自然干燥一定时间，提高离心机转速到一定值，然后将钢包钢水注入 已烘烤好的浇斗中，并通过浇斗流入型筒，根据产品需要，进一步调整转速到 700r/min～2000r/min，当钢水浇完后，根据铸件冷却情况再逐步降低转速，直 到铸件完全冷却成型，而后将铸件脱模；

e.热处理

经检验合格的离心浇铸毛坯管热处理工序进行热处理，提升材料耐腐及力 学性能；该材料在1030-1200℃的温度条件下进行固溶处理，以得到过饱和固溶 体的热处理，固溶后建议进行快速冷却以减少γ、π、χ等第二相的沉淀，第 二相沉淀可能会对材料的性能产生负面影响。

f.检测

对离心浇铸毛坯管进行机械性能及腐蚀性能检测；

g.加工成品

经热处理且检测合格的离心浇铸毛坯管再经机械加工达到分离机械用不锈 钢筒体所需尺寸；

h.检验

加工好的不锈钢筒体经无损检测等检验程序合格后方可标记包装出厂。

本发明离心浇铸成不锈钢筒体坯件如：圆柱筒体、圆锥筒体等形状，经机 加工和热处理后制作成卧螺离心机零部件，如：锥段转鼓、直段转鼓、螺旋中 轴等。

本发明的新型超级双相不锈钢材料经离心浇铸工艺生产出的卧螺离心分离 机转鼓，其力学性能与其它材料对比如表2所示：

表2部分离心浇铸不锈钢材料的力学性能

本发明的新型超级双相不锈钢材料耐腐蚀性能与其它材料对比如下：

1.应力腐蚀裂变(SCC)如表3所示，

表3应力腐蚀裂变(SCC)比较

2.抗点蚀和裂隙腐蚀性能

WZ-SX06按照ASTMG48A要求，在恒温水浴(22±2℃)中浸泡72h，重量 损失在0.2～0.3mg；腐蚀率为0mpy。

3.对于抗局部腐蚀性能，比如点蚀和裂隙腐蚀，通过添加了元素铬、钼和 氮使其得到了提高。这些方式的腐蚀通常发生在含氯化物的环境中。在模拟白 液中对新型超级双相不锈钢进行了试验。结果见表4～表8所示。

表4试验溶液

牌号 重量损失，mg 腐蚀率，mpy WZ-SX06 0.2，0.3 0.000，0.000 RA2205 0.3，0.7 0.000，0.000 304L 1.3，1.0 0.000，0.000 316L 4.5，3.4 0.002，0.002 2304 0.6，0.3 0.000，0.000

表5(90℃)条件下液相试验，21天

表61.5％FeCl3·6H2O+3％NaCl+20ml/LHACPh＝2，24h

溶液 浓度 WZ-SX04 316L RA2205 HCL 1％ 55 30 85 H2SO4 10％ 75 50 60 H2SO4 96.4％ 30 45 25

表7硫酸和盐酸中0.127mm(毫米/年)腐蚀的临界温度，℃

溶液 浓度 WZ-SX06 316L RA2205 H3PO4 83％ 35 65 50 HF 2％ WPA1 75％ 30 ＜10 45 WPA2 75％ ＜15 ＜10 60

表8磷酸0.127mm(毫米/年)腐蚀的临界温度，℃

以上对本发明所提供的超级双相不锈钢卧螺离心分离机转鼓离心浇铸方法 进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐 述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时， 对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围 上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利 要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限 制。