一.前言

　　近年來，長城須崎鑄造股份有限公司(簡稱CSMF)在開發(fā)國際市場過程中已成功的為通用公司(GE)，日立公司(HITACHI)生產燃氣輪機鑄件。國內的燃氣輪機生產廠家的部件多從從國外進口。經(jīng)過近幾年的研究開發(fā)，CSMF生產的燃氣輪機殼體鑄件從材料到鑄造工藝都取得了非常大的進步，尤其是在鑄件材料在生產工藝方法上取得了重大突破，也為今后更進一步的開發(fā)市場奠定了基礎。大中型燃氣輪機鑄件，規(guī)范要求為ASTM-A395(GE/ ASTM標準)，即高溫承壓鐵素體球墨鑄鐵，。此類鑄件因斷面尺寸大，冷卻緩慢，往往導致石墨形狀變壞，尺寸變大，數(shù)量減少，各種元素偏析嚴重。部分鑄件需要進行加鉬(Mo)的合金化處理，因為鉬的熔點高，可進一步改善材料在高溫條件下的機械性能。加鉬的工藝方法在國外通常是采用爐內熔煉法，采用其它方法很難保證鐵水中鉬的均勻性，而且生產成本高。國外一些公司也曾嘗試過用其它加入方法，但都沒有成功。為了降低生產成本和簡化生產工藝，克服條件所限，經(jīng)過試驗，尋求了一種含鉬鐵素體球墨鑄鐵的生產工藝方法，這種工藝主要解決的技術問題特點是：一方面是簡化合金化處理工藝，既能保證合金材料均勻的溶于鐵水又能降低材料成本。以及如何保證在鑄態(tài)下獲得鐵素體基體的球墨鑄鐵，其次如何在進行合金化處理后滿足性能要求。

　　二.鑄件要求及生產難點：

　　1.鑄件的質量要求

　　燃氣輪殼體鑄件要求有非常大的承載能力和高的安全可靠性，鑄件內外均為曲面，且壁厚差異很大(單件壁厚可從38mm到500mm不等)，工作環(huán)境惡劣，工作時承載高壓、高溫、高速的燃氣流，對鑄件產生熱疲勞沖擊，并伴有化學腐蝕。結合的法蘭及殼體內部均要進行精密加工，并且布滿裝配定子葉片的“T”形槽、孔，加工面不允許有任何缺陷，鑄件任何部位不允許焊補修理。同時為了提高鑄件的高溫強度，部分鑄件規(guī)范要求在達到相同性能的前提下，需進行加Mo合金化處理，這給材料的生產技術又帶來了一定的難度。

　　訂貨的燃機鑄件中，有的需要在內部或結構之間鑲鑄鋼件，并且熔合要絕對可靠但又不可過熔。

　　2.驗收規(guī)范

　　a.規(guī)范要求為ASTM—A395鐵素體球墨鑄鐵，必須帶有連體試塊供顧客驗證。即：σb>418N/mm2、σ0.2>275N/mm2、δ>18%(δMo15%)、HB140~180、基體鐵素體>90%。

　　b.鑄件要進行100%尺寸檢驗。

　　c.外觀檢查，磁粉(MT)、超聲波(UT)及射線透照(RT)等無損探傷檢驗。每件RT供貨規(guī)范為ASTM-F186。

　　3.生產中的難點

　　此類鑄件因斷面厚大冷卻緩慢，金屬液體凝固時間長，鑄件內部很容易產生縮松。

　　生產鐵素體球墨鑄鐵時，為了獲得較高的抗拉強度、屈服強度和延伸率，以往均要進行鐵素體化熱處理，熱處理溫度是根據(jù)鑄態(tài)組織中是否存在游離滲碳體或珠光體，而采用900-950℃的高溫熱處理。但生產成本高，工藝復雜，生產周期長，給生產組織以及交貨期帶來非常大的困難，這就要求必須在鑄態(tài)下獲得鐵素體基體。因此生產這種材料的難點主要有以下幾方面：

　　a.鑄件要進行指定區(qū)域的射線探傷，如何解決鑄件的內部縮松;

　　b.如何保證在鑄態(tài)下獲得鐵素體基體90%以上;

　　c.如何使材料有足夠的抗拉強度和屈服強度;

　　d.如何獲得足夠的延伸率(>18%)，在合金化處理后,獲得規(guī)定的延伸率;

　　c.采用最優(yōu)的合金化處理工藝;

　　三.厚大斷面鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件的質量控制技術

　　1.化學成份的控制

　　1)C、Si、CE的選擇

　　由于球狀石墨對基體的削弱作用很小，故球墨鑄鐵中石墨數(shù)量的多少，對力學性能的影響不顯著，當含碳量在3.2%~3.8%范圍內變化時，對力學性能無明顯的影響。所以過程中確定碳硅含量時，主要考慮保證鑄造性能，將碳當量選擇在共晶成分左右。具有共晶成分的鐵液的流動性能最好，形成集中縮孔的傾向大，鑄件組織的致密度高。但碳當量過高時，容易產生石墨漂浮的同時，一定程度上對球化有影響，主要表現(xiàn)在要求的殘余Mg量高。使鑄鐵中夾雜物的數(shù)量增多，降低鑄鐵性能。

　　硅球墨鑄鐵中使鐵素體增加的作用比灰鑄鐵大，所以硅含量的高低，直接影響球墨鑄鐵基體中的鐵素體量。硅在球墨鑄鐵中對性能的影響很大，主要表現(xiàn)在硅對基體的固溶強化作用的同時，硅能細化石墨，提高石墨球的圓整度。所以球鐵中的硅含量的提高，很大程度上提高強度指標，降低韌性。球墨鑄鐵經(jīng)過球化處理過的鐵液有較大的結晶過冷和形成白口傾向，硅能夠減少這種傾向。但是硅量控制過高，大斷面球鐵中促使碎塊狀石墨的生成，降低鑄件的力學性能。資料顯示，球墨鑄鐵中硅以孕育的方式加入，一定程度上提高性能。

　　根據(jù)上述分析，從改善鑄造性能的角度出發(fā)，鐵水的碳當量選在共晶點附近最好，此時鐵水的流動性最好，集中縮孔傾向較大，易于補縮等。但碳當量過高會引起石墨漂浮，石墨漂浮層的厚度會隨著碳當量的增加而加厚。應當指出，碳當量太高是產生石墨漂浮的主要原因，但不是唯一的原因，鑄件大小、壁厚、澆注溫度也是一些重要因素。