超临界汽轮机主汽阀、调节阀铸造技术研究

                              随着汽轮机技术的发展，大功率火电、核电机组逐渐成为主流，而大功率火电机组又在向超临界、超超临界发展。超临界、超超临界汽轮机的工作温度较常规火电高，这就给汽轮机铸件提出了更高的要求，要实现超临界、超超临界汽轮机的国产化，就必须攻克超临界、超超临界汽轮机所需铸件的制造技术。ZG1Cr10MoNiVNbN材质的高压主汽阀、调节阀壳铸件铸造，在东汽尚属首次，掌握该材质铸件的制造技术就显得尤为迫切。
                                  1 国内外情况比较
                                 
                              由于12%Cr铸钢材料含有很高的铬，且合金元素种类较多，总含量大于10%，为高合金铸钢，因此决定了①钢液的流动性差，容易产生冷隔；②高温易氧化，使铸件表面易产生氧化膜褶皱，氧化膜卷入内部就形成了氧化夹杂物，冶炼难度非常大；③导热性差，热裂倾向和粘砂倾向大；④体收缩量大，收缩应力大，导致工艺设计的难度加大；⑤同时该材料的马氏体转变终了温度低，淬火开裂倾向大，容易产生冷裂，因此热处理的难度也很大。
                                 
                              据了解，目前在国外，美国、日本、德国、英国、斯洛文尼亚、韩国等可以生产这类铸件，但生产难度都比较大；国内某些厂家也生产过该钢种铸件但没有检索到相关资料。
                                  2 技术难点分析
                                  2.1 主汽阀壳、调节阀壳结构方面
                                 
                              该主汽阀壳、调节阀壳均为高压部件。主汽阀壳与亚临界600MW主汽阀壳相比，主壁厚由180mm增加到210mm，这样相对增大了铸造难度。调节阀壳4支管口R处，是孤立局部热节，易于在此位置产生缩松和裂纹。ZG1Cr10MoNiVNbN（KT5316AS3）材料的铸造性能有待研究，保证组织致密难度很大，缩尺不易控制。
                                  2.2 铸造工艺设计方面
                                 
                              热节厚大、孤立、分散，不利于实现顺序凝固；由于钢水的流动性较差，给冒口、补贴、浇道以及缩尺的设计带来一定难度。
                                  2.3 造型方面
                                 
                              主汽阀、调节阀主壁厚>200mm，而内腔尺寸又小，因此，铸造工艺设计时，尽管考虑砂芯采用现有的抗粘砂材料铬矿砂但仍然存在砂芯被烧结清不出来的可能。
                                  2.4 熔炼浇注方面
                                 
                              ZG1Cr10MoNiVNbN（KT5316AS3）材料首次冶炼，化学成分控制要求高，除了P≤0.025%、S≤0.025%外，N、Nb也是主控元素，Cr的加入量达9.5%～11.5%，因此冶炼过程很长导致化学成分控制难度增加。
                                  2.5 清理方面
                                 
                              冒口厚大，需整体预热切割冒口，需投入的人力和物力资源较大。由于ZG1Cr10MoNiVNbN（KT5316AS3）材料铸钢件，易产生裂纹，冒口不易切割，温度控制非常重要。ZG1Cr10MoNiVNbN（KT5316AS3）材料主汽阀、调节阀性能热处理，有待进一步研究。此外主汽阀、调节阀缺陷的补焊也是一个难点。
                                  3 主要研究内容
                                  3.1 铸造工艺设计
                                 
                              结构及难点分析（以主汽阀为例）。超临界高压主汽阀壳是东汽生产的超临界600MW汽轮机铸钢件，其结构较复杂，壁厚相对较大（主要壁厚约为200~300mm），阀座及与端盖相接部位壁厚在300mm以上。从结构上看，由于热节较大且分散，使得铸件的补缩困难，容易出现粘砂缺陷；从以往生产的类似阀壳的经验可知，该类阀壳特别容易产生粘砂、夹杂、缩松等缺陷，质量不容易保证。
                                 
                              对于ZG1Cr10MoNiVNbN材料来说，浇注过程中极其容易氧化，容易形成夹渣、气孔等铸造