超级双相不锈钢SAF2507阀门铸件的生产研制

顾丽丽，刘佳任，雷志刚，候先龙，彭 杰，朱慧玲，冷文昌，张佳秋，吴殿杰

（1.中核苏阀横店机械有限公司，浙江东阳 322118；2.机械工业第九设计研究院有限公司，吉林长春 130011）

超级双相不锈钢SAF2507阀门铸件的生产研制

顾丽丽1，刘佳任1，雷志刚1，候先龙1，彭 杰1，朱慧玲1，冷文昌1，张佳秋1，吴殿杰2

（1.中核苏阀横店机械有限公司，浙江东阳 322118；2.机械工业第九设计研究院有限公司，吉林长春 130011）

阐述了第三代超级双相不锈钢SAF2507阀体的生产研制过程。SAF2507是超级双相不锈钢中含铬、钼、镍和氮的量都高于第二代双相不锈钢。在生产过程中及易出现气孔、氧化夹渣、裂纹等缺陷，造成废品率较高，焊补量较大。通过采用AOD精炼炉对钢液进行精炼，控制C、P、S的含量在下线，有效地控制N的含量，目前已攻克了难关且能够批量生产SAF2507阀门铸件及同类产品。

超级双相不锈钢；生产研制；铸造缺陷

0 概述

SAF2507是第三代超级双相不锈钢，美国标准（国标ZG 00Cr25Ni7Mo4N），其显微组织有比较理想的铁素体/奥氏体之比约为50/50的双相结构，兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与奥氏体不锈钢相比其塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，其强度及抗腐蚀能力极强，耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优良。也是一种节镍型不锈钢。由于钢中铁素体的含量高使钢的脆性加大、流动性较差、晶粒粗大、造成热裂的倾向较大，又由于氮的含量提高给铸件造成气孔的几率较大。因此该钢种给铸造工艺的设计和钢液的熔炼带来了很大困难。目前国内一些阀门铸造厂家对于超级双相不锈钢SAF2507大口径的高压力的阀体的生产一直存在着一定问题，在生产过程中出现气孔，氧化夹渣、裂纹比较严重，造成废品率较高，焊补量较大。因此造成了脱延工期不能按期交货现象。

1 SAF2507超级双相不锈钢的特性

(1)超级双相不锈钢SAF2507在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60 ℃以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。

(2)超级双相不锈钢SAF2507，具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等过流设备。

(3)综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是304型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%以上。

(4)可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与304奥氏体不锈钢或碳钢等异种钢材焊接。

(5)与奥氏体不锈钢相比，导热系数大、线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。

2 SAF2507超级双相不锈钢主要用途

由于SAF2507含有较高的铬、钼及高氮含量使其对有机酸如甲酸、乙酸等具有较强的抗整体腐蚀的能力。而对无机酸，尤其是那些包含氯化物的无机酸也具有较强的抗腐蚀能力。在工程实际的应用中，SAF2507具有更强的抗腐蚀能力，优于904L，具有很高的抗点腐蚀、间隙腐蚀及均匀腐蚀的能力。主要应用于石油化工、天然气工业设备、热交换器、水下设备、消防设备等，特别适用于海上石油天然气的开采设备。

3 生产研制过程

SAF2507已在越来越多的工业领域里得到广泛应用，该钢中铁素体的含量高使钢的脆性加大、流动性较差、晶粒粗大，造成热裂的倾向较大，又由于氮的含量提高给铸件造成气孔的几率较大，在铸造钢液熔炼过程中氮的加入是靠CrN或MnN中间合金加入使之N固溶在钢的基体中，也就是说钢中的Cr和Mn含量越高其N的加入量就越高，如果一但N的加入量超出了Cr和Mn的固溶N量，N就会变成弥散的气体在钢液中，铸件凝固后形成大量的气孔。因此该钢种给铸造工艺的设计和钢液的熔炼带来了很大困难。为此我们对超级双相不锈钢SAF2507大口径的高压阀体的生产进行了专门的研究，通过对铸造工艺、熔炼工艺（同时采用了AOD精炼方法）、化学成份焊补工艺及热处理工艺的研究，解决了上述的铸造难点，已可以成功地批量生产超级双相不锈钢SAF2507及普通双相不锈钢阀门铸件和其它类铸件产品。

3.1 阀门的技术参数

产品名称：闸阀门（由阀体、阀掰、摇杆组成）

压力：1500×6894.76 Pa

材料：SAF2507

3.2 铸造工艺的控制

（1）对阀体的技术分析：根据用户图纸的要求，对铸造阀体及所有承压件都要全部进行RT探伤，表面全部做着色检验，一律按2级标准执行。承压能力要求1500×6894.76 Pa～2500×6894.76 Pa。

（2）设计原则：为了解决含氮量高易产生气孔、缩松、缩孔缺陷，以及应对铸造性能差和体收缩量大、收缩应力大的特点，铸造工艺设计时要考虑到冒口的合理布置，浇口的流量要加大，采用了多设内浇口，提高浇注速度，尽量减少钢液接触大气的时间。以阀体为例，铸造工艺图见图1。工艺图设计了3个内浇口。

（3）缓流器的应用：浇注系统采用了底注式浇注方法，在浇注时钢液的液面可平稳上升，达到顺序凝固。另外在直浇口下面放一缓流器，缓流器浇口底部放一过滤片。

图1 阀体的铸造工艺示意图

本缓流器可起到2种作用，第一是钢液缓冲起到排气作用，可减少浇注时卷进气体使铸件产生气孔；第二是在缓流器底部安装一过滤片，可使钢液有效地得到过滤，起到进一部净化钢液做用。本缓冲器常用于核电阀、加氢阀、油田、化工等阀门和泵件的铸件生产过程中，起到了良好的效果。缓流器的设计见图2。

图2 缓流器的设计图

（4）铸造工艺的验证：铸造工艺最后通过数值模拟计算验证，确认铸造工艺无问题才能通过，进行投产。本阀体铸造工艺已通过了数值模拟计算验证。3.3 化学成份的控制

铸件技术要求化学成份和实测化学成分见表1、表2。

表1 技术要求化学成份 %

表2 实测化学成份 %

3.4 钢液熔炼浇注

该钢种钢液的流动性差，容易产生冷隔，高温易氧化， 易形成氧化夹杂物，因此我们把钢液的熔炼做为整个工艺的重中之重，熔炼分如下几步进行。

(1)熔炼钢液前要将合金料干燥。所有的合金炉料和集渣剂都置炉中200～300 ℃，保温2～3 h。

(2)采用3吨中频炉熔炼钢液，主料采用工业纯铁，辅料采用V3 Cr铁、Ni板、Mo铁、电解Mn和工业Si，首先加入纯铁，送电、熔化中期加Ni、Cr、Mo等合金元素。要点控制C、Cr、Mo、Ni的含量，按上生产控制化学成份表中成分光谱检测。

(3)采用AOD炉精炼炼钢液，该炉的作用是脱C、P、S，消除非金属夹渣物，增加N的含量，稳定控制出炉温度。这里的要点是保证N的含量，控制C、P、S的含量在下线，调整Cr含量到下线。

(4)出炉浇注; 光谱检验化学成份合格后浇注，由于该材料易氧化吸气，在浇注时特别注意开始时要大流量加快浇注速度，浇包上部和浇口部位要用氩气保护，当浇到冒口根部时要减流到一半，边浇边减流，加保温剂。

3.5 切割冒口和补焊的温度控制

要求切割和焊补温度不能超过250 ℃，冷却方法可以是水冷或风冷。

铸件经过RT、PT检验合格，化学成份合格，机械性能合格。金相检测铁素体和奥氏体各占50%。3.6 机械性能

技术要求机械性能和实测机械性能（机械性能按ASTM SAF2507 标准检测）见表3、表4。

表3 技术要求机械性能

表4 热处理后实测机械性能

4 双相钢的组织转变

(1)超级双相不锈钢SAF2507在加热时随着温度的升高，会发生奥氏体γ相向铁素体α相转变，既奥氏体γ相在减少，铁素体α相在不断的增加。当温度继续升高时，组织中转变成铁素体的α相远远大于奥氏体γ相。

(2)热处理过程中，超级双相不锈钢SAF2507基体中贫Cr、Ni、Mn的区域容易析出二次奥氏体。

(3)碳化物析出，热处理后的双相不锈钢SAF2507如还在较低的温度下加热（340～950 ℃）或保温，会析出碳化物和金属间相，主要有碳化铬，主要分部在奥氏体和铁素体的晶体上，析出的金属间相主要有α相、σ相和γ相，这些相很硬也很脆，可导致铁素体基体出现强化效应，容易出现裂纹。

(4)由于铸件在切割冒口和补焊过程中再加热时，先由α相形成细小的二次奥氏体γ相，然后析出σ相。结果表明，脆性开裂都发生于σ相以及基体与σ相的界面处。

通过分析裂纹产生的机理，在生产过程中我们采用了避开碳化物析出和析出σ相的温度区间。另外，无论是切冒口还是焊补温度都不能超过250℃。

5 结论

(1)超级双相不锈钢SAF2507阀门铸件中含有26%的铬和0.24%以上的N,比普通双相钢都要高，在基体中铁素体的含量要求达到50%以上，这给铸造生产增加了许多难度，如果N的含量控制不好铸件容易产生气孔，因此我们采用AOD精炼炉对钢液进行精炼，控制C、P、S的含量在下线，有效地控制N的含量。

(2)工艺冒口采用多个小冒口方法，这样容易切割冒口。浇注系统采用了底注式浇注方法，浇口采用多道内浇口，使浇注时钢液的液面平稳地上升，从而达到温度场平衡和顺序凝固的趋势。

(3)控制切割冒口和铸件焊补温度，采用风冷和水冷方法使切割冒口和焊补时铸件温度不能超过250 ℃。

(4) 缓冲器的使用起到了排气的作用，可减少浇注时卷进的气体，也可使钢液有效的得到过滤，起到进一部净化钢液作用。

根据以上工艺要点批量生产双相不锈钢SAF2507阀门铸件，一次拍片合格率可达85%以上。

[1] 张佳秋，徐颜林.等 .一种抗硫化氢介质特种钢小口径阀门铸造方法:中国，20131025333.4[P].2013.11.27.

[2] 张佳秋,徐颜林.等.带排气通道的阀体浇注装置:中国，201320330426.4[P].2013.11.27.

[3] 张佳秋.一种钢制高压阀体的熔炼方法：中国，201310523185. X[P].2014.03.12.

[4] 张佳秋.高耐蚀镍基合金大型阀体浇注装置:中国,201320330482.8[P].2013.11.13.

[5] 沈高峰, 吴新村.超级双相不锈钢SAF2507裂纹缺陷[J]. 特种铸造及有色合金,2012(11).

[6] 王景德. 用树脂砂生产出口阀门铸钢件[J]. 中国铸造装备与技术,2003(5).

山西省第28次铸造会议通知

由山西省机械工程学会铸造专业委员会、山西省铸造行业协会主办，省内外相关铸造企业协办的山西省第28次铸造会议拟定于2016年10月13-16日在山西省平遥举行。

会议主题：新经济 新思路 新技术 新铸造。

会议交流内容以适应新经济为目标，结合东西部产业转移、混合所有制改革、军民融合等政策的铸造产业转型发展、结构调整的思路与经验；数字化、自动化、智能化、绿色化铸造企业的发展和相关的技术装备；互联网+、3D打印、节能环保等先进技术及其对铸造行业的影响与应用；传统铸造新技术、新工艺、新材料、新产品,包括铸铁、铸钢、有色合金、粘土砂铸造、树脂砂铸造、消失模铸造、压力铸造、耐磨件、艺术铸造等；铸造产业集群建设、工业园区建设,企业管理和人才培养；服务 “一带一路”国家宏观战略，发展外向型经济的规划与经验。

会议期间将邀请中国机械工程学会铸造分会、中国铸造协会、山西省经济和信息化委员会、山西省机械行业办、山西省民政厅、平遥县人民政府等单位的领导参加开幕式或致辞；将进行山西省机械工程学会铸造专业委员会、山西省铸造行业协会的理事会议，进行工作总结与下一步工作部署，地方铸造协会工作经验专题研讨；会议将邀请国内知名铸造专家做主题报告，并举办铸造技术专题研讨会；会议期间将参观当地的优秀铸造企业，并进行现场技术交流；会议期间将进行铸造设备、检测仪器、铸造材料展览。

（山西省机械工程学会铸造专业委员会 供稿）

中国铸造协会铸钢工作委员会2016年（青岛站）年会通 知

中国铸造协会铸钢工作委员会定于2016年10月10日-13日在青岛召开“中国铸造协会铸钢工作委员会2016年年会”。会议将以创新、发展为主题，围绕提升我国铸钢件的产品质量和管理水平，进行广泛深入的技术交流，为业界同仁交流合作及成果与产品展示提供平台。

会议主题报告：铸钢新技术新材料应用专题研讨。邀请中国铸造协会秘书长温平，国内知名高校、科研院所、铸钢企业等，著名专家学者作铸钢新技术、新工艺、新材料、新设备、节能减排、绿色铸造、数字化铸造、企业管理等方面的专题报告。

专家答疑大会将安排国内著名专家作现场答疑；中国铸造协会铸钢工作委员会理事会会议；企业形象展示会议期间专设企业形象展示和资料台，会务组统一安排。

特别说明：与本次铸钢（青岛站）年会同期（10月12日）召开的还有“中国铸造协会绿色铸造工作委员会”举办的“2016第三届中德绿色铸造高峰论坛”。

（中国铸造协会铸钢工作委员会 供稿）

Super duplex stainless steel SAF2507 of valve castings production development

GU LiLi1，LIU JiaRen1,LEI ZhiGang1,HOU XianLong1,PENG Jie1, ZHU HuiLing1,LENG WenChang1,ZHANG JiaQiu1，WU DianJie2
（1.Heval hengdian machinery Co.,Ltd. CNNC, DongYang 322118, Zhe Jiang,China; 2.MMI planning & engineering institute IX Co.,Ltd.,Changchun 130011,JiLin ,China）

This paper mainly discusses the third generation of the super duplex stainless steel SAF2507 body production process SAF2507 is super duplex stainless steel in chromium, molybdenum, nickel, and nitrogen content were higher than that of the second generation of duplex stainless steel. Frequently occur in the process of production and air hole, the oxidation slag inclusion, cracks and other defects, causing high rejection rate, weld quantity is bigger. Now to conquer the diffi culties have been able to batch production SAF2507 valve castings and similar products.

super duplex stainless steel；Production development

TG245；

A；

1006-9658（2016）05-0053-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.015

2016-03-17

稿件编号:1603-1294

顾丽丽（1964—），女，工程师，主要从事铸造工艺和设备工程研发工作.