铸造不锈钢零件采用电弧炉或感应炉冶炼,利用砂型、陶瓷型或熔模等各种铸造方法直接铸造出接近于成品形状的铸件。相同成分的材料直接铸造成零件可改善某些性能,降低成本,简化工艺,提高企业的经济效益。
铸造的零件一般比采用锻轧工艺生产的零件具有更高的抗冷热疲劳裂纹的性能。由于铸造零件没有明显的组织方向性,不存在锻轧态钢的各向异性问题,因此在热处理过程中,变形比较均匀,尺寸容易控制,加工余量较小。
许多在腐蚀介质中工作的泵壳、阀、叶轮等形状复杂的零件广泛采用铸造不锈钢。耐腐蚀不锈铸钢的化学成分和普通不锈钢化学成分稍异,铸造不锈钢的铬含量(质量分数)在12%以上,在金属表面形成钝化膜,提高钢的耐蚀性。碳含量对钢的强度和耐蚀性影响很大,铸造不锈钢的碳含量一般低于0.20%,有的低至0.03%。
铸造不锈钢也和一般不锈钢一样,分为铸造马氏体不锈钢、铸造铁素体不锈钢和铸造奥氏体不锈钢，浙江至德钢业有限公司为您分别介绍。
一、铸造马氏体不锈钢的特性
ZG15Cr12、ZG20Cr13、ZGCr12NiMo、ZGCr12Ni4(QT1)、ZGCr2Ni4 (QT2)和ZGCr16Ni5Mo等马氏体不锈铸钢耐大气腐蚀性较好,经热处理和抛光后最稳定。
ZG20Cr13 钢的耐蚀性和强度、硬度较 ZG15Cr12 钢稍高。这两种铸钢及其他铸造马氏体钢,用于承受冲击载荷和要求韧性,并在腐蚀性不强及常温下的有机酸水溶液,或者要求防污染的介质中工作的零件。例如在维尼纶工业中,可用于聚乙烯醇、醋酸乙烯、醋酸甲酯、醋酸钠溶液等介质;在尿素工业中,可用于含硫化氢、尿素母液等介质,也可用于制造水轮机转轮(叶片)和水压机阀等。
铸造马氏体不锈钢经调质处理(1050℃水冷或油淬,750℃回火)后得到铁素体和索氏体组织。在调质状态下铸钢有较好的耐蚀性和综合力学性能。某些较大的复杂铸件不宜调质处理时,也可进行退火处理,退火后的组织为铁素体和珠光体。2G20Cr13 钢的熔点为1480~1510℃,铸造时流动性较差,应提高浇注温度和浇注速度。焊接性尚可,焊补时应将铸件预热到200~300℃,焊后应进行退火热处理。
二、铸造铁素体不锈钢的特性
典型铸造铁素体不锈钢 ZG10Cr17 具有良好的耐酸性,其他类铸造铁素体不锈钢是在 ZG10Cr17 钢的基础上适当加入钼、硅、铌等可提高铸钢的耐蚀性的元素,加入钛可细化晶粒,加入稀土可改善铸造性能。铁素体铸造不锈铸钢在氧化性酸类,特别是硝酸溶液中有良好的耐蚀性;随着钢中铝、铝、硅、铌等含量的提高,耐蚀性增加。但是铸造铁素体不锈钢的力学性能较差,特别是韧性低,只适用于载荷较低、无冲击载荷的场合,影响了其应用。虽然在一些硝酸生产厂家仍在应用,但未纳入新的国家标准。
铸造铁素体不锈钢大多在消除应力退火后使用,退火后的组织为铁素体和碳化物,一般在 750~800℃退火,炉冷到550℃出炉空冷。当加热到850℃以上时,钢有晶粒强烈长大倾向。在450~510℃长期加热会产生475℃脆性。为了细化晶粒,可在钢中加入钛、氮等元素。钢的流动性随碳、铬、锰、硅含量的增加而提高。焊接性尚可,焊补时铸件应预热到300~400℃,焊后应进行退火热处理。
三、铸造奥氏体不锈钢的特性
铸造奥氏体不锈钢,由于其耐蚀性优于铸造马氏体不锈钢和铸造铁素体不锈钢,因而得到广泛应用。GB/T 2100-2002 国家标准中的20种耐蚀铸钢中就有 14种,其产量及用量约占不锈钢铸钢的80%以上。经典的第一代奥氏体不锈铸钢称18-8 钢,含铬约 18%(质量分数)左右,含镍 8%~10%(质量分数),如ZG03Cr18Ni10、ZG03Cr18Ni10N、ZG09Cr19Ni9、ZG08Cr19Ni10N 等,是最典型最基本的代表性钢种,其他奥氏体不锈铸钢均是在188钢的基础上发展起来的。奥氏体不锈铸钢也和奥氏体不锈钢一样,分为铬镍奥氏体不锈铸钢和无镍、低镍奧氏体不锈铸钢。
1. 铬镍奥氏体不锈铸钢的特性
铬镍奥氏体不锈铸钢具有很高的耐蚀性,与其他类不锈铸钢相比,其耐蚀性是最好的一类。该类钢具有优良的韧性和塑性,易于加工成各种形状的零件,在热处理加热时不发生 a→y 相变,并具有优良的焊接性。这类钢的主要缺点是价格较贵。但由于它具有最好的耐蚀性,仍然是铸造不锈钢中使用最广泛的一类钢。国家标准中的14种奥氏体不锈铸钢全部是铬镍奥氏体不锈铸钢。
2. 铬锰氮奥氏体不锈钢的特性
铬锰氮奥氏体不锈铸钢是无镍和低镍奥氏体不锈铸钢,虽然在新的国家标准中没有,但传统的奥氏体不锈铸钢有 ZG10Cr17Mn13N、ZG10Cr17Mn13Mo2N、ZG10Cr17Mn13Mo2CuN、 ZG10Cr17Mn13Mo2Cu2N 和 ZG10Cr17MnNi3Mo3Cu2N 等。
该类钢以强烈形成奥氏体元素锰和氮取代高含量的镍,并加入银、铜等,以提高钢的耐蚀性。其耐蚀性略低于铬镍奥氏体不锈铸钢,但强度比铬镍奥氏体不锈铸钢高。
铬锰氮铸造不锈钢应进行1100℃水淬处理,使碳化物固溶以提高其耐蚀性。
金相组织为奥氏体和少量铁素体(5%~20%)的复相组织。钢的流动性好,铸造时气孔敏感性较大,造型宜用干型,并用铬矿砂、锆砂等涂料。钢的铸造体收缩较大,如 ZG10Cr17Mn13Mo2Cu2N在1475℃浇注体积总收缩为5.7%。铸造收缩率取2.2%~2.3%。这类铸钢的焊接性良好,可在室温下焊接。
