[发明专利]一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁铸造技术领域，具体涉及一种在普通大气压力下制造高氮奥氏体不锈钢 船舰用螺旋桨铸件的方法。

背景技术

随着中国运输行业的不断发展，螺旋桨作为飞机、轮船的推进器受到各国的关注，螺旋 桨的工作条件对其自身材质具有较高的要求，尽管已经有了适应要求的工程材料，但是对更 高性能材料的研发从未止步。

目前，高锰铝青铜C95700(75Cu-3Fe-8Al-2Ni-12Mn)满足大吨位、高速船舶要求，其 性能较好。不锈钢316L或316N也适用于制造船用螺旋桨。但这些材料制备的螺旋桨仍然存 在耐海水腐蚀性能或机械性能有限的缺点。

高氮合金钢包括高氮不锈钢和高氮工具钢等材料，尤其高氮不锈钢，节约镍且性能优异， 受到各国的重视，被作为战略性结构材料。现有专利(200810050792.8)提供了在常压条件 下冶炼氮含量高达0.6‐1.2％的高氮钢铸锭的方法，为高氮奥氏体不锈钢在冶金和领域的应用 提供了更加便利的条件。

高氮奥氏体不锈钢与316L或316N不锈钢相比，韧性处于同等级别，但其强度却有显著 的提高，且具有更高的耐点蚀当量值及更为优异的耐海水腐蚀性能；与高锰铝青铜C95700 相比，Cr20Mn18Mo2.5-0.9N高氮奥氏体不锈钢其铸态抗拉强度不低于830Mpa、屈服强度不 低于565Mpa、延伸率30％以上，计算疲劳强度高于567Mpa，显著优于高锰铝青铜。由此可 见，采用高氮奥氏体不锈钢制作高性能的螺旋桨，是一个很好的选择。

然而，高氮奥氏体不锈钢在普通环境大气压力下熔炼和铸造时自释放氮气，氮气聚集形 成氮气孔洞，留存于铸件中，容易造成铸件孔洞缺陷以及不合理的分布特征。因此，为更好 的发挥高氮奥氏体不锈钢的高机械性能、优异耐腐蚀性，有必要开发一种铸造高氮奥氏体不 锈钢螺旋桨铸件的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用高氮奥氏体不锈钢在普通大气压力环境条件 下，不采用差压或高压冶金技术，铸造高氮奥氏体不锈钢螺旋桨或桨叶铸件的方法，所述方 法包括设计螺旋桨或桨叶铸件及其浇注系统、制作模型和准备生产、制作蜡模、制壳、熔炼 和浇注、后处理、检验七个步骤；其中，

所述制壳过程是：装箱焙烧充分后，控制模壳温度在650～1000℃，准备浇注；

所述熔炼和浇注过程是：在常压条件下熔炼，调节加热功率，在熔融、除渣等熔炼操作 过程中，控制氮气释放量在较低的强度，熔融、除渣操作后，迅速调整至浇注温度，将其控 制在1480～1590℃之间，在90秒内开始浇注，并在5分钟内完成所有钢水的浇注；浇注完 成后，在浇口处采用热浇口技术，延迟凝固；其他步骤按照一般不锈钢精密铸件的工艺控制 要求。

在本发明所述的铸造工艺中，其冒口和浇口是一体的，即指同一个。本发明所述热浇口 技术包括：采用更大模数的冒口，或者使用保温冒口，或者对浇口覆盖冒口保温或发热覆盖 剂，从而延迟浇口凝固，使铸件中聚集的气泡在重力作用下上浮溢出。

为避免高氮奥氏体不锈钢熔炼和铸造时自释放氮气聚集后形成的大气泡作为气孔缺陷残 留在铸件中；铸造整体式螺旋桨时，由于不能充分利用重力偏析作用，发生自释放的氮气气 泡聚集并且不能充分排出铸件内的状况，在熔炼和浇注过程中，浇注完成进行热浇口后，使 用离心机构，通过离心机构旋转产生离心力，利用离心力的辅助充型和异质偏析作用，使气 泡在离心力作用下被偏析溢出。离心机构转速调节要求：尽可能高，但不要使浇口处外溢出 钢水。

为保障在熔模铸造蜡模制作时满足精度要求，而且在模壳焙烧时少或无蜡料残留物于模 壳表面，防止残留物在浇注时高温燃烧和挥发，避免产生其它燃烧或挥发性气体，影响铸件 高氮奥氏体不锈钢合金成分，本发明在模壳制备过程中制作蜡模时，采用中或高温蜡制作蜡 模，制壳后焙烧要充分；制作模壳时选用硅溶胶或硅酸乙酯作为粘结剂，为了模壳具有更好 的强度，可以复合叠层使用。

为了使铸件不发生裂纹缺陷，在熔炼和浇注过程中，浇口凝固封口后，需要控制冷却速 度，使其缓慢冷却后进行清理。

为使铸件具有更好的性能，本发明在对铸件模壳和浇注系统清理后，进行固溶热处理， 所述热处理固溶温度选取在1020-1180℃之间，固溶时间1-8小时；淬火处理的淬火介质选取 水、油或水基淬火介质。