專利名稱：一種低合金耐磨鑄鋼管及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低合金耐磨鑄鋼管及其鑄造方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外在電力、礦山、冶金、土木建筑、環(huán)保等行業(yè)的許多大型成套設(shè)備和裝置的關(guān)鍵部位，均采用了大量管道，這類管道大多數(shù)都是長期連續(xù)服役，工作環(huán)境十分惡劣，輸送介質(zhì)為灰渣、砂石、泥漿等含有尖銳固體的物料，耐磨性要求很高。例如火力發(fā)電廠使用的煤粉輸送管和排灰管，有的原系普通鋼板螺旋卷制焊接而成，耐磨性和使用壽命受到很大的限制，僅使用1-2年就磨穿了。因此，國內(nèi)外有關(guān)行業(yè)都在尋求一種耐磨管道，這類管道一般屬長管，中間焊接起來，這就要求該管道即具有高強(qiáng)的耐磨性又具有良好的可焊性。鑒于此，制造一種耐磨鑄鋼管代替普通鋼板卷焊管是值得試驗(yàn)研究的。
現(xiàn)有鑄造耐磨鑄鋼件最有效方法之一是向鑄鋼中加入合金元素。使用最多的合金元素有鉻、鎳、鉬、錳、氮、釩、鈦、銅、鎢、鋁、鋯、硅等，這些元素均能與鑄鋼中的碳形成高硬度的碳化物，制成高合金鑄鋼件，從而提高耐磨性能。但加入的合金份量較多，價(jià)格昂貴，成本較高。
訖今為止，長鑄鋼管的生產(chǎn)，一般均采用離心鑄造方法。該方法出現(xiàn)于19世紀(jì)，在20世紀(jì)初才付諸于工業(yè)性生產(chǎn)，1938年，德國首次生產(chǎn)出離心鑄鋼管。由于鋼水在離心力作用下凝固，不僅管體組織致密，而且可使渣、雜質(zhì)從鋼水中浮出，使得鋼水在凝固前得到凈化。離心鑄鋼管的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的試驗(yàn)研究和發(fā)展積累，已不斷成熟和完善，但是生產(chǎn)中小口徑薄壁長耐磨鑄鋼管，仍然是國內(nèi)外有關(guān)廠家長期研究的課題，而且耐磨性和可焊性同時(shí)在鑄鋼管中具備，這也是很難摸索的。
本發(fā)明的目的是制造一種低合金耐磨鑄鋼管，提供該管的一種鑄造方法，提高使用于上述行業(yè)的鑄鋼管的耐磨性能，使用壽命比原普通鋼板卷焊管至少提高一倍，且焊接性能良好，方便施焊制造，達(dá)到高合金鑄鋼管的耐磨性和其他力學(xué)性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下該管由管體和兩端配焊的法蘭組成(也可不配法蘭，采用柔性聯(lián)接)，中小口徑(Φ500--Φ80mm)、薄壁(25--12mm)、長直管(4--6m)或彎管、三通、四通，更長的管由多節(jié)焊合而成，外表面涂瀝青或其他防腐材料。其特征在于耐磨性和可焊性好，洛氏硬度HRC35--47，金相組織為低合金貝氏體(約60％)和索氏體(約40％)共存，其成分范圍為(％)碳0.2--0.4、硅≤0.4、錳0.8-2.0、鉻1.0-2.5、鎳0.8-1.5、硼≤0.005、硫≤0.04、磷≤0.04，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)元素。
熔煉時(shí)，可采用電弧爐或感應(yīng)爐，最好選用感應(yīng)電爐，它操作方便、容易控制。由于長度為5-6m的中口徑薄壁鑄鋼管最大重量可達(dá)1.5噸，小口徑管小于0.5噸，故前者選用1.5噸電弧爐，后者選用430公斤中頻感應(yīng)電爐。
熔煉時(shí)，加入的合金元素的原料，其中鉻、鎳兩元素采用鉻鐵、鎳鐵合金，也可采用1Cr18Ni9Ti、OCr18Ni12Mo2Ti、OCr25Ni20等不銹鋼切屑或邊角余料，硼、錳采用鐵合金。其熔煉和處理鋼水的方法為先將鎳、鉻合金材料加入熔煉爐底，再加入碳鋼料或生鐵，各種爐料配比根據(jù)鎳、鉻合金材料的鎳、鉻含量來確定，待爐料全部熔化后取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果加入硼鐵、錳鐵合金，若鉻、鎳含量低于前述范圍，則再補(bǔ)加鎳、鉻合金材料；高于前述范圍，則再補(bǔ)加碳鋼料，如此將成分調(diào)整合格。鉻、鎳、硼、錳的含量低于前述范圍，對(duì)提高鑄鋼管的耐磨性能不顯著；高于前述范圍，雖然對(duì)提高鑄鋼管的耐磨性能有利，但對(duì)可焊性帶來不利影響，又增加成本，錳、硼含量太高還可能損害該鑄鋼管的綜合力學(xué)性能。成份合格后加鋁脫氧，攪拌、扒渣，溫升至1620--1640℃出爐。鋼水溫度過低，將不利于添加元素的合金化；過高將增加不必要的能源消耗。出爐鋼水加上保溫復(fù)蓋劑即可澆注。
本發(fā)明所含合金元素在鑄鋼中所起作用可分為兩類，一類是強(qiáng)烈促進(jìn)鑄鋼中貝氏體形成，使鑄鋼在鑄造狀態(tài)下獲得均勻致密的貝氏體基體，同時(shí)，這類元素熔解于基體中，對(duì)增強(qiáng)鑄鋼管的耐磨性能起決定性的作用，這類元素有鉻、錳、硼。
鉻具有細(xì)化晶粒，抗氧化、耐腐蝕的作用，其強(qiáng)化基體的能力很大。
錳是一種提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性的常用合金元素，其強(qiáng)化基體的作用也很大，但錳在低合金范圍內(nèi)有所粗化晶粒，鑄件耐磨性能隨錳含量的增高而降低。故本發(fā)明的錳含量(％)控制在0.8～2.0。
硼是一種強(qiáng)烈提高淬透性的元素，在鑄鋼中加入少量硼，能顯著提高耐磨性能及綜合力學(xué)性能。
另一類元素主要起變質(zhì)和凈化鋼水、改善焊接性能的作用，這類元素是鎳。
鎳在鑄鋼中既提高強(qiáng)度，強(qiáng)化硬度，又增強(qiáng)韌性，同時(shí)又提高鑄件耐腐蝕性能。但鎳的含量太高將會(huì)降低鑄鋼管的耐磨性，因此，本發(fā)明的鎳含量(％)控制在0.8-1.5。
本發(fā)明之長鑄鋼管采用離心鑄造、利用鑄造余熱進(jìn)行熱處理。其管型壁厚選擇為30-60mm，中口徑管取大值，大口徑管取小值，這主要考慮管型自身的強(qiáng)度和它對(duì)鋼液的冷卻強(qiáng)度、受熱變形等因素。管型在使用之前要清理干凈并預(yù)熱，然后在內(nèi)壁噴灑棕剛玉涂料或其他隔熱性好、耐火度高的涂料，噴灑厚度依據(jù)鑄管的規(guī)格確定，一般控制在1--2mm范圍內(nèi)。澆注溫度控制在1600--1620℃，澆注速度宜快，根據(jù)澆包和澆杯的結(jié)構(gòu)一般控制在20--30kg/s。管型轉(zhuǎn)速取重力倍數(shù)G＝60--70，轉(zhuǎn)速快對(duì)獲得均勻致密的鑄管有利，但轉(zhuǎn)速太快易引起管型振動(dòng)和鋼液飛濺。當(dāng)鋼水溫度降至1300℃左右，呈凝固和半凝固狀態(tài)時(shí)，開始向管型噴水急冷，待降到900℃左右停噴空冷，鑄管拔出管型的溫度控制在400--600℃，脫模溫度太高，易使鑄管變形，脫模溫度太低，經(jīng)過管型散出的熱量增加，導(dǎo)致管型較早地出現(xiàn)疲勞裂紋。使用上述鑄造和熱處理方法即可得到正火狀態(tài)的耐磨鑄鋼管。
本發(fā)明與原普通鋼板卷焊管、無縫管相比較，硬度高，提高了耐磨、耐蝕性能，經(jīng)火電廠試用于煤粉輸送和排灰，壽命比原管延長了一倍多，且焊接性能良好，不需預(yù)熱，可用普通碳鋼或低合金鋼焊條焊接，避免了高合金鑄鋼件焊接性能差的弊??；其所選用的合金元素原料豐富，又利用了工廠的切屑廢料和邊角余料，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明可用于電力、礦山、冶金、土木建筑、環(huán)保等行業(yè)輸送灰渣，砂石、泥漿的管道系統(tǒng)。
附

圖1為本發(fā)明的直管剖視圖；附圖2為本發(fā)明的90°彎管剖視圖。
直管體1兩節(jié)或多節(jié)對(duì)接焊合，兩端配焊法蘭2，3環(huán)焊縫，4為角焊縫。
彎管中間一般無環(huán)焊縫，在彎管體5的兩端配焊法蘭2即可。
實(shí)施例1用于火力發(fā)電廠煤粉輸送和排灰直管，內(nèi)徑Φ300mm，壁厚14mm，長5m，兩根直管對(duì)接焊合，兩端配焊法蘭，外表面涂敷瀝青。采用容量為430kg中頻爐熔煉，每爐澆一根。先加入不銹鋼切屑30kg置于爐底，然后加入碳鋼料270kg，生鐵5kg，待全部熔化后，攪拌、取樣分析，再加入B51硼鐵200g，1號(hào)錳鐵1.2kg(堿性爐襯)，鉻、鎳成分已在范圍內(nèi)，故不再補(bǔ)加不銹鋼料。攪拌后加鋁塊0.3kg脫氧，充分?jǐn)嚢?、扒渣，升溫?630℃出爐，加珍珠巖粉保溫復(fù)蓋。出爐鋼水分析結(jié)果為(％)碳0.23 硅0.35 錳1.08 鉻1.98 鎳1.22磷0.024硫0.023硼0.0046在離心鑄管機(jī)上澆注，管型尺寸為外徑Φ395mm，內(nèi)徑Φ335mm，有效長度2.55m。內(nèi)壁噴灑1.5mm厚的棕剛玉涂料，澆注溫度1600℃，澆注速度30kg/S，重力倍數(shù)G＝65，當(dāng)鋼水溫度降至1300℃時(shí)，開始向管型噴射冷卻水，待降至900℃停噴空冷，至600℃時(shí)脫模拔管，經(jīng)試棒的力學(xué)性能試驗(yàn)，屈服強(qiáng)度585MPa，抗拉強(qiáng)度952MPa，沖擊值16J，洛氏硬度HRC＝42，金相組織為55％貝氏體和45％索氏體共存。使用壽命比原鋼板卷焊管延長一倍以上。
實(shí)施例2火力發(fā)電廠的煤粉輸送及排灰用90°彎管，內(nèi)徑Φ300mm，壁厚14mm，兩端配焊法蘭，外表面涂敷瀝青。熔煉時(shí)采用430公斤中頻感應(yīng)爐，每爐澆注兩個(gè)。先加入不銹鋼切屑46kg置于爐底，然后加入碳鋼料375kg，生鐵6kg，待全部熔化后，攪拌，取樣分析，再力入B52硼鐵270g，1號(hào)錳鐵2kg(酸性爐襯)，鉻、鎳成分已在范圍內(nèi)，故不再補(bǔ)加不銹鋼料。攪拌后再加鋁條0.4kg脫氧精煉，充分?jǐn)嚢?、扒渣，升溫?640℃出爐，加稻草灰保溫復(fù)蓋。出爐鋼水成分為(％)碳0.28硅0.36錳1.55 鉻1.9 鎳1.46硼0.005 硫0.023 磷0.016使用砂型鑄造工藝，其力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度569MPa，抗拉強(qiáng)度943MPa，沖擊值14.8J，洛氏硬度HRC＝39。金相組織為58％貝氏體與42％索氏體共存。
權(quán)利要求
1.一種低合金耐磨鑄鋼管，由管體和兩端配焊的法蘭組成(也可不配法蘭)，中小口徑(Φ500～Φ80mm)，薄壁(25～12mm)，長直管(4～6m)或彎管、三通、四通，化學(xué)成分包括碳、硅、錳、鐵，其特征在于耐磨性和可焊性好，洛氏硬度HRC35～47，金相組織為低合金貝氏體(約60％)和索氏體(約40％)共存，其成分還包括鉻、鎳、硼，成分范圍為(％)碳0.2～0.4、硅≤0.4、錳0.8～2.0、鉻1.0～2.5、鎳0.8～1.5、硼≤0.005、硫≤0.04、磷≤0.04，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金耐磨鑄鋼管，其特征在于熔煉時(shí)，鉻、鎳兩元素采用鉻鐵、鎳鐵合金，也可采用1Cr18Ni9Ti、OCr18Ni12Mo2Ti、OCr25Ni20等不銹鋼切屑或邊角余料加入熔煉爐；硼、錳采用鐵合金，根據(jù)爐前分析結(jié)果加入熔煉爐調(diào)整成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金耐磨鑄鋼管，其特征是熔煉和處理鋼水的方法為將鎳、鉻合金材料先加入熔煉爐底，再加入碳鋼料或生鐵，爐料配比根據(jù)鎳、鉻合金材料的鎳、鉻含量來確定，待全部熔化后取樣分析，根據(jù)爐前分析結(jié)果加入硼鐵、錳鐵合金，并將成分調(diào)整合格，然后加鋁脫氧，攪拌、扒渣、溫升至1620～1640℃出爐，加上保溫復(fù)蓋劑后澆注。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金耐磨長鑄鋼管的鑄造方法，采用離心鑄造，其特征在于管型壁厚為30～60mm，內(nèi)壁噴灑1～2mm厚的棕剛玉涂料或其他隔熱性好和耐火度高的涂料，選用中頻感應(yīng)爐或電弧爐熔煉，澆注溫度1600～1620℃，澆注速度20～30kg/s，管型轉(zhuǎn)速取重力倍數(shù)G＝60～70，并利用鑄造余熱進(jìn)行熱處理，當(dāng)鋼水溫度降至1300℃左右，呈凝固和半凝固狀態(tài)時(shí)開始向管型噴水急冷，待降至900℃左右停噴空冷，鑄管拔出管型的溫度控制在400～600℃，得到正火狀態(tài)的鑄鋼管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低合金耐磨鑄鋼管及其鑄造方法，該管由管體和兩端配焊的法蘭組成，中小口徑、薄壁，其化學(xué)成分為鉻、鎳、錳、硅、碳、硼、鐵等元素組成。在熔煉時(shí)，加入適量的鎳、鉻元素和硼鐵、錳鐵，調(diào)整至規(guī)定成分范圍，使用離心鑄造方法就可生產(chǎn)出具有高強(qiáng)耐磨性和良好可焊性的鑄鋼管，用于火電廠的煤粉輸送和排灰，以及礦山、冶金、土建、環(huán)保等行業(yè)輸送灰渣、砂石、泥漿。
文檔編號(hào)C22C38/40GK1149083SQ9511249
公開日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月20日
發(fā)明者翟世卿, 譚憲明, 張愛龍, 凌石平 申請(qǐng)人:化學(xué)工業(yè)部湘東化工機(jī)械廠