專利名稱：一種低合金耐磨鑄鋼管及其鑄造方法
技術領域：
本發明涉及一種低合金耐磨鑄鋼管及其鑄造方法，屬于鑄造技術領域。
目前，國內外在電力、礦山、冶金、土木建筑、環保等行業的許多大型成套設備和裝置的關鍵部位，均采用了大量管道，這類管道大多數都是長期連續服役，工作環境十分惡劣，輸送介質為灰渣、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，國內外有關行業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研究的。
現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，價格昂貴，成本較高。
訖今為止，長鑄鋼管的生產，一般均采用離心鑄造方法。該方法出現于19世紀，在20世紀初才付諸于工業性生產，1938年，德國首次生產出離心鑄鋼管。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。離心鑄鋼管的生產技術經過半個世紀的試驗研究和發展積累，已不斷成熟和完善，但是生產中小口徑薄壁長耐磨鑄鋼管，仍然是國內外有關廠家長期研究的課題，而且耐磨性和可焊性同時在鑄鋼管中具備，這也是很難摸索的。
本發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，達到高合金鑄鋼管的耐磨性和其他力學性能。
本發明的技術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元素。
熔煉時，可采用電弧爐或感應爐，最好選用感應電爐，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公斤中頻感應電爐。
熔煉時，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，根據分析結果加入硼鐵、錳鐵合金，若鉻、鎳含量低于前述范圍，則再補加鎳、鉻合金材料；高于前述范圍，則再補加碳鋼料，如此將成分調整合格。鉻、鎳、硼、錳的含量低于前述范圍，對提高鑄鋼管的耐磨性能不顯著；高于前述范圍，雖然對提高鑄鋼管的耐磨性能有利，但對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蓋劑即可澆注。
本發明所含合金元素在鑄鋼中所起作用可分為兩類，一類是強烈促進鑄鋼中貝氏體形成，使鑄鋼在鑄造狀態下獲得均勻致密的貝氏體基體，同時，這類元素熔解于基體中，對增強鑄鋼管的耐磨性能起決定性的作用，這類元素有鉻、錳、硼。
鉻具有細化晶粒，抗氧化、耐腐蝕的作用，其強化基體的能力很大。
錳是一種提高強度、硬度和耐磨性的常用合金元素，其強化基體的作用也很大，但錳在低合金范圍內有所粗化晶粒，鑄件耐磨性能隨錳含量的增高而降低。故本發明的錳含量(％)控制在0.8～2.0。
硼是一種強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性能。
另一類元素主要起變質和凈化鋼水、改善焊接性能的作用，這類元素是鎳。
鎳在鑄鋼中既提高強度，強化硬度，又增強韌性，同時又提高鑄件耐腐蝕性能。但鎳的含量太高將會降低鑄鋼管的耐磨性，因此，本發明的鎳含量(％)控制在0.8-1.5。
本發明之長鑄鋼管采用離心鑄造、利用鑄造余熱進行熱處理。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度和它對鋼液的冷卻強度、受熱變形等因素。管型在使用之前要清理干凈并預熱，然后在內壁噴灑棕剛玉涂料或其他隔熱性好、耐火度高的涂料，噴灑厚度依據鑄管的規格確定，一般控制在1--2mm范圍內。澆注溫度控制在1600--1620℃，澆注速度宜快，根據澆包和澆杯的結構一般控制在20--30kg/s。管型轉速取重力倍數G＝60--70，轉速快對獲得均勻致密的鑄管有利，但轉速太快易引起管型振動和鋼液飛濺。當鋼水溫度降至1300℃左右，呈凝固和半凝固狀態時，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，經過管型散出的熱量增加，導致管型較早地出現疲勞裂紋。使用上述鑄造和熱處理方法即可得到正火狀態的耐磨鑄鋼管。
本發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病；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，降低了生產成本。本發明可用于電力、礦山、冶金、土木建筑、環保等行業輸送灰渣，砂石、泥漿的管道系統。
附
圖1為本發明的直管剖視圖；附圖2為本發明的90°彎管剖視圖。
直管體1兩節或多節對接焊合，兩端配焊法蘭2，3環焊縫，4為角焊縫。
彎管中間一般無環焊縫，在彎管體5的兩端配焊法蘭2即可。
實施例1用于火力發電廠煤粉輸送和排灰直管，內徑Φ300mm，壁厚14mm，長5m，兩根直管對接焊合，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號錳鐵1.2kg(堿性爐襯)，鉻、鎳成分已在范圍內，故不再補加不銹鋼料。攪拌后加鋁塊0.3kg脫氧，充分攪拌、扒渣，升溫到1630℃出爐，加珍珠巖粉保溫復蓋。出爐鋼水分析結果為(％)碳0.23 硅0.35 錳1.08 鉻1.98 鎳1.22磷0.024硫0.023硼0.0046在離心鑄管機上澆注，管型尺寸為外徑Φ395mm，內徑Φ335mm，有效長度2.55m。內壁噴灑1.5mm厚的棕剛玉涂料，澆注溫度1600℃，澆注速度30kg/S，重力倍數G＝65，當鋼水溫度降至1300℃時，開始向管型噴射冷卻水，待降至900℃停噴空冷，至600℃時脫模拔管，經試棒的力學性能試驗，屈服強度585MPa，抗拉強度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。
實施例2火力發電廠的煤粉輸送及排灰用90°彎管，內徑Φ300mm，壁厚14mm，兩端配焊法蘭，外表面涂敷瀝青。熔煉時采用430公斤中頻感應爐，每爐澆注兩個。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號錳鐵2kg(酸性爐襯)，鉻、鎳成分已在范圍內，故不再補加不銹鋼料。攪拌后再加鋁條0.4kg脫氧精煉，充分攪拌、扒渣，升溫至1640℃出爐，加稻草灰保溫復蓋。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，其力學性能為屈服強度569MPa，抗拉強度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元素。
2.根據權利要求1所述的低合金耐磨鑄鋼管，其特征在于熔煉時，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，根據爐前分析結果加入熔煉爐調整成分。
3.根據權利要求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，根據爐前分析結果加入硼鐵、錳鐵合金，并將成分調整合格，然后加鋁脫氧，攪拌、扒渣、溫升至1620～1640℃出爐，加上保溫復蓋劑后澆注。
4.一種根據權利要求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，選用中頻感應爐或電弧爐熔煉，澆注溫度1600～1620℃，澆注速度20～30kg/s，管型轉速取重力倍數G＝60～70，并利用鑄造余熱進行熱處理，當鋼水溫度降至1300℃左右，呈凝固和半凝固狀態時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℃，得到正火狀態的鑄鋼管。
全文摘要
本發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，其化學成分為鉻、鎳、錳、硅、碳、硼、鐵等元素組成。在熔煉時，加入適量的鎳、鉻元素和硼鐵、錳鐵，調整至規定成分范圍，使用離心鑄造方法就可生產出具有高強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、環保等行業輸送灰渣、砂石、泥漿。
文檔編號C22C38/40GK1149083SQ9511249
公開日1997年5月7日 申請日期1995年10月20日 優先權日1995年10月20日
發明者翟世卿, 譚憲明, 張愛龍, 凌石平 申請人:化學工業部湘東化工機械廠