CN103060719A - 一种防锈耐热铸造不锈钢管的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防锈耐热铸造不锈钢管的生产方法，其采用中频电炉进行熔炼，并且严格控制化学成分，针对现有技术的不足，改进奥氏体不锈钢成分设计，在C、Si、Mn、Cr、Ni、W、Nb、Mo的基础上，添加W、Nb、Mo等耐高温合金元素，并适当提高C含量。最后使用特定配比的酸洗溶液进行清洗。通过本发明方法制得的不锈钢管能够在保证刚性和强度的前提下，显著改善不锈钢耐高温性能的效果，并且在制备时在将油渍、污垢和氧化皮除去的同时，在金属表面吸附一层钝化膜，简化生产程序。

Description

一种防锈耐热铸造不锈钢管的生产方法

技术领域

本发明涉及的是一种铸造不锈钢材料的生产方法，特别是一种具有高耐热性的铸造不锈钢管的生产方法。 

背景技术

304不锈钢作为一种用途广泛的钢材，属于奥氏体不锈钢的一种。奥氏体不锈钢是常温下具有奥氏体组织的不锈钢。当钢中含Cr约18％、Ni 8％-10％、C约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织。由于奥氏体不锈钢含有较高的铬，可形成致密的氧化膜，所以具有良好的耐蚀性。镍是稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，为了获得单一的奥氏体组织，当钢中含有0．1％碳和18％铬时所需的最低镍含量约为8％，这便是最著名18-8铬镍奥氏体不锈钢的基本成分，奥氏体不锈钢中，随着镍含量的增加，残余的铁素体可完全消除，并显著降低。相形成的倾向；同时马氏体转变温度降低，甚至可不出现λ-M相变，但是镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度，从而使碳化物析出倾向增强。奥氏体铬镍不锈钢包括18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如果加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢耐氧化性酸介质腐蚀，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0．03％或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢对浓硝酸具有良好的耐蚀性。奥氏体型不锈钢密度略高于碳钢，具有较大的伸长率和断面收缩率，硬度较低。奥氏体不锈钢板通常通过加工硬化来提高硬度，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15～800C范围内增长是较为均匀的，更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度，所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。

奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：

(1)高的电阻率，约为碳钢的5倍；

(2)大的线膨胀系数，比碳钢大40％，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高；

(3)低的热导率，约为碳钢的1／3。

基于上述特点，奥氏体不锈钢在制管焊接过程中存在一系列问题，如下：

(1)粗晶奥氏体不锈钢热导率低，采用传统电弧焊容易造成焊缝和近缝区晶粒粗大，影响焊接接头性能；

(2)热应力奥氏体不锈钢导热率大约只有碳钢的一半，而线膨胀系数却大得多，所以焊后在接头中会产生很大的内应力；

(3)气孔液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔；焊缝金属润湿性差，焊缝两侧易产生咬边；

(4)热裂纹奥氏体钢的结晶凝固区间大，结晶时间长，且奥氏体结晶方向性强，

所以杂质偏析较严重，易产生热裂纹。

另外，对铸造件的制备过程中通常会使用酸洗步骤，而刚酸洗完的冷轧板，其金属处于一个相当活泼的状态，很容易跟空气中的水分、氧气、二氧化碳等反应而生锈。

发明内容

本发明提供一种防锈耐热铸造不锈钢管的生产方法，能够在保证刚性和强度的前提下，显著改善不锈钢耐高温性能的效果，同时在酸洗的同时对产品进行防锈处理，简化生产程序。 

一种防锈耐热铸造不锈钢管，其特征在于，所述不锈钢管包括钢管本体和防锈层，所述钢管本体的具体化学组分的重量百分比为，

C：0.11～0.19%，

Si：0.20～0.90%，

Mn：1.3~1.8%，

Cr：17.1～18.9%，

Ni：8.5～10.8%，

W: 1.6～2.4%, 

Nb: 1.0～1.9%, 

Mo: 2.1～2.9%, 

S：≤0.03%，

P：≤0.035%，

余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

所述防锈层的具体化学组分的重量百分比为，

JFC渗透剂              9%；

乳化剂OP－10           10%；

钼酸铵                  7.5%；

DTPA                   6.5%；

柠檬酸                  2%；

草酸                   10%；

磷酸钠                 10%；

盐酸                   2%；

水                     43%。

本发明所述的防锈耐热铸造不锈钢管的生产方法如下： 

1）配置防锈酸洗溶液，按照如下组分及重量百分比配置原料：

JFC渗透剂              10%；

乳化剂OP－10           10%；

钼酸铵                  7%；

EDTA                   6%；

柠檬酸                  2%；

草酸                   10%；

磷酸钠                 10%；

盐酸                   2%；

水                     43%。

全部加料完毕后，再搅拌20分钟~30分钟； 

2）原料准备：按照如下成分要求以及冶炼总重量，配备合适重量的C、Si、Mn、Cr、Ni、 W、Nb、Mo料和增碳剂；使产品的化学成分含量为，

C：0.11～0.19%，

Si：0.20～0.90%，

Mn：1.3~1.8%，

Cr：17.1～18.9%，

Ni：8.5～10.8%，

W: 1.6～2.4%, 

Nb: 1.0～1.9%, 

Mo: 2.1～2.9%, 

S：≤0.03%，

P：≤0.035%，

余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

3）装料前进行分析校对，并进行除污锈处理；采用中频感应电炉，将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，再依次加入工业纯铁、铬铁、电解镍板、金属锰、结晶硅，并覆盖上除渣剂，接通电源，逐步增加功率进行冶炼；

4）化学成分合格后，并且钢液温度达到1650℃时，扒清炉渣，加入硅钙合金进行最后脱氧，钢液温度达到1660-1680℃时，添加少量增碳剂准备出炉；

5）采用卧式离心机铸造，浇注温度1620℃—1650℃，浇注速度15-140kg/秒，转速450-1550转/分，形成铸管；

6）对铸管内外表面进行砂轮修磨，消除表面缺陷；在1050-1080℃保温30分钟后进行水冷；然后将铸管放入在步骤1）制得的酸洗液中浸放90-120分钟，温度保持在50-60℃，进行清洗，除垢反应达到要求的程度后，最后取出冲干洗净后进行烘干。

本发明采用中频电炉进行熔炼，并且严格控制化学成分，针对现有技术的不足，改进奥氏体不锈钢成分设计，在C、Si、Mn、Cr、Ni、 W、Nb、Mo的基础上，添加W、Nb、Mo等耐高温合金元素，并适当提高C含量，这些耐高温合金元素与C形成细小弥散的合金碳化物，这些碳化物具有硬度高、凝固后呈弥散分布的特点。由于改进了配方和制造工艺，最终获得产品中有如下特点：不锈钢中的合金碳化物在高温下对晶界起到显著的钉扎作用，同时可降低晶界处的溶质扩散速度, 从而明显提高奥氏体不锈钢晶界强度，达到显著改善高温强度和高温抗氧化性的效果。此外，由于添加的耐高温合金元素为强碳化物形成元素，比Cr优先形成碳化物，从而阻止或避免Cr与C形成碳化物，确保晶界处不因贫Cr而导致晶间腐蚀。因此，能够在保证刚性和强度的前提下，显著改善不锈钢耐高温性能的效果。

通过本发明的方法制得的防锈耐热铸造不锈钢管，其耐热性能良好，对上述得到的产品力学性能和氧化增重检测，力学性能检测方法为按照GB/T4338-2006 进行900℃高温拉伸实验，获得屈服强度指标；氧化增重检测方法为合金在900℃高温氧化200h后，连同氧化皮一起，采用天平称重测试试样总重量，与原始样的差值除以试样表面积即为(单位面积)氧化增重；最后检测得到900℃高温性能为:屈服强度大于50MPa；200h氧化增重小于12mg/cm²。并且在制备时，能够在将油渍、污垢和氧化皮除去的同时，在金属表面吸附一层钝化膜，简化生产程序。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。 

实施例1：

1）配置防锈酸洗溶液，按照如下组分及重量百分比配置原料：

JFC渗透剂              10%；

乳化剂OP－10           10%；

钼酸铵                  7%；

EDTA                   6%；

柠檬酸                  2%；

草酸                   10%；

磷酸钠                 10%；

盐酸                   2%；

水                     43%。

全部加料完毕后，再搅拌20分钟~30分钟； 

2）原料准备：按照如下成分要求以及冶炼总重量，配备合适重量的C、Si、Mn、Cr、Ni、 W、Nb、Mo料和增碳剂；使产品不锈钢的化学成分含量为，

C：0.11%，Si：0.20%，Mn：1.3%，Cr：17.1%，Ni：8.5%，W: 1.6%, Nb: 1.0%, Mo: 2.1%, S：≤0.03%，P：≤0.035%，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

3）装料前进行分析校对，并进行除污锈处理；采用中频感应电炉，将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，再依次加入工业纯铁、铬铁、电解镍板、金属锰、结晶硅，并覆盖上除渣剂，接通电源，逐步增加功率进行冶炼；

4）化学成分合格后，并且钢液温度达到1650℃时，扒清炉渣，加入硅钙合金进行最后脱氧，钢液温度达到1660-1680℃时，添加少量增碳剂准备出炉；

5）采用卧式离心机铸造，浇注温度1620℃—1650℃，浇注速度15kg/秒，转速450转/分，形成铸管；

6）对铸管内外表面进行砂轮修磨，消除表面缺陷；在1050-1080℃保温30分钟后进行水冷；然后将铸管放入在步骤1）制得的酸洗液中浸放90分钟，温度保持在50℃，进行清洗，除垢反应达到要求的程度后，最后取出冲干洗净后进行烘干。

       该实施例产品检测得到900℃高温性能为:屈服强度大于50MPa；200h氧化增重小于12mg/cm²；

实施例2

1）配置防锈酸洗溶液，按照如下组分及重量百分比配置原料：

JFC渗透剂              10%；

乳化剂OP－10           10%；

钼酸铵                  7%；

EDTA                   6%；

柠檬酸                  2%；

草酸                   10%；

磷酸钠                 10%；

盐酸                   2%；

水                     43%。

全部加料完毕后，再搅拌20分钟~30分钟； 

2）原料准备：按照如下成分要求以及冶炼总重量，配备合适重量的C、Si、Mn、Cr、Ni、 W、Nb、Mo料和增碳剂；使产品不锈钢的化学成分含量为，

C：0.13%，Si：0.65%，Mn：1.5%，Cr：17.9%，Ni：9.7%，W: 1.9%, Nb: 1.6%, Mo: 2.6%, S：≤0.03%，P：≤0.035%，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

3）装料前进行分析校对，并进行除污锈处理；采用中频感应电炉，将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，再依次加入工业纯铁、铬铁、电解镍板、金属锰、结晶硅，并覆盖上除渣剂，接通电源，逐步增加功率进行冶炼；

4）化学成分合格后，并且钢液温度达到1650℃时，扒清炉渣，加入硅钙合金进行最后脱氧，钢液温度达到1660-1680℃时，添加少量增碳剂准备出炉；

5）采用卧式离心机铸造，浇注温度1620℃—1650℃，浇注速度95kg/秒，转速850转/分，形成铸管；

6）对铸管内外表面进行砂轮修磨，消除表面缺陷；在1050-1080℃保温30分钟后进行水冷；然后将铸管放入在步骤1）制得的酸洗液中浸放100分钟，温度保持在60℃，进行清洗，除垢反应达到要求的程度后，最后取出冲干洗净后进行烘干。

该实施例产品检测得到900℃高温性能为:屈服强度大于53MPa；200h氧化增重小于10.3mg/cm²。 

实施例3：

1）配置防锈酸洗溶液，按照如下组分及重量百分比配置原料：

JFC渗透剂              10%；

乳化剂OP－10           10%；

钼酸铵                  7%；

EDTA                   6%；

柠檬酸                  2%；

草酸                   10%；

磷酸钠                 10%；

盐酸                   2%；

水                     43%。

全部加料完毕后，再搅拌20分钟~30分钟； 

2）原料准备：按照如下成分要求以及冶炼总重量，配备合适重量的C、Si、Mn、Cr、Ni、 W、Nb、Mo料和增碳剂；使产品不锈钢的化学成分含量为，

C：0.19%，Si：0.90%，Mn：1.8%，Cr：18.9%，Ni：10.8%，W: 2.4%, Nb: 1.9%, Mo: 2.9%, S：≤0.03%，P：≤0.035%，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

3）装料前进行分析校对，并进行除污锈处理；采用中频感应电炉，将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，再依次加入工业纯铁、铬铁、电解镍板、金属锰、结晶硅，并覆盖上除渣剂，接通电源，逐步增加功率进行冶炼；

4）化学成分合格后，并且钢液温度达到1650℃时，扒清炉渣，加入硅钙合金进行最后脱氧，钢液温度达到1660-1680℃时，添加少量增碳剂准备出炉；

5）采用卧式离心机铸造，浇注温度1620℃—1650℃，浇注速度140kg/秒，转速1550转/分，形成铸管；

6）对铸管内外表面进行砂轮修磨，消除表面缺陷；在1050-1080℃保温30分钟后进行水冷；然后将铸管放入在步骤1）制得的酸洗液中浸放120分钟，温度保持在50-60℃，进行清洗，除垢反应达到要求的程度后，最后取出冲干洗净后进行烘干。

该实施例产品检测得到900℃高温性能为:屈服强度大于58MPa；200h氧化增重小于9.7mg/cm²。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (1)

1.一种防锈耐热铸造不锈钢管的生产方法，其特征在于，包括如下生产步骤，

1）配置防锈酸洗溶液，按照如下组分及重量百分比配置原料：

JFC渗透剂              10%；

乳化剂OP－10           10%；

钼酸铵                  7%；

EDTA                   6%；

柠檬酸                  2%；

草酸                   10%；

磷酸钠                 10%；

盐酸                   2%；

水                     43%；

全部加料完毕后，再搅拌20分钟~30分钟； 

2）原料准备：按照如下成分要求以及冶炼总重量，配备合适重量的C、Si、Mn、Cr、Ni、 W、Nb、Mo料和增碳剂；使产品的化学成分含量为，

C：0.11～0.19%，

Si：0.20～0.90%，

Mn：1.3~1.8%，

Cr：17.1～18.9%，

Ni：8.5～10.8%，

W: 1.6～2.4%, 

Nb: 1.0～1.9%, 

Mo: 2.1～2.9%, 

S：≤0.03%，

P：≤0.035%，

余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

3）装料前进行分析校对，并进行除污锈处理；采用中频感应电炉，将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，再依次加入工业纯铁、铬铁、电解镍板、金属锰、结晶硅，并覆盖上除渣剂，接通电源，逐步增加功率进行冶炼；

4）化学成分合格后，并且钢液温度达到1650℃时，扒清炉渣，加入硅钙合金进行最后脱氧，钢液温度达到1660-1680℃时，添加少量增碳剂准备出炉；

5）采用卧式离心机铸造，浇注温度1620℃—1650℃，浇注速度15-140kg/秒，转速450-1550转/分，形成铸管；

6）对铸管内外表面进行砂轮修磨，消除表面缺陷；在1050-1080℃保温30分钟后进行水冷；然后将铸管放入在步骤1）制得的酸洗液中浸放90-120分钟，温度保持在50-60℃，进行清洗，除垢反应达到要求的程度后，最后取出冲干洗净后进行烘干。