CN103343261B

CN103343261B - 一种Inconel600合金管的离心铸造方法

Info

Publication number: CN103343261B
Application number: CN201310269895.4A
Authority: CN
Inventors: 夏浩
Original assignee: JIANGSU SHUANGQIN MINSHENG METALLURIGICAL AND CHEMICAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: Jiangsu double field Amperex Technology Limited
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103343261A

Abstract

本发明涉及一种Inconel600合金管的离心铸造工艺，以金属铬、金属镍、Q235钢、硅铁和锰铁为原料，通过工艺条件和参数的合理选择，该方法可制备出质量优良的Inconel600合金管，所得合金管具有优异的外观和力学性能，能够替代目前市场上的Inconel600轧制管，可大大节约产品进口成本和采购周期，有利于Inconel600合金管的推广应用。

Description

一种Inconel600合金管的离心铸造方法

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种Inconel600合金管的离心铸造方法。

背景技术

Inconel600合金是一种典型的镍基合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接性能，广泛应用于钛白粉、石化、核电等领域。然而源于其合金材质特性，Inconel600合金管现阶段只能由轧制工艺加工而成。目前，材质优良的Inconel600合金管主要来自于进口，其价格昂贵，采购周期长，这些因素严重影响了Inconel600合金管的推广应用。

离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的模筒里，在离心力作用下填充模筒并固定成型的铸造方法。该方法有利于提高铸件晶粒度及其相关力学性能，是一种优异的金属构件铸造工艺。但是对Inconel600合金而言，其合金液体流动性差，不易成型，因此利用离心铸造工艺制造高质量的产品存在难度。有关Inconel600合金的离心铸造技术至今未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Inconel600合金管的离心铸造工艺，通过工艺条件和参数的合理选择，该方法制备的产品具有优异的物理和应用性能，可代替Inconel600轧制管，可大大节约成本和采购周期。

本发明采用中频电炉冶炼技术，具体采用如下技术方案。

一种Inconel600合金管的离心铸造方法，包括以下步骤：

（1）以金属铬、金属镍、Q235钢、硅铁和锰铁为原料，按照下述各元素比例进行称量配比以备用：基于原料总质量，C≤0.15%，Cr 14～17%，Fe 6～10%，Mn≤1.0%，Cu≤0.5%，Si≤0.5%，S≤0.015%, P≤0.015%,Ni余量；

（2）将原料和离心铸造用金属模筒在250℃左右烘烤半小时以上，去除吸附的水分；

（3）将金属镍、金属铬和Q235钢加入中频电炉熔炼，待温度达到1650～1670℃时出炉，然后加入硅铁和锰铁，得到合金液体；

（4）待合金液体冷却至1610～1630℃时，将其倒入转速为400～500r/min的模筒；

合金液体完全浇入后，在30s内将转速匀速升至1600～1650r/min，并在该转速保持15分钟；

随后使用循环水对模筒外表面进行降温，并在40s内匀速降至800～1000r/min，保持该转速5分钟，再在20s内降至300～500r/min，保持该转速5分钟，接着将转速缓慢降至0；

（5）待温度冷却至50℃以下，将模筒吊出，随后将成形的合金管段从模筒内取出，并对管段内外表面进行机加工，得到Inconel600合金管成品。

上述离心铸造方法中，原料镍符合GB/6516《电解镍》标准要求，原料铬符合GB3211《金属铬》的要求，原料Q235B符合GB/T700-2006的要求，原料硅铁符合GB/T2272-2009的要求，原料锰铁符合GB/T3795-2006的要求。

步骤（2）中，所述金属模筒的骑乘角为89～110°，内孔尺寸为OD+4mm （OD表示合金管产品外径）。金属模筒内壁预先喷刷有涂料，用于降低模筒所受的热冲击和调节系统的冷却速度，并且管段冷却后易于从筒内拔出。涂层厚度通常为0.8～1mm，可用涂料种类对本领域技术人员而言是容易确认的，本发明中，优选使用由30％（wt）硅藻土、15%（wt）硅微粉、5.0％（wt）钠基膨润土和50％（wt）水组成的涂料组合物。

步骤（3）中，因为硅、锰等元素易烧损，因此采用分步混合，将上述原料在浇注前加入。整个原料的熔炼和混合过程可以使用直读光谱仪对试样包进行化学成分分析，以确保化学成分达标。可采用本领域熟悉且公知的方法监控熔炼温度，如使用接触式热电偶测温。

步骤（4）中，可采用本领域熟悉且公知的方法测定合金液体温度，如采用红外线测温仪或接触式热电偶测温等。倒入的合金液体占模筒容积的百分比可根据合金管产品的厚度要求进行相应调整，一般而言，合金液体占模筒容积在20-60%之间，优选30-60%，更优选40-60%，特别优选50-60%。

步骤（5）中，合金管段形成后，通过后加工对其形貌和尺寸进行优化。一般而言，适用的加工步骤包括，但不限于，外表面车削、内表面镗孔等。管段内孔和外圆经机加工后，内孔尺寸控制为，外圆尺寸控制为，表面粗糙度不超过3.2μmRa。其中，ID和OD分别表示预设合金管产品的内孔和外圆尺寸大小，其误差数值范围的单位为mm。

另外，在知晓本发明上述方法的基础上，适用于本发明的离心机对本领域技术人员而言是容易确认的，例如，可采用由天水华荣铸造机械有限公司生产的型号为J5216HR的大型离心轧辊机。

本发明公开的离心铸造方法可制备出质量优良的Inconel600合金管，所得合金管具有优异的外观和力学性能，因而能够替代目前市场上的Inconel600轧制管，从而大大节约产品进口成本和采购周期，有利于Inconel600合金管的推广应用。

附图说明

图1为实施例中所用模筒的结构示意图。

图2为实施例中制得的合金管产品的实物图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

规格为φ273/φ193的Inconel600合金管的制备

（1）分别称取金属铬122kg、金属镍616kg、Q235钢60kg、硅铁20kg和锰铁30kg，备用；

（2）将原材料和离心铸造用的金属模筒在250℃下烘烤35min；其中，模筒骑乘角为92°，内孔尺寸φ277mm，且模筒内壁预先喷有均匀的、厚为0.8mm的由30重量％硅藻土、15重量%硅微粉、5.0重量％钠基膨润土和50重量％水组成的涂料。

（3）将金属镍、金属铬和Q235B钢放入中频电炉中熔炼，待温度达到1662℃时出炉，加入硅铁和锰铁，得到合金液体。

（4）合金液体温度为1620℃时，将其倒入转速为500r/min的模筒（结构可参见图1），合金液体体积占模筒容积的55%左右；

倒入合金液体后，在30s内将转速匀速升至1640r/min，在该转速保持15分钟；

随后使用循环水对模筒外表面进行降温，并在40s内匀速降至900r/min，保持该转速5分钟；

再在20s内降至320r/min，保持该转速5分钟，接着将转速缓慢降至0 。

（5）待温度冷却至50℃以下，将模筒吊出，然后将成形的合金管段从模筒内取出，并采用外车内镗(即，外表面车削、内表面镗孔)的方法对管段内外表面进行加工，最终得到外圆φ273.2mm和内孔φ192.6mm的成品。

性能检测和表征

对产品的结构和化学成分进行了测定，并采用气密性试验、水压试验、力学性能试验和渗透探伤对其性能进行测试。

（1）形貌和成分

图2为上述制备得到的合金管产品的实物图。目测结果表明，合金管成品表面形貌完好，无裂纹、气孔、夹渣、疏松等缺陷。

通过斯派克全元素直读光谱分析仪对其产品化学成分进行检测，结果如表1所示。

表1 合金管成品的化学成分

Inconel600

C

Ni

Cr

Si

Mn

Fe

Cu

S

P

标准值（%）

≤0.15

≥72

14-17

≤0.5

≤1.0

6-10

≤0.5

≤0.015

测试值（%）

0.08

75.83

15.28

0.42

0.85

7.52

0.015

0.003

0.002

根据以上检测结果可见，利用本发明所述离心铸造工艺得到的产品的化学成分符合ASME SB167 UNS NO6600要求。

（2）气密性试验

试验条件：试验压力为0.5～0.7MPa，稳压时间不低于3min，使用皂类起泡剂，皂类起泡剂中氯离子含量不超过20ppm，不允许有任何型式的渗漏。

试验结果：在0.7MPa下，稳压5min，没有发生任何型式的渗漏，符合试验要求。

（3）水压试验

试验条件：试验压力根据公式P=2St/D计算，其中P为水压试验压力（MPa），S为材料的许用压力（MPa），t为最小壁厚（mm），D为管子外径（mm），稳压时间不少于10min，试验用水应为洁净的饮用水，且温度不低于5℃，水中氯离子含量不超过20ppm，结果不允许有任何型式的泄漏。

试验结果：根据公式P=2St/D计算，水压试验压力为37Mpa，稳压时间15分钟，未发生任何型式的渗漏，水压试验合格。

（4）力学性能试验

根据GB/T228制备试样和试验，对产品的屈服强度、抗拉强度和伸长率进行了测试。从表2所示结果可以看出，产品的力学性能完全符合符合ASME SB167 UNS NO6600的要求。

表2 合金管产品的力学性能测试结果

Inconel600	屈服强度（MPa）	抗拉强度（MPa）	伸长率（%）
				标准值	≥170	≥515	≥35
测试值	180	530	37

（5）渗透探伤

根据GB11533对管段外表面进行100%渗透探伤，结果表明产品表面无任何缺陷，符合JB/T4730.5-2005Ⅰ级要求。

由上述实验可以看出，通过本发明所述的离心铸造方法，可以制备出质量优良的Inconel600合金管，产品具有优异的外观、结构和力学性能，其有望替代目前市场上的Inconel600轧制管，从而大大节约产品进口成本和采购周期，有利于Inconel600合金管的国产化和推广应用。

Claims

1.一种Inconel600合金管的离心铸造方法，包括以下步骤：

（1）以金属铬、金属镍、Q235钢、硅铁和锰铁为原料，按照下述各元素比例进行称量配比以备用：基于原料总质量，C≤0.15%，Cr 14～17%，Fe 6～10%，Mn≤1.0%，Cu≤0.5%，Si≤0.5%，S≤0.015%, P≤0.015%, Ni余量；

（2）将原料和离心铸造用金属模筒在250℃烘烤半小时以上，去除吸附的水分；

2.根据权利要求1所述的离心铸造方法，其特征在于：原料镍符合GB/6516《电解镍》标准要求，原料铬符合GB3211《金属铬》的要求，原料Q235B符合GB/T700-2006的要求，原料硅铁符合GB/T2272-2009的要求，原料锰铁符合GB/T3795-2006的要求。

3.根据权利要求1所述的离心铸造方法，其特征在于：步骤（2）中，所述金属模筒的骑乘角为89～110°，内孔尺寸为OD+4mm ，OD表示目标合金管产品外径；金属模筒内壁预先喷刷有涂料，涂层厚度为0.8～1mm。

4.根据权利要求3所述的离心铸造方法，其特征在于：所述涂料由30％（wt）硅藻土、15%（wt）硅微粉、5.0％（wt）钠基膨润土和50％（wt）水组成。

5.根据权利要求1所述的离心铸造方法，其特征在于：步骤（4）中，倒入的合金液体体积占模筒容积的20-60%。

6.根据权利要求1所述的离心铸造方法，其特征在于：所述机加工包括外表面车削和内表面镗孔。