CN108372281A - 一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，涉及金属铸造技术领域。按照重量百分比称取不锈钢和碳钢原料，所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，在混合浇铸液温度为1630～1650℃时取出，将混合浇铸液浇铸进离心浇铸机模具的模具型腔内，启动离心浇铸机，在浇铸冷却完成之后，取出完成的毛坯管材，进行硬化处理，之后取出毛坯管材进行磨光和平头处理，即可获得成品管材。该基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，能够同时具备不锈钢的防锈能力和碳钢的高硬度，具有较好的耐疲劳强度，能够避免成品钢材在使用过程中生锈，具有良好的抗裂变能力，极大的提高了产品的寿命。

Description

一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法
技术领域
本发明涉及金属铸造技术领域，具体为一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法。
背景技术
管材就是用于做管件的材料，不同的管件要用不同的管材，管材的好坏直接决定了管件的质量，建筑工程、电厂和化工厂等多用此类管材，输送流体用无缝钢管、低压锅炉用无缝钢管、石油裂化用无缝钢管和流体输送用不锈钢无缝钢管，常见材质有合金、碳钢和不锈钢。
传统的管材普遍使采用一种单独的金属制成，铝合金管材虽然能够有效的避免生锈，耐腐蚀，碳钢管材，自身硬度较高，对于不同生产企业的需求会选择不同类型的管材，但以上两种管材均不能同时具备避免生锈、耐腐蚀和自身强度高的优点，无法满足产业的需求，为此，我们提供了一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法。
发明内容
本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，它具有自身硬度较高，其能够有效避免腐蚀生锈的优点，解决了现有管材能够避免生锈和硬度高不能同时存在的问题。
本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：其浇铸方法包括如下步骤：
S1，按照重量百分比称取不锈钢和碳钢原料，所述不锈钢的原料和碳钢的原料比例为2:1；
S2，将步骤S1中所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，备用；
S3，将离心机模具升温至300～350℃，然后将步骤S2中熔铸完成的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液依次注入离心机模具的模具型腔内，启动离心机，利用离心力将管材浇铸成型，并在冷却完成后将获得的毛坯管材取出；
S4，对步骤S3中获得毛坯管材进行硬化处理，获得半成品管材；
S5，对步骤S4中获得半成品管材进行磨边和平头处理，获得成品管材。
进一步的，所述步骤S1中不锈钢采用1Cr17不锈钢，1Cr17不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C ：0.12%，Si：≤0.75%，Mn：≤1.00%，S ：≤0．030%，P ：≤0.035%，Cr：16.00～18.00%，Ni：允许含有≤0.60%，余量为铁。
通过采用上述技术方案，使混合刚才具备1Cr1不锈钢的防锈能力，从而避免成品钢材在使用过程中生锈，影响整体使用寿命。
进一步的，所述步骤S1中碳钢采用S25C碳钢，S25C碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C:0.22～0.28%，Si:0.15～0.35%，Mn:0.3～0.6%，P<0.03%，S<0.03%，余量为铁。
通过采用上述技术方案，使混合管材具备S25C碳钢的高硬度，不易变形弯曲，具有良好的抗裂变能力。
进一步的，所述步骤S2中的熔铸包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空熔炉内的真空度为1～1.5Pa。
通过采用上述技术方案，能够有效降低混合浇铸液中内部气体含量，提高混合浇铸液的纯净度。
进一步的，所述步骤S2中所得到的混合熔铸液温度为1630～1650℃之间。
通过采用上述技术方案，通过对浇铸温度的控制，能够使不锈钢和碳钢成分混合更加均匀。
进一步的，所述步骤S4中硬化处理方法为：将毛坯管材放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2～10-3 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之混合气体，调整炉内达1～10 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用。
通过采用上述技术方案，使混合管材具有较好的疲劳强度，而且耐蚀性较好。
与现有技术相比，该基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法具备以下有益效果：
1、本发明采用该方法生产出的不锈钢和碳钢双金属混合管材，通过1Cr17不锈钢的融入，能够使利用此方法制作出的混合管材具备了1Cr17不锈钢的防锈能力，从而避免成品钢材在使用过程中生锈，影响整体使用寿命。
2、本发明采用该方法生产出的不锈钢和碳钢双金属混合管材，通过S25C碳钢的融入，能够使利用此方法制作出的混合管材有效利用S25C碳钢的高硬度能力，使其在使用过程中不易变形弯曲，具有良好的抗裂变能力。
3、本发明采用的硬化处理，利用辉光放电现象，将含氮气体电离后产生的氮离子轰击零件表面加热并进行氮化，获得表面渗氮层，能够使混合管材具有较好的疲劳强度，而且耐蚀性较好。
4、本发明所得的管材与现有的管材相比，能够同时具备不锈钢的防锈能力和碳钢的高硬度，极大的提高了产品的实用性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，制作方法包括以下步骤：
S1，按照重量百分比称取不锈钢（其成分为C ：0.12%，Si：0.74%，Mn：0.90%，S ：0.025%，P ：0.030%，Cr：16.00%，Ni：允许含有0.55%，余量为铁）和碳钢原料（其成分为C：0.22%，Si：0.15%，Mn：0.3%，P：0.025%，S:0.025%，余量为铁），不锈钢的原料和碳钢的原料比例为2:1；
S2，将步骤S1中所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，真空熔炉内的真空度为1Pa,备用；
S3，将离心机模具升温至300℃，然后将步骤S2中熔铸完成的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液依次注入离心机模具的模具型腔内，启动离心机，利用离心力将管材浇铸成型，并在冷却完成后将获得的毛坯管材取出；
S4，对步骤S3中获得毛坯管材进行硬化处理，将毛坯管材放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之混合气体，调整炉内达1 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用,获得半成品管材；
S5，对步骤S4中获得半成品管材进行磨边和平头处理，获得成品管材。
实施例2
一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，制作方法包括以下步骤：
S1，按照重量百分比称取不锈钢（其成分为C ：0.12%，Si：0.73%，Mn：0.80%，S ：0.024%，P ：0.029%，Cr：16.60%，Ni：允许含有0.40%，余量为铁）和碳钢原料（其成分为C：0.24%，Si：0.17%，Mn：0.36%，P：0.24%，S：0.24%，余量为铁），不锈钢的原料和碳钢的原料比例为2:1；
S2，将步骤S1中所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，真空熔炉内的真空度为1.1Pa，备用；
S3，将离心机模具升温至320℃，然后将步骤S2中熔铸完成的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液依次注入离心机模具的模具型腔内，启动离心机，利用离心力将管材浇铸成型，并在冷却完成后将获得的毛坯管材取出；
S4，对步骤S3中获得毛坯管材进行硬化处理，将毛坯管材放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2.2 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之混合气体，调整炉内达2 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用，获得半成品管材；
S5，对步骤S4中获得半成品管材进行磨边和平头处理，获得成品管材。
实施例3
一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，制作方法包括以下步骤：
S1，按照重量百分比称取不锈钢（其成分为C ：0.12%，Si：0.70%，Mn：0.70%，S ：0.023%，P ：0.028%，Cr：16.70%，Ni：允许含有0.30%，余量为铁）和碳钢原料（其成分为C：0.25%，Si：0.18%，Mn：0.37%，P:0.25%，S:0.25%，余量为铁），不锈钢的原料和碳钢的原料比例为2:1；
S2，将步骤S1中所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，真空熔炉内的真空度为1.2Pa，备用；
S3，将离心机模具升温至330℃，然后将步骤S2中熔铸完成的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液依次注入离心机模具的模具型腔内，启动离心机，利用离心力将管材浇铸成型，并在冷却完成后将获得的毛坯管材取出；
S4，对步骤S3中获得毛坯管材进行硬化处理，将毛坯管材放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2.3 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之混合气体，调整炉内达3 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用，获得半成品管材；
S5，对步骤S4中获得半成品管材进行磨边和平头处理，获得成品管材。
实施例4
一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，制作方法包括以下步骤：
S1，按照重量百分比称取不锈钢（其成分为C ：0.12%，Si：0.75%，Mn：0.90%，S ：0.03%，P ：0.035%，Cr：18%，Ni：允许含有0.60%，余量为铁）和碳钢原料（其成分为C：0.28%，Si：0.35%，Mn：0.6%，P:0.26%，S:0.26%，余量为铁），不锈钢的原料和碳钢的原料比例为2:1；
S2，将步骤S1中所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，真空熔炉内的真空度为1.5Pa，备用；
S3，将离心机模具升温至350℃，然后将步骤S2中熔铸完成的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液依次注入离心机模具的模具型腔内，启动离心机，利用离心力将管材浇铸成型，并在冷却完成后将获得的毛坯管材取出；
S4，对步骤S3中获得毛坯管材进行硬化处理，将毛坯管材放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-3 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之混合气体，调整炉内达10 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用，获得半成品管材；
S5，对步骤S4中获得半成品管材进行磨边和平头处理，获得成品管材。
随机取得不锈钢和碳钢双金属混合液的管材样本，对样本进行抗拉强度和硬度测试，测试结果如表1。
通过上表可以发现，通过该方案方法制作的不锈钢和碳钢双金属混合液的管材样本的抗拉强度、硬度、疲劳强度和耐腐蚀能力均比现有技术中的产品提高了很多。
与现有技术比较具有以下有益效果：
1、本发明采用该方法生产出的不锈钢和碳钢双金属混合管材，通过1Cr17不锈钢的融入，能够使利用此方法制作出的混合管材具备了1Cr17不锈钢的防锈能力，从而避免成品钢材在使用过程中生锈，影响整体使用寿命。
2、本发明采用该方法生产出的不锈钢和碳钢双金属混合管材，通过S25C碳钢的融入，能够使利用此方法制作出的混合管材有效利用S25C碳钢的高硬度能力，使其在使用过程中不易变形弯曲，具有良好的抗裂变能力。
3、本发明采用的硬化处理，利用辉光放电现象，将含氮气体电离后产生的氮离子轰击零件表面加热并进行氮化，获得表面渗氮层，能够使混合管材具有较好的疲劳强度，而且耐蚀性较好。
4、本发明所得的管材与现有的管材相比，能够同时具备不锈钢的防锈能力和碳钢的高硬度，极大的提高了产品的实用性。
在本发明的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。需要说明的是，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：其浇铸方法包括如下步骤：
S1，按照重量百分比称取不锈钢和碳钢原料，所述不锈钢的原料和碳钢的原料比例为2:1；
S2，将步骤S1中所称取的不锈钢原料和碳钢原料分别放入两个熔铸炉内部熔铸成浇铸液，备用；
S3，将离心机模具升温至300～350℃，然后将步骤S2中熔铸完成的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液依次注入离心机模具的模具型腔内，启动离心机，利用离心力将管材浇铸成型，并在冷却完成后将获得的毛坯管材取出；
S4，对步骤S3中获得毛坯管材进行硬化处理，获得半成品管材；
S5，对步骤S4中获得半成品管材进行磨边和平头处理，获得成品管材。
2.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：所述步骤S1中不锈钢采用1Cr17不锈钢，1Cr17不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C ：0.12%，Si：≤0.75%，Mn：≤1.00%，S ：≤0.030%，P ：≤0.035%，Cr：16.00～18.00%，Ni：允许含有≤0.60%，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：所述步骤S1中碳钢采用S25C碳钢，S25C碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C：0.22～0.28%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.3～0.6%，P<0.03%，S<0.03%，余量为铁。
4.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：所述步骤S2中的熔铸包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空熔炉内的真空度为1～1.5Pa。
5.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：所述步骤S2中所得到的不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液温度为1630～1650℃之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢和碳钢双金属混合液的管材浇铸方法，其特征在于：所述步骤S4中硬化处理方法为：将毛坯管材放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2～10-3 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之混合气体，调整炉内达1～10 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用。
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