CN113941694A - 一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，涉及耐磨铸铁管生产制造技术领域。该大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法包括的化学成分组成按质量百分比为：配料；熔炼；浇注；软化退火；粗加工；淬火；回火及精加工。本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，适用于大口径的耐磨铸铁管的生产。通过设定合理的各化学成分比例、喷涂厚度、型筒烘烤温度、离心浇铸机的G值等参数和浇注后及时进行保温处理，以免毛坯管产生裂纹等铸造缺陷，能够大大提高产品的质量，满足用户对大口径耐磨铸铁管的需求。

Description

一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法
技术领域
本发明涉及耐磨铸铁管生产制造技术领域，尤其是涉及一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法。
背景技术
铸铁是主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。铸铁的含碳量在2％以上，工业用铸铁一般含碳量为2.5％～3.5％。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。铸铁因其碳硅含量高、熔点低、流动性好，广泛用于生产各种铸件。
目前，耐磨铸铁管大部分为静态铸件，静态铸造材质的管径一般较小(直径一般在Φ500mm以内)，适用性较低。大口径耐磨铸铁管的硬度较高，铸件在生产过程中容易产生气孔、渣孔、缺肉和裂纹等铸造缺陷。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，解决了上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，主要可以包括如下步骤：
配料，各化学成分组成按质量百分比为：C 2.0-3.3％、Si≤1.2％、Mn≤2.0％、P≤0.10％、S≤0.06％、Ni≤2.5％、Cr 18.0％-23.0％、Mo≤3.0％和Cu≤1.2％，其余为Fe；
熔炼；
浇注，包括准备型筒、除锈、喷涂、造渣脱氧、造保护渣、设定离心浇铸机的G值、浇注和保温处理；喷涂时，喷涂温度为250-270℃，喷涂厚度为1.5-2.0mm；设定离心浇铸机的G值为70；浇注时，浇注速度为35-45kg/s；保温处理时，将浇注形成的毛坯热脱模后，立即将毛坯转运至热处理车间进行保温处理。
软化退火；
粗加工；
淬火；
回火；
及精加工。
在本发明的一些实施例中，软化退火包括如下步骤：
加热，升温速度为45℃/h；
保温，加热到350±10℃时，均温120min；
加热，升温速度为45℃/h；
保温，加热到350±10℃时，均温120min；
加热，升温速度为120℃/h；
保温，温度升到1000-1040℃时，保温60min/25mm。
炉冷；
保温，温度降至710±10℃时，保温360min；
炉冷：
及空冷，炉冷降温至550℃时，出炉空冷。
在本发明的一些实施例中，淬火包括如下步骤：
入炉，将大口径耐磨铸铁管放入炉中；
加热，温度小于或等于600℃时，升温速度为80℃/h；温度大于600℃时，升温速度120℃/h；
保温，加热到1050±10℃时，均温120min；
油冷，保温结束后，油冷至300℃出油；
及空冷，出油后空气中冷却。
在本发明的一些实施例中，油冷前油温小于60℃。
在本发明的一些实施例中，回火包括如下步骤：
入炉，将大口径耐磨铸铁管放入炉中；
加热，升温速度为45℃/h；
保温，升温至240±10℃后，保温360min；
及空冷，保温后出炉空冷。
在本发明的一些实施例中，上述离心浇铸机为卧式离心浇铸机。
在本发明的一些实施例中，在造渣脱氧时，先加热升温，当温度升至1500±20℃后，插入0.05％的铝块做沉淀脱氧，然后表面加石灰、萤石造渣，表面造渣过程重复4-5次。
在本发明的一些实施例中，在造保护渣时，出钢过程中加入0.15％稀土铈，随钢液混充入钢包内，出钢后往钢包中加入玻璃渣及萤石，搅拌待其充分熔化后，钢包镇静2-4分钟，待温度达到1450±10℃开始浇注。
本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明实施例提供一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，包括如下步骤：配料，各化学成分组成按质量百分比为：C 2.0-3.3％、Si≤1.2％、Mn≤2.0％、P≤0.10％、S≤0.06％、Ni≤2.5％、Cr 18.0％-23.0％、Mo≤3.0％和Cu≤1.2％，其余为Fe；熔炼；浇注，包括准备型筒、除锈、喷涂、造渣脱氧、造保护渣、设定离心浇铸机的G值、浇注和保温处理；喷涂时，喷涂温度为250-270℃，喷涂厚度为1.5-2.0mm；设定离心浇铸机的G值为70；浇注时，浇注速度为35-45kg/s；保温处理时，将浇注形成的毛坯热脱模后，立即将毛坯转运至热处理车间进行保温处理；软化退火；粗加工；淬火；回火及精加工。本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，适用于大口径的耐磨铸铁管的生产。通过设定合理的各化学成分比例、喷涂厚度、型筒烘烤温度、离心浇铸机的G值等参数和浇注后及时进行保温处理，以免毛坯管产生裂纹等铸造缺陷，能够大大提高产品的质量，满足用户对大口径耐磨铸铁管的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管精加工后的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管粗加工后的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管的生产在软化退火时，时间和温度的关系示意图；
图5为本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管的生产在淬火时，时间和温度的关系示意图；
图6为本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管的生产在回火时，时间和温度的关系示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合附图1-6对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
请参照图1和图2，图1所示为大口径耐磨铸铁管精加工后的结构示意图，图2所示为大口径耐磨铸铁管粗加工后的结构示意图。本发明实施例提供了一种大口径耐磨铸铁管，其化学成分组成按质量百分比为：C 2.0-3.3％、Si≤1.2％、Mn≤2.0％、P≤0.10％、S≤0.06％、Ni≤2.5％、Cr 18.0％-23.0％、Mo≤3.0％和Cu≤1.2％。
通过增加Cr的含量，以提高铸件的耐磨性。通过对Ni和Mo等成分含量的合理设置，以及将S和P等有害元素的含量控制在较低的范围，能够有效预防大口径耐磨铸铁管生产过程中裂纹的产生。
现有技术中，耐磨铸铁管大部分为静态铸件，静态铸造材质的管径一般较小(一般直径在φ500mm以内)适用性较低。大口径耐磨铸铁管的硬度较高，铸件在生产过程中容易产生气孔、渣孔、缺肉和裂纹等铸造缺陷。本发明实施例提供的大口径耐磨铸铁管，采用离心铸造工艺制成，大口径耐磨铸铁管的直径能够达到φ300-Φ1500mm。
请参照图1-图6，图3所示为大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法的流程示意图，图4所示为大口径耐磨铸铁管的生产在软化退火时，时间和温度的关系示意图，图5所示为大口径耐磨铸铁管的生产在淬火时，时间和温度的关系示意图，图6所示为大口径耐磨铸铁管的生产在回火时，时间和温度的关系示意图。本发明实施例提供一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，以制备上述大口径耐磨铸铁管。该大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法主要可以包括：步骤一-步骤七。
步骤一：配料。
按照下表配料(质量百分比)：
表一：
C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu
2.0-3.3％ ≤1.2％ ≤2.0％ ≤0.10％ ≤0.06％ ≤2.5％ 18.0％-23.0％ ≤3.0％ ≤1.2％
通过增加Cr的含量，以提高大口径耐磨铸铁管的耐磨性。通过对Ni和Mo等成分含量的合理设置，以及将S和P等有害元素的含量控制在较低的范围，能够有效预防大口径耐磨铸铁管生产过程中裂纹的产生。
步骤二：熔炼，根据表一中的组分比例，将准备好的材料熔炼成液体(钢液)。
更具体的是，配料后的熔炼通过中频感应炉实现。
步骤三：浇注。
1.准备型筒(模具)：根据大口径耐磨铸铁管，选用型筒。将型筒烘烤至340±10℃，备用。
2.除锈：先祛除型筒内壁上的锈渍、粘接的涂料等杂物，再将型筒冲刷干净，方便喷涂。
3.喷涂：喷涂温度在250-270℃之间，喷涂厚度为1.5-2.0mm。考虑浇注温度应低于普通不锈钢，可调高喷涂温度至250-270℃之间，喷涂厚度降至1.5-2.0mm。
4.造渣脱氧：加热升温，当温度升至1500±20℃后，插入0.05％的铝块做沉淀脱氧，然后表面加石灰、萤石造渣，表面造渣过程重复4-5次，至白渣并保持。
5.造保护渣：出钢过程中加入0.15％稀土铈，随钢液混充入钢包内，出钢后往钢包中加入玻璃渣及萤石，搅拌待其充分熔化后，钢包镇静2-4分钟，待温度达到1450±10℃开始浇注。
加入0.15％稀土铈，能够有效预防大口径耐磨铸铁管生产时，产生裂纹。
6.设定离心浇铸机的G值：设定离心浇铸机的G值为70。减少大口径耐磨铸铁管因型筒振幅太大，而可能产生的裂纹。
本实施例中，大口径耐磨铸铁管的浇注通过卧式离心浇铸机实现，其他实施例中，也可采用立式离心浇铸机。
5.浇注：控制钢液浇注速度为35-45kg/s。
6.保温处理：将浇注形成的毛坯热脱模后，立即转运至热处理车间进行保温处理。
与现有技术不同的是，通过设定合理的各化学成分比例、喷涂厚度、型筒烘烤温度、离心浇铸机的G值等参数和浇注后及时进行保温处理，以免毛坯管产生裂纹、夹渣、夹砂、冷隔、气孔、缩孔、缩松或缺肉等铸造缺陷。
步骤四：软化退火。
请参照图4，在对大口径耐磨铸铁管粗加工后进行软化退火，主要可以包括如下步骤：
(1).加热：升温段①升温速度为45℃/h(从常温开始加热)。加热过快或不可控，易形成热裂，因此需要设置合理的升温速度。
(2).保温：大口径耐磨铸铁管加热到A段(350±10℃)时，均温120min。
(3).加热：升温段②升温速度为45℃/h。
(4).保温：大口径耐磨铸铁管加热到B段(650±10℃)时，均温120min。
(5).加热：升温段③升温速度为120℃/h。大口径耐磨铸铁管温度达到650℃后，可以加快加热速度，此时不易产生热烈。
(6).保温：温度升到C段(1000-1040℃)时，保温60min/25mm。保温60min/25mm的含义是，根据大口径耐磨铸铁管的壁厚来制定保温时间，如果壁厚是25mm，则保温60min，如果壁厚是50mm，则保温120min，以此类推。C段保温温度达到奥氏体化，此时，渗碳物大部分转变回奥氏体。
(7).炉冷：④段大口径耐磨铸铁管炉冷(热处理炉不同，冷却速度差别可能较大)。
(8).保温：温度降至D段(710±10℃)时保温360min。在D段(710±10℃)保温，使碳化物析出并球化，以便降低大口径耐磨铸铁管的硬度。
(9).炉冷：保温四后，大口径耐磨铸铁管在⑤段再次炉冷。
(10).空冷，降温至550℃时，⑥段大口径耐磨铸铁管出炉空冷。
大口径耐磨铸铁管处于软化退火状态时的硬度能够达到HRC≤41，HB≤400，方便加工。
步骤五：粗加工。
如图2所示，图2所示为大口径耐磨铸铁管粗加工后的结构示意图。大口径耐磨铸铁管经软化退火后，其内外表面硬度降低，便于加工，此时大口径耐磨铸铁管可进行粗加工。机加工后应检查大口径耐磨铸铁管是否有裂痕。
步骤六：淬火和回火。
1.淬火：
请参照图5，在对大口径耐磨铸铁管软化退火后进行淬火，主要可以包括如下步骤：
(1).入炉(热处理炉)：将大口径耐磨铸铁管放入炉中。
(2).加热：升温段①：温度小于或等于600℃是，升温速度为80℃/h(从常温开始加热)；升温段②：温度大于600℃时，升温速度为120℃/h。加热过快或不可控，易形成热裂。
(3).保温：大口径耐磨铸铁管加热到A段(1050±10℃)时，均温120min。
(4).油冷，保温结束后，油冷至300℃出油，时间大约为1min。中途45秒时可出油检测管壁温度。油冷前油温应小于60℃。
(5).空冷，出油后空气中冷却，空冷到常温后回火。
通过淬火能够提高大口径耐磨铸铁管的耐磨性。
2.回火：请参照图6，在对大口径耐磨铸铁管淬火后进行回火，主要可以包括如下步骤：
(1).入炉：将大口径耐磨铸铁管放入炉中。
(2).加热：升温段①升温速度为45℃/h(从常温开始加热)。
(3).保温：升温至240±10℃后保温360min。
(4).空冷，保温后大口径耐磨铸铁管出炉空冷。
大口径耐磨铸铁管处于软化退火状态时的硬度能够达到HRC≤41，HB≤400，方便加工。
步骤七：大口径耐磨铸铁管回火后，按照图纸的相应尺寸对其进行精加工。
回火后大口径耐磨铸铁管硬度能够达到HRC62±2。大口径耐磨铸铁管处于硬化态或硬化态并去应力处理后，硬度能够达到HRC≥58，HB≥650。
大口径耐磨铸铁管在上述加工过程中，不同阶段的检测硬度如下表：
表二
Figure BDA0002584811760000081
Figure BDA0002584811760000091
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
配料，各化学成分组成按质量百分比为：C 2.0-3.3％、Si≤1.2％、Mn≤2.0％、P≤0.10％、S≤0.06％、Ni≤2.5％、Cr 18.0％-23.0％、Mo≤3.0％和Cu≤1.2％，其余为Fe；
熔炼；
浇注，包括准备型筒、除锈、喷涂、造渣脱氧、造保护渣、设定离心浇铸机的G值、浇注和保温处理；喷涂时，喷涂温度为250-270℃，喷涂厚度为1.5-2.0mm；设定离心浇铸机的G值为70；浇注时，浇注速度为35-45kg/s；保温处理时，将浇注形成的毛坯热脱模后，立即将毛坯转运至热处理车间进行保温处理；
软化退火；
粗加工；
淬火；
回火；
及精加工。
2.根据权利要求1所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，软化退火包括如下步骤：
加热，升温速度为45℃/h；
保温，加热到350±10℃时，均温120min；
加热，升温速度为45℃/h；
保温，加热到350±10℃时，均温120min；
加热，升温速度为120℃/h；
保温，温度升到1000-1040℃时，保温60min/25mm；
炉冷；
保温，温度降至710±10℃时，保温360min；
炉冷；
及空冷，炉冷降温至550℃时，出炉空冷。
3.根据权利要求1所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，淬火包括如下步骤：
入炉；
加热，温度小于或等于600℃时，升温速度为80℃/h；温度大于600℃时，升温速度120℃/h；
保温，加热到1050±10℃时，均温120min；
油冷，保温结束后，油冷至300℃出油；
及空冷，出油后空气中冷却。
4.根据权利要求1所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，油冷前油温小于60℃。
5.根据权利要求1所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，回火包括如下步骤：
入炉；
加热，升温速度为45℃/h；
保温，升温至240±10℃后，保温360min；
及空冷，保温后出炉空冷。
6.根据权利要求1所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，离心浇铸机为卧式离心浇铸机。
7.根据权利要求1-6任一项所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，造渣脱氧时，先加热升温，当温度升至1500±20℃后，插入0.05％的铝块做沉淀脱氧，然后表面加石灰、萤石造渣，表面造渣过程重复4-5次。
8.根据权利要求1-6任一项所述的大口径耐磨铸铁管的离心铸造方法，其特征在于，造保护渣时，出钢过程中加入0.15％稀土铈，随钢液混充入钢包内，出钢后往钢包中加入玻璃渣及萤石，搅拌待其充分熔化后，钢包镇静2-4分钟，待温度达到1450±10℃开始浇注。
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