CN1565775A - 一种双金属复合管的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种双金属复合管，尤其是涉及到抗磨、耐蚀工况下一种双金属复合管的生产工艺，使用该生产工艺，可以使双金属复合管管件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能较高，能最大限度地发挥抗磨、耐蚀材料的潜力，延长管道维修周期，降低设备运行成本。还可通过切割、焊接，得到各种规格的弯管，满足曲线管路的布置要求。该双金属复合管是经炉料配备、冶炼、铸造、热处理等加工工艺所形成。

Description

一种双金属复合管的生产工艺

技术领域：本发明技术涉及到一种双金属复合管，尤其是涉及到一种双金属复合管的生产工艺。

背景技术：据统计，国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上，耐腐蚀材料120万吨。近年来，针对设备磨损的具体工况和资源情况，研制出多种新型耐磨材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列，高、中、低碳耐磨合金钢系列，抗磨白口铸铁系列，抗磨球墨铸铁，复合耐磨材料，表面技术处理的耐磨材料等。耐蚀材料除传统的不锈钢外，高硅耐蚀铸铁等亦应用较广，但前者制作成本高，后者综合机械性能较差。

双金属复合管离心铸造是指把两种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，采用离心铸造方法先后浇入同一铸型内，使之成为能够满足使用要求的完整的双金属复合管。它的不同部位具有不同的性能，通常其基体层(外层)合金具有较高的力学性能，而内层合金则具有抗磨、耐蚀等特殊使用性能。目前，抗磨双金属复合管的制作工艺采用外部钢管，内衬高铬铸铁制成，这种工艺方法存在两种合金过渡层熔合不良等缺陷。

发明内容：双金属复合管根据其内衬材料的不同，广泛应用于抗磨、耐蚀工况下流体介质和物料的输送。本发明的生产工艺是：先往铸型内注入碳钢钢液，间隔一定时间后再注入高铬铸铁铁液(或高硅耐蚀铁液)，过渡层的液体在碳钢层已存在的奥氏体晶体的结晶前沿或在悬浮的夹杂物、氧化膜的界面形核长大。在过渡层区内，正在生长着的奥氏体晶体边缘的前方富集着各种杂质，引起成分过冷，促使其凸部加速长大，呈树枝状连续生长。当结晶即将终了时，高铬铸铁的液体过渡层金属的结晶前沿为结晶基面，成核长大。这种生长方式将使碳钢中的奥氏体、高铬铸铁中的初生奥氏体结合起来，构成连续的奥氏体晶体骨架，得到了结合紧密的双金属复合管铸件。

本发明技术有别于传统外壁钢管内衬高铬铸铁(或高硅耐蚀铸铁)工艺，提高了材料的抗弯强度，尤其显著提高了材料的挠度值，使复合管具有塑性材料的特征，从而运行安全得到保证。

其生产工艺如下：

1、金属液的熔炼

A按碳钢氧化法冶炼工艺冶炼基体层碳钢液，采用电炉冶炼，整个冶炼过程由熔化期、氧化期、还原期、出钢镇静四个工步组成，在冶炼过程中，采用了熔氧结合工艺，熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了，即将熔化期与氧化期结合为一个连续过程，在熔氧期还采用脱P剂造渣，同时由于连续的吹氧操作，可以在氧化末期获得较高的钢液温度，还原期的主要任务是有效地脱氧、脱硫，并调整好化学成份和钢液温度，使之达到出钢要求；

B按高合金不氧化法冶炼工艺冶炼抗磨层高铬铸铁铁液，炉料主要由高铬铸铁返回料、碳素废钢、低硅生铁和高碳铬铁组成，钼以钼铁或氧化钼加入，钢以电解铜加入；炉料通常在全装料后熔化，为避免铬(硅、铜)的烧损，铬铁(硅、铜)应在最后加入；高硅耐蚀铸铁经冲天炉合料后采用上述不氧化法冶炼；高铬(高硅)铸铁可在任何电炉中熔炼，炉衬可以是碱性、酸性或中性的。在感应炉中，因为熔池本身有搅拌作用，熔化温度达1480℃即可；

2、离心铸型

A工艺参数

采用滚筒式离心铸造机，设计离心铸型时应根据合金种类、铸件的收缩率、铸件的尺寸精度、铸造斜度、切割余量以及铸型特点进行设计；

B铸型类型

采用滚筒式金属型离心铸型，铸型材质为20CrMo；

C铸型各组成部分结构设计

按滚筒式离心铸造金属铸型设计固定形式、铸型型体、铸型端盖、端盖紧固装置、铸型的滚道和定位，为保证浇注时外层钢液冷却速度不致于太快，铸型一般不采用水冷却，铸型端盖结构尺寸按内层合金内径设计；

3、离心铸造工艺

A铸型转速

铸型转速是离心铸造碳钢—高铬铸铁(高硅耐蚀铸铁)双金属复合管的重要工艺控制因素之一，过低的转速不能保证外层金属与内层金属的充分熔合，即不能获得性能优越的过渡层；而过高的转速则可能使铸件出现裂纹、偏析等缺陷；

铸型转速的常用经验公式如下：

$n=\mathrm{\β}\frac{55200}{{\left({\mathrm{rr}}_0\right)}^{1/2}}$

式中n—铸型转速(r/min)

    r—铸件合金重度(N/m³)

    r₀—铸件内半径(m)

    β—修正系数，β＝0.8～1.5，具体取值为：铸钢层β＝1.0～1.3

铸铁层β＝1.2～1.5

以离心铸造φ426碳钢—高铬铸铁双金属复合管，基体层和抗磨层厚度均为10mm为例：

铸钢层，取r＝7.85×9.8×10³N/m³，铸型转速为n＝442-574r/min

铸铁层，取r＝7.7×98×10³N/m。铸型转速为n＝549-686r/min

因此，在铸型转速达442-574r/min浇注钢液后，可加速到549-686r/min后浇注铁液。

B浇注系统

离心铸造碳钢—高铬铸铁双金属复合管，为防止金属流经浇注系统时发生氧化、吸气及降温过多，宜采用管式浇注杯。金属液流应沿铸型旋转方向切向引入。

浇铸管口内径较小、长度较短的复合管时，可以从同一浇注杯先后浇入基体层及抗磨层金属液。浇铸管口内径较大、长度较长的复合管时可从两侧或中间先后浇入两种金属液。

C浇注定量

双金属复合管的两层金属厚度应由浇注金属液的重量决定，离心浇注时控制浇入型内的金属液量，可以采用数字显示遥控吊秤定量计量浇入型内的金属液重量或进行保温感应炉电磁泵定量浇注。

D离心金属型涂料

离心金属铸型涂料层可采用覆砂或涂挂形成。将滚筒式离心金属铸型在加热炉中预热至300℃左右，出炉吊至卧式离心机上，低速转动金属铸型，将树脂覆膜砂沿金属铸型轴线等速倾倒入铸型内，依靠铸型热量将覆砂膜均匀粘结覆盖至铸型内表面，厚度3-4nm；或者采用水基锆英粉涂料，利用压缩空气沿铸型轴线均匀喷涂至铸型内表面，厚度约1mm，利用烘房加热干燥涂料。

E浇注工艺

碳钢钢液及高铬铸铁铸铁液按先后次序通过同一浇道或各自的浇道注入同一铸型内，在两种合金之间形成过渡层并相互熔融，形成完整的管铸件，其使用性能除取决于两种合金本身的性能外，更主要地取决于两种合金材料结合质量的好坏。为保证两种合金材料的结合质量，两种合金液体的浇注时间需要保持一定的时间间隔。以保证基体层内表温度适合内衬层的结晶要求，浇注工艺的关键是严格控制两种合金液体的浇注温度。

一般地，钢层表面温度达到1100℃-1300℃可浇注铁液。钢液的表面温度与钢液的浇注温度、钢层厚度铸型的散热条件有关。钢层表面温度可采用红外测温枪测量。

此外，应控制两种液体的浇注温度，一般钢液的出钢温度约为1620-1640℃，浇注温度约为1520-1540℃；高铬铸铁的出铁温度约为1450-1470℃，浇注温度约为1380-1400℃。浇注速度以采用快浇为宜。

F铸件脱型

离心铸造碳钢—高铬铸铁双金属复合管时，因铸型冷却速度快，高铬铸铁裂纹倾向大，脱型后铸件应立即放入保温炉或埋入砂中逐渐降温。

4.碳钢—高铬铸铁双金属复合管铸件的热处理

为了获得良好的抗磨性能，碳钢—高铬铸铁双金属复合管铸件的内衬抗磨层金相组织必须是全马氏体组织的基体。为此，双金属复合管铸件的热处理，工艺均按抗磨层材料确定，采取淬火后回火的热处理工艺较为适宜。

在碳钢—高铬铸铁双金属复合管脱型后的首次加热过程中，加热太快或加热不均造成的热应力与铸态形成的相当高的残留应力将叠加起来，其结果极易导致冷裂。因此必须严格控制升温速度，实践证明，复合铸管的加热速度不大于70℃/h。

必须根据铸件的厚度确定淬火加热温度，才能得到高的硬度。此外，即使在空气中冷却的高铬铸铁件，也存在着较大的内应力，应该尽快地进行回火处理。

6.碳钢—高铬铸铁双金属复合弯管制造

利用无齿锯、特殊刀具或等离子切割设备将离心铸造生产的碳钢—高铬铸铁(高硅耐蚀铸铁)双金属复合直管切割一定形状的各段，可拼装焊接成所需角度的弯管。

Claims (1)

1、一种双金属复合管的生产工艺，

(1)炉料配备及金属液的冶炼

按碳钢氧化法冶炼工艺冶炼基体层碳钢钢液，以碳素钢的钢锭切头或边角料为主要炉料；辅以低P、S含量的铁合金采用电炉进行熔炼；按高合金不氧化法冶炼工艺冶炼抗磨、耐蚀层高铬铸铁或高硅耐蚀铸铁；炉料主要由高铬铸铁返回料、碳素废钢、低硅生铁和高碳铬铁等组成，钼以钼铁或氧化钼加入，铜以电解铜加入；炉料通常在全装料后熔化，为避免铬(硅、铜)的烧损，铬铁(硅、铜)应在最后加入；

(2)离心铸型

a、采用滚筒式金属离心铸型；

b、铸型材质为20CrMo；

(3)离心铸造工艺

a、铸型涂料层采用覆砂或涂挂水基涂料形成；

b、采用数显遥控电子吊秤定量计量浇入型内的金属液重量；

c、铸型转速的常用经验公式如下：

$n=\mathrm{\β}\frac{55200}{{\left(r{r}_0\right)}^{1/2}}$

式中n——铸型转速(r/min)

    r——铸件合金重度

    r₀——铸件内半径(m)

(4)热处理工艺

对浇注的产品进行淬火。