離心鑄造不銹鋼管的工藝研究

錢(qián)長(zhǎng)華

摘要：隨著耐熱不銹鋼管在我國(guó)熱處理爐等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)耐熱不銹鋼管的需求量也日益增加，且用戶(hù)對(duì)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，本文就離心鑄造不銹鋼管的工藝確定和常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及措施做了詳細(xì)的闡述，以提高離心鑄造不銹鋼管的整體制造水平。

關(guān)鍵詞：離心鑄造；不銹鋼管；工藝

引言

隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，伴隨著熱處理爐的使用也增多，對(duì)耐熱和高質(zhì)量不銹鋼管的需求量日益增多。這類(lèi)鋼管最常用的鋼號(hào)是1Cr18Ni9Ti不銹鋼，我國(guó)傳統(tǒng)制造不銹鋼管的工藝是，用電渣重熔實(shí)心錠做成的實(shí)心不銹鋼管坯料，經(jīng)鏜床加工成不銹鋼管，此方法的材料利用率較低，且工序較多；而采用離心鑄造耐熱不銹鋼管的工藝，制造出的不銹鋼管，其組織特點(diǎn)是存有大量的二次析出碳化物，此組織緊密，成分均勻，金屬缺陷較少，可滿(mǎn)足用戶(hù)的高質(zhì)量要求。現(xiàn)如今此制造工藝已被廣泛使用。

在熱處理領(lǐng)域，直徑150mm的耐熱不銹鋼是此工藝的核心，此類(lèi)鋼管不僅要耐高溫和耐腐蝕，還需承受20至30MPa的壓力，對(duì)于壁厚和管徑之比為1：15的鋼管來(lái)說(shuō)，其管壁需承受15-20N/mm2的張應(yīng)力，這類(lèi)鋼管通常需要很高的蠕變強(qiáng)度。而離心澆鑄是根據(jù)不同金屬元素的質(zhì)點(diǎn)不同，在不同轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生離心力的作用下會(huì)呈現(xiàn)出類(lèi)似于分層的現(xiàn)象，這種澆鑄法通常可得到高的蠕變強(qiáng)度。本文就采用離心鑄造不銹鋼管的工藝方法、常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及解決措施做簡(jiǎn)要的分析。

1.離心鑄造不銹鋼管的主要工藝確定

離心鑄造不銹鋼管的主要工序有鋼水冶煉、離心澆鑄、加工外徑和內(nèi)孔、車(chē)端面、潤(rùn)滑和熱擠壓成型等工藝。根據(jù)離心鑄造1Cr18Ni9Ti不銹鋼管的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，澆鑄溫度、澆鑄時(shí)間和澆鑄模轉(zhuǎn)速三個(gè)工藝參數(shù)對(duì)不銹鋼管的質(zhì)量影響最大。

1.1. 澆鑄溫度的選定

澆鑄溫度的選定是離心澆鑄的一個(gè)關(guān)鍵工藝，過(guò)高的溫度會(huì)使?jié)茶T件產(chǎn)生雙向凝固，造成冷隔現(xiàn)象，形成不完全成形等缺陷；而過(guò)低的溫度會(huì)不利于排除氣體雜質(zhì)等缺陷，影響生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。查閱相關(guān)手冊(cè)可得出不銹鋼材料的熔點(diǎn)，如1Cr18Ni9Ti的熔點(diǎn)為1455℃，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)得出離心澆鑄時(shí)的一般過(guò)熱度為50℃ ～100℃ ，因此1Crl8Ni9Ti的澆鑄溫度為1500℃左右。

1.2.澆鑄時(shí)間的選定

選擇合適的澆注時(shí)間也對(duì)不銹鋼澆鑄管的質(zhì)量有著很重要的影響。若澆鑄時(shí)間太長(zhǎng)，即澆注速度過(guò)慢時(shí)，容易造成澆注量不足或者冷隔現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的質(zhì)量；若澆注時(shí)間太短，會(huì)造成澆鑄的金屬液內(nèi)氣體和雜質(zhì)等不易排除，同時(shí)由于速度較快，會(huì)是金屬液流動(dòng)動(dòng)壓力過(guò)大，也易產(chǎn)生缺砂等缺陷。

查閱相關(guān)資料，澆鑄時(shí)間的公式如下：

式中：t為澆鑄時(shí)間，單位為s；

A為澆鑄的截面積，單位為cm2；

G為單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)澆鑄截面A的重量，單位為kg；

ν為流量系數(shù)，值為0.5。

根據(jù)上述公式可得出，澆鑄時(shí)間約為1min-2min。

1.3.澆鑄模轉(zhuǎn)速的選定

澆鑄模轉(zhuǎn)速的選定是離心澆注的最重要的工藝參數(shù)，若澆鑄模的轉(zhuǎn)速過(guò)高，在金屬凝固過(guò)程中，會(huì)使?jié)茶T機(jī)的振動(dòng)變大，澆鑄管就容易出現(xiàn)裂紋；同樣若澆鑄模的轉(zhuǎn)速過(guò)低，使得離心力不足，也無(wú)法保證氣體和渣浮出表面，極易形成氣孔等缺陷，此時(shí)澆鑄液若補(bǔ)縮不充分，也極易形成縮孔等缺陷。因此選擇合適的澆鑄模轉(zhuǎn)速，對(duì)澆鑄管的質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。

查閱相關(guān)資料，澆鑄模轉(zhuǎn)速的公式如下：

式中：n為澆鑄模的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

G為重力系數(shù)，其值一般取45至80之間；

R為澆鑄管件管內(nèi)半徑，單位為m。

2.離心鑄造不銹鋼管的常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及解決措施

2.1.不銹鋼管出現(xiàn)橫向裂紋

不銹鋼管產(chǎn)生橫向裂紋主要是因?yàn)椋孩贊茶T模轉(zhuǎn)速過(guò)大。轉(zhuǎn)速過(guò)大會(huì)使型筒內(nèi)的不銹鋼液在離心力作用下會(huì)通過(guò)兩側(cè)的蓋孔流出，冷凝固化后不銹鋼管鑄件與外端蓋粘連，不銹鋼管鑄件不能完全收縮，于是產(chǎn)生橫向裂紋。②使用的涂料性能不好。使用不合格的涂料會(huì)高溫下的不銹鋼鑄件表面產(chǎn)生粘砂現(xiàn)象，在冷凝和收縮時(shí)，鑄件和型筒表面產(chǎn)生的摩擦阻力過(guò)大，從而產(chǎn)生橫向裂紋。

解決措施：選擇合適的端面密封結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制端蓋的密封性能， 使鑄件流過(guò)時(shí)不易出現(xiàn)流出或者飛皮等現(xiàn)象。選用性能較好的涂料， 防止鑄件產(chǎn)生粘砂現(xiàn)象，減小鑄件表面產(chǎn)生收縮阻力。

2.2.不銹鋼管出現(xiàn)螺旋裂紋

不銹鋼管出現(xiàn)螺旋裂紋主要的原因有：眾所周知，1Crl8Ni9Ti等材料的不銹鋼的鑄造性能較差，且鋼水中會(huì)出現(xiàn)硫、磷等少量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)和Fe0等鐵化合物形成更復(fù)雜的化合物，使鋼水的流動(dòng)性進(jìn)一步降低，使不銹鋼管更易出現(xiàn)皺紋和夾渣等現(xiàn)象。

解決措施：選擇合適的澆鑄溫度，提高澆鑄速度，且型筒的預(yù)熱充分且溫度合適，一般會(huì)減少出現(xiàn)螺紋裂紋的現(xiàn)象。

2.3 .不銹鋼管表面出現(xiàn)夾渣與氣孔

此現(xiàn)象一般會(huì)出現(xiàn)不銹鋼管表面，而且直徑越大越易產(chǎn)生此現(xiàn)象。產(chǎn)生的主要的原因是： 由于型筒內(nèi)表面通常會(huì)采用復(fù)料，離心澆鑄時(shí)使鑄件外層凝固速度減慢， 在這過(guò)程中會(huì)滲入氣體和雜質(zhì)等，而不銹鋼液和這些雜質(zhì)混合后使金屬熔點(diǎn)和粘度增大，也容易產(chǎn)生氧化膜，這樣會(huì)使不銹鋼液的重力系數(shù)減小，使不銹鋼液對(duì)型筒的壓力減小，導(dǎo)致澆鑄速度減小。

解決措施： 保持澆鑄的型筒內(nèi)壁的的干燥，且需預(yù)熱充分， 嚴(yán)格控制不銹鋼液的熔注點(diǎn)， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)增大重力系數(shù)至100左右。

3.總結(jié)

離心澆鑄法是生產(chǎn)不銹鋼管的重要方法之一。近年來(lái)，離心澆鑄不銹鋼管正向著智能化，大型化的方向發(fā)展， 其產(chǎn)品應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣。本文著重描述了離心鑄造不銹鋼管的一些重要的工藝參數(shù)的確定，并就一些常見(jiàn)的不銹鋼管的質(zhì)量問(wèn)題提出獨(dú)特的見(jiàn)解。合理的運(yùn)用工藝參數(shù)可減少不銹鋼管的不合格率的，也是公司生存、發(fā)展.取得較好經(jīng)濟(jì)效益的保證。也對(duì)改善公司的相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率.降低成本有著深刻的意義。

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