高質量離心鑄造鋼管坯的方法

專利名稱：高質量離心鑄造鋼管坯的方法
技術領域：
本發明涉及一種離心鑄造工藝，具體說涉及一種高質量離心鑄造鋼管坯的方法。
背景技術：
離心鑄造的金屬制品，其力學性能與晶粒的形狀、大小有密切關系，具有細小等軸晶粒組織的制品，其抗拉強度、屈服強度和蠕變強度均高于粗大柱狀晶粒組織的制品。傳統的離心鑄造澆注方法是首先人工拔渣、進行翻包操作，然后再通過流槽的移動進行澆注，澆注過程中型腔一直高速勻速旋轉。對于耐熱鋼來說，通常的這種離心鑄造條件，只能獲得柱狀晶粒比較發達的組織，產生這種粗大柱狀晶粒組織的根本原因是由于澆注時液態金屬和已凝固金屬層同時隨型腔高速勻速轉動，二者之間很快處于相對靜止狀態，通過型腔壁的單向冷卻晶粒長大造成的。目前，一種專利名稱為“離心鑄造鋼管的方法”(專利公開號CN1141830A)中，提出 了一種適合耐熱鋼管的離心鑄造方法。該方法根據鑄件制品的規格及用途，選擇合適的型腔、旋轉加速度以及開始實施加速的時間。通過控制上述這些工藝參數可以實現100%等軸晶率的離心鑄管制品。但是該方法的缺點是型腔旋轉的速度沒有定量化，需要一直變化，不易控制，選擇離心加速度時也沒有考慮元素偏析的影響，尤其對于厚壁管，而元素偏析導致微量元素在鋼材中分布不均，部分富集，部分極少，致使鋼材的材質不均勻，進而產生缺陷，影響其力學性能，如承載力，塑性性能等。另外該方法在澆注過程中處于與空氣接觸的敞式環境中，在鋼水從出鋼口到流槽和通過流槽注入到型腔的過程中，受到兩次氧化污染，嚴重影響鋼水的質量。

發明內容
本發明的目的是提供一種高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其在澆注過程中可以實現型腔轉速的定量化，加工方便、易于控制，并且產生元素偏析的影響很小。為了實現上述方案，本發明的技術解決方案為一種高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其包括以下步驟(I)根據公式N = 20X (G/r)1/2，其中N為型腔的離心轉速，r為鋼管坯內半徑，單位為mm，G為鋼管坯重力系數，G取44 77，離心鑄造的鋼管坯G值由以下方式確定將含碳量最低的鋼管坯G取77，含碳量最高的鋼管坯G取44，由此確定出鋼管坯含碳量與G之間的線性圖，而離心鑄造的鋼管坯G值通過該線性圖可查得，從而計算出離心鑄造的鋼管坯型腔的離心轉速；(2)待型腔轉動到所計算的離心轉速時，由鋼水包向型腔內澆注鋼水，澆注過程采用氣體保護方式保證鋼水不被氧化進入型腔內，澆注溫度為大于該鋼水的液相線溫度200C _30°C，澆注時間為3-10分鐘；(3)上述步驟之后脫膜，將離心鋼管坯冷卻到室溫，根據測量其內含的硫和氧的含量,通過內鏜機械加工方法去除鋼管坯內表層去除雜質。
本發明高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其中所述步驟(2)中采用的氣體保護方式為在鋼水包與型腔之間連接漏斗形中間包，并且由鋼水包通入氬氣，使氬氣進入中間包和型腔內，將型腔的兩個開口端密封，使中間包密封伸入型腔內。本發明高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其中所述步驟(3)中內鏜鋼管坯內表層，使內鏜后的鋼管坯內壁硫含量< O. 025%，氧含量< 16ppm。采用上述方案后，本發明高質量離心鑄造鋼管坯的方法通過用公式N = 20X (G/r)1/2計算出型腔的轉速，該轉速下夾雜物會集中分布于鋼管坯的內表面，可以有效地降低鋼管坯內部出現夾雜物含量；同時在鋼水包向型腔內澆注鋼水的過程中采用氣體密封保護，將鋼水澆注于型腔內，可以防止鋼水被氧氣氧化，通過內鏜機械加工去除內層夾雜物，使鋼管坯成型速度快、加工流程減少，而且金屬收得率高。


圖I是本發明高質量離心鑄造鋼管坯的澆注工藝示意圖；圖2是本發明重力系數與碳當量線性關系圖。
具體實施例方式圖2為本發明高質量離心鑄造鋼管坯的重力系數與碳當量之間的線性關系圖，該圖是由以下方式確定的將含碳量最低的20鋼，其含碳量為O. 25，對應的G取77，將含碳量最高的鋼70Mn2，其含碳量為O. 97，對應的G取44，由此確定線性圖。實施例I離心鑄造高質量4140石油用鋼管坯，其規格為Φ 550/350 X 2000mm，其離心鑄造
方法(I)根據公式N = 20 X (G/r) 1/2，首先計算出4140石油用鋼管坯的碳當量Ceq =O. 773，按照圖2所示線性關系從圖中Ceq = O. 773對應G取57，鋼管坯內表面半徑考慮到IOmm加工余量取O. 165m,計算出離心轉速為370r/min ；(2)把離心機轉速調整為370r/min，由鋼水包向型腔內澆注鋼水，結合圖I所示，在鋼水包I和型腔2之間連接漏斗形中間包3，并且由鋼水包I通入氬氣，氬氣流量為150L/min,使氬氣進入中間包3和型腔2內，將型腔2的兩個開口端用兩個擋板4密封，使中間包3密封伸入型腔2的內腔。漏斗形中間包3的設置能夠隔絕從鋼水包I的出口到型腔3的流槽這階段空氣，保護鋼水免受氧氣污染；另外在型腔2的左右兩側加上擋板4，能夠阻礙通入的氬氣外泄，氬氣始終包圍在鋼水外層，使鋼水表面形成正壓區，將注流的鋼水與空氣隔絕，減少空氣的吸入量，避免二次氧化。由于該4140鋼的液相線溫度為1493°C，因此將鋼水的澆注溫度控制1513 1523°C范圍內。澆注離心鋼坯的重量為2. 5噸，時間控制在5min之內完成；(3)完成鋼水澆注成型步驟以后，然后脫模，將離心鋼管坯冷卻到室溫，此時測量該鋼管坯內表面硫O. 035%，氧含量為25ppm，通過內鏜機械加工方法去除鋼管坯內表層IOmm,此時測得的硫含量O. 018%，氧含量16ppm，制造出高級優質4140石油用鋼管坯。實施例2離心鑄造高質量45#鋼管坯，其規格為Φ 460/350 X 2000mm，其離心鑄造方法
(I)根據公式N = 20X (G/r)1/2, Ceq = O. 61，按照圖2所示線性關系圖，G取60，鋼管坯內表面半徑考慮到IOmm加工余量取O. 165m，計算出離心轉速為380r/min ；(2)把離心機轉速調整為380r/min，由鋼水包向型腔內澆注鋼水，結合圖I所示，在鋼水包I和型腔2之間連接漏斗形中間包3，并且由鋼水包I通入氬氣，氬氣流量為120L/min,使氬氣進入中間包3和型腔2內，包圍在鋼水外層；將型腔2的兩個開口端用兩個擋板4密封，使中間包3密封伸入型腔2的內腔。由于該45#鋼的液相線溫度為1495°C，因此將鋼水的澆注溫度控制1515 1525°C范圍內。澆注離心鋼坯的重量為I. 3噸，時間控制在3min之內完成；(3)完成鋼水澆注成型步驟以后，然后脫模，將離心鋼管坯冷卻到室溫，此時測量該鋼管坯內表面硫O. 031%，氧含量為20ppm，通過內鏜機械加工方法去除鋼管坯內表層10mm，此時測得的硫含量O. 024%，氧含量15ppm，制造出高級優質碳素鋼離心鋼管坯。實施例3 離心鑄造高質量65Mn鋼管坯(規格Φ 420/240 X 2000)的方法(I)快速計算出離心轉速。根據N = 20 X (G/r)1/2。Ceq = O. 817，按照圖2所示性關系，G取55，鋼管坯內表面半徑取O. 110m(考慮到IOmm加工余量)，計算出離心轉速為450r/min。(2)采用氣體保護澆注。把離心機轉速調整為450r/min，澆注溫度控制1528 1538°C范圍內，該鋼種液相線溫度為1508°C。采用氣體保護澆注，離心鋼坯重量為I. 9噸，時間控制在4min之內完成。氣體保護方法如圖I所示，一是使用漏斗形中間包，中間包能夠保護從出鋼口到流槽這階段受氧氣污染，加漏斗形中間包類似于在連鑄過程中，在鋼包水口與中包液面之間加裝長水口，能夠隔絕空氣，保護鋼包注流；二是在管模兩側加上擋板，能夠阻礙氬氣外泄，氬氣流量為150L/min，氬氣始終彌散在鋼水外側，使鋼水表面形成正壓區，將注流與空氣隔絕，減少空氣的吸入量，避免二次氧化。(3)完成澆注成型步驟以后，然后脫模，將離心鋼坯冷卻到室溫，此時測量該鋼管坯內表面硫O. 032%，氧含量為26ppm，通過內鏜機械加工方法去除鋼管坯內表層10mm，此時測得的硫含量O. 024%，氧含量15ppm，制造出離心鋼管坯。以上所述實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其包括以下步驟 (1)根據公式N= 20X (G/r)1/2，其中N為型腔的離心轉速，r為鋼管坯內半徑，單位為mm, G為鋼管坯重力系數，G取44 77，離心鑄造的鋼管坯G值由以下方式確定將含碳量最低的鋼管坯G取77，含碳量最高的鋼管坯G取44，由此確定出鋼管坯碳當量與G之間的線性圖，而離心鑄造的鋼管坯G值通過該線性圖可查得，從而計算出離心鑄造的鋼管坯型腔的離心轉速； (2)待型腔轉動到所計算的離心轉速時，由鋼水包向型腔內澆注鋼水，澆注過程采用氣體保護方式保證鋼水不被氧化進入型腔內，澆注溫度為大于該鋼水的液相線溫度200C _30°C，澆注時間為3-10分鐘； (3)上述步驟之后脫膜，將離心鋼管坯冷卻到室溫，根據測量其內含的硫和氧的含量，通過內鏜機械加工方法去除鋼管坯內表層去除雜質。
2.如權利要求I所述的高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其特征在于所述步驟(2)中采用的氣體保護方式為在鋼水包與型腔之間連接漏斗形中間包，并且由鋼水包通入氬氣，使氬氣進入中間包和型腔內，將型腔的兩個開口端密封，使中間包密封伸入型腔內。
3.如權利要求I所述的高質量離心鑄造鋼管坯的方法，其特征在于所述步驟(3)中內鏜鋼管坯內表層，使內鏜后的鋼管坯內壁硫含量< O. 025%，氧含量< 16ppm。
全文摘要
一種高質量離心鑄造鋼管坯的方法，屬于離心鑄造工藝，先根據公式N＝20×(G/r)1/2計算出型腔離心轉速，N為型腔離心轉速，r為鋼管坯內半徑，G為鋼管坯重力系數，G取44～77；待型腔轉動所計算的離心轉速時，由鋼水包向型腔內澆注鋼水，澆注過程保證鋼水密封不被氣體氧化，澆注溫度為大于該鋼水液相線溫度20℃-30℃，澆注時間為3-10分鐘；澆注完后脫膜，將離心鋼管坯冷卻到室溫，根據測量其內含的硫和氧含量，通過內鏜機械加工方法去除內表層雜質。本發明在澆注過程中可實現型腔轉速定量化，加工方便、易于控制，并且產生元素偏析的影響很小。
文檔編號B22D13/12GK102847906SQ20121037495
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者彭濤, 孫韶華, 張洪彪, 朱麗麗 申請人:蕪湖新興鑄管有限責任公司