高质量离心铸造钢管坯的方法

专利名称：高质量离心铸造钢管坯的方法
技术领域：
本发明涉及一种离心铸造工艺，具体说涉及一种高质量离心铸造钢管坯的方法。
背景技术：
离心铸造的金属制品，其力学性能与晶粒的形状、大小有密切关系，具有细小等轴晶粒组织的制品，其抗拉强度、屈服强度和蠕变强度均高于粗大柱状晶粒组织的制品。传统的离心铸造浇注方法是首先人工拔渣、进行翻包操作，然后再通过流槽的移动进行浇注，浇注过程中型腔一直高速匀速旋转。对于耐热钢来说，通常的这种离心铸造条件，只能获得柱状晶粒比较发达的组织，产生这种粗大柱状晶粒组织的根本原因是由于浇注时液态金属和已凝固金属层同时随型腔高速匀速转动，二者之间很快处于相对静止状态，通过型腔壁的单向冷却晶粒长大造成的。目前，一种专利名称为“离心铸造钢管的方法”(专利公开号CN1141830A)中，提出 了一种适合耐热钢管的离心铸造方法。该方法根据铸件制品的规格及用途，选择合适的型腔、旋转加速度以及开始实施加速的时间。通过控制上述这些工艺参数可以实现100%等轴晶率的离心铸管制品。但是该方法的缺点是型腔旋转的速度没有定量化，需要一直变化，不易控制，选择离心加速度时也没有考虑元素偏析的影响，尤其对于厚壁管，而元素偏析导致微量元素在钢材中分布不均，部分富集，部分极少，致使钢材的材质不均匀，进而产生缺陷，影响其力学性能，如承载力，塑性性能等。另外该方法在浇注过程中处于与空气接触的敞式环境中，在钢水从出钢口到流槽和通过流槽注入到型腔的过程中，受到两次氧化污染，严重影响钢水的质量。

发明内容
本发明的目的是提供一种高质量离心铸造钢管坯的方法，其在浇注过程中可以实现型腔转速的定量化，加工方便、易于控制，并且产生元素偏析的影响很小。为了实现上述方案，本发明的技术解决方案为一种高质量离心铸造钢管坯的方法，其包括以下步骤(I)根据公式N = 20X (G/r)1/2，其中N为型腔的离心转速，r为钢管坯内半径，单位为mm，G为钢管坯重力系数，G取44 77，离心铸造的钢管坯G值由以下方式确定将含碳量最低的钢管坯G取77，含碳量最高的钢管坯G取44，由此确定出钢管坯含碳量与G之间的线性图，而离心铸造的钢管坯G值通过该线性图可查得，从而计算出离心铸造的钢管坯型腔的离心转速；(2)待型腔转动到所计算的离心转速时，由钢水包向型腔内浇注钢水，浇注过程采用气体保护方式保证钢水不被氧化进入型腔内，浇注温度为大于该钢水的液相线温度200C _30°C，浇注时间为3-10分钟；(3)上述步骤之后脱膜，将离心钢管坯冷却到室温，根据测量其内含的硫和氧的含量,通过内镗机械加工方法去除钢管坯内表层去除杂质。
本发明高质量离心铸造钢管坯的方法，其中所述步骤(2)中采用的气体保护方式为在钢水包与型腔之间连接漏斗形中间包，并且由钢水包通入氩气，使氩气进入中间包和型腔内，将型腔的两个开口端密封，使中间包密封伸入型腔内。本发明高质量离心铸造钢管坯的方法，其中所述步骤(3)中内镗钢管坯内表层，使内镗后的钢管坯内壁硫含量< O. 025%，氧含量< 16ppm。采用上述方案后，本发明高质量离心铸造钢管坯的方法通过用公式N = 20X (G/r)1/2计算出型腔的转速，该转速下夹杂物会集中分布于钢管坯的内表面，可以有效地降低钢管坯内部出现夹杂物含量；同时在钢水包向型腔内浇注钢水的过程中采用气体密封保护，将钢水浇注于型腔内，可以防止钢水被氧气氧化，通过内镗机械加工去除内层夹杂物，使钢管坯成型速度快、加工流程减少，而且金属收得率高。


图I是本发明高质量离心铸造钢管坯的浇注工艺示意图；图2是本发明重力系数与碳当量线性关系图。
具体实施例方式图2为本发明高质量离心铸造钢管坯的重力系数与碳当量之间的线性关系图，该图是由以下方式确定的将含碳量最低的20钢，其含碳量为O. 25，对应的G取77，将含碳量最高的钢70Mn2，其含碳量为O. 97，对应的G取44，由此确定线性图。实施例I离心铸造高质量4140石油用钢管坯，其规格为Φ 550/350 X 2000mm，其离心铸造
方法(I)根据公式N = 20 X (G/r) 1/2，首先计算出4140石油用钢管坯的碳当量Ceq =O. 773，按照图2所示线性关系从图中Ceq = O. 773对应G取57，钢管坯内表面半径考虑到IOmm加工余量取O. 165m,计算出离心转速为370r/min ；(2)把离心机转速调整为370r/min，由钢水包向型腔内浇注钢水，结合图I所示，在钢水包I和型腔2之间连接漏斗形中间包3，并且由钢水包I通入氩气，氩气流量为150L/min,使氩气进入中间包3和型腔2内，将型腔2的两个开口端用两个挡板4密封，使中间包3密封伸入型腔2的内腔。漏斗形中间包3的设置能够隔绝从钢水包I的出口到型腔3的流槽这阶段空气，保护钢水免受氧气污染；另外在型腔2的左右两侧加上挡板4，能够阻碍通入的氩气外泄，氩气始终包围在钢水外层，使钢水表面形成正压区，将注流的钢水与空气隔绝，减少空气的吸入量，避免二次氧化。由于该4140钢的液相线温度为1493°C，因此将钢水的浇注温度控制1513 1523°C范围内。浇注离心钢坯的重量为2. 5吨，时间控制在5min之内完成；(3)完成钢水浇注成型步骤以后，然后脱模，将离心钢管坯冷却到室温，此时测量该钢管坯内表面硫O. 035%，氧含量为25ppm，通过内镗机械加工方法去除钢管坯内表层IOmm,此时测得的硫含量O. 018%，氧含量16ppm，制造出高级优质4140石油用钢管坯。实施例2离心铸造高质量45#钢管坯，其规格为Φ 460/350 X 2000mm，其离心铸造方法
(I)根据公式N = 20X (G/r)1/2, Ceq = O. 61，按照图2所示线性关系图，G取60，钢管坯内表面半径考虑到IOmm加工余量取O. 165m，计算出离心转速为380r/min ；(2)把离心机转速调整为380r/min，由钢水包向型腔内浇注钢水，结合图I所示，在钢水包I和型腔2之间连接漏斗形中间包3，并且由钢水包I通入氩气，氩气流量为120L/min,使氩气进入中间包3和型腔2内，包围在钢水外层；将型腔2的两个开口端用两个挡板4密封，使中间包3密封伸入型腔2的内腔。由于该45#钢的液相线温度为1495°C，因此将钢水的浇注温度控制1515 1525°C范围内。浇注离心钢坯的重量为I. 3吨，时间控制在3min之内完成；(3)完成钢水浇注成型步骤以后，然后脱模，将离心钢管坯冷却到室温，此时测量该钢管坯内表面硫O. 031%，氧含量为20ppm，通过内镗机械加工方法去除钢管坯内表层10mm，此时测得的硫含量O. 024%，氧含量15ppm，制造出高级优质碳素钢离心钢管坯。实施例3 离心铸造高质量65Mn钢管坯(规格Φ 420/240 X 2000)的方法(I)快速计算出离心转速。根据N = 20 X (G/r)1/2。Ceq = O. 817，按照图2所示性关系，G取55，钢管坯内表面半径取O. 110m(考虑到IOmm加工余量)，计算出离心转速为450r/min。(2)采用气体保护浇注。把离心机转速调整为450r/min，浇注温度控制1528 1538°C范围内，该钢种液相线温度为1508°C。采用气体保护浇注，离心钢坯重量为I. 9吨，时间控制在4min之内完成。气体保护方法如图I所示，一是使用漏斗形中间包，中间包能够保护从出钢口到流槽这阶段受氧气污染，加漏斗形中间包类似于在连铸过程中，在钢包水口与中包液面之间加装长水口，能够隔绝空气，保护钢包注流；二是在管模两侧加上挡板，能够阻碍氩气外泄，氩气流量为150L/min，氩气始终弥散在钢水外侧，使钢水表面形成正压区，将注流与空气隔绝，减少空气的吸入量，避免二次氧化。(3)完成浇注成型步骤以后，然后脱模，将离心钢坯冷却到室温，此时测量该钢管坯内表面硫O. 032%，氧含量为26ppm，通过内镗机械加工方法去除钢管坯内表层10mm，此时测得的硫含量O. 024%，氧含量15ppm，制造出离心钢管坯。以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种高质量离心铸造钢管坯的方法，其包括以下步骤 (1)根据公式N= 20X (G/r)1/2，其中N为型腔的离心转速，r为钢管坯内半径，单位为mm, G为钢管坯重力系数，G取44 77，离心铸造的钢管坯G值由以下方式确定将含碳量最低的钢管坯G取77，含碳量最高的钢管坯G取44，由此确定出钢管坯碳当量与G之间的线性图，而离心铸造的钢管坯G值通过该线性图可查得，从而计算出离心铸造的钢管坯型腔的离心转速； (2)待型腔转动到所计算的离心转速时，由钢水包向型腔内浇注钢水，浇注过程采用气体保护方式保证钢水不被氧化进入型腔内，浇注温度为大于该钢水的液相线温度200C _30°C，浇注时间为3-10分钟； (3)上述步骤之后脱膜，将离心钢管坯冷却到室温，根据测量其内含的硫和氧的含量，通过内镗机械加工方法去除钢管坯内表层去除杂质。
2.如权利要求I所述的高质量离心铸造钢管坯的方法，其特征在于所述步骤(2)中采用的气体保护方式为在钢水包与型腔之间连接漏斗形中间包，并且由钢水包通入氩气，使氩气进入中间包和型腔内，将型腔的两个开口端密封，使中间包密封伸入型腔内。
3.如权利要求I所述的高质量离心铸造钢管坯的方法，其特征在于所述步骤(3)中内镗钢管坯内表层，使内镗后的钢管坯内壁硫含量< O. 025%，氧含量< 16ppm。
全文摘要
一种高质量离心铸造钢管坯的方法，属于离心铸造工艺，先根据公式N＝20×(G/r)1/2计算出型腔离心转速，N为型腔离心转速，r为钢管坯内半径，G为钢管坯重力系数，G取44～77；待型腔转动所计算的离心转速时，由钢水包向型腔内浇注钢水，浇注过程保证钢水密封不被气体氧化，浇注温度为大于该钢水液相线温度20℃-30℃，浇注时间为3-10分钟；浇注完后脱膜，将离心钢管坯冷却到室温，根据测量其内含的硫和氧含量，通过内镗机械加工方法去除内表层杂质。本发明在浇注过程中可实现型腔转速定量化，加工方便、易于控制，并且产生元素偏析的影响很小。
文档编号B22D13/12GK102847906SQ20121037495
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者彭涛, 孙韶华, 张洪彪, 朱丽丽 申请人:芜湖新兴铸管有限责任公司