一种离心浇铸炉管及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种离心浇铸炉管及其制备工艺，包括以下步骤：以废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、钼铁和稀土镍钆、镍铈中间合金为原材料，并采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后得到熔融态钢水；根据公式N＝20×(G/r)1/2，计算出离心铸造的钢管型腔的离心转速；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，浇注过程采用氩气保证钢水不被氧化，浇注温度为1523～1573℃左右，浇注时间为5～10分钟左右；之后脱膜，将离心钢管冷却到室温并通过内镗机械加工方法去除钢管内表层杂质，即得到离心浇铸炉管。本发明不仅制备出高温力学性能良好的离心浇铸炉管，而且其制造过程也避免了杂质元素在炉管晶界偏聚导致的晶界脆化。
【专利说明】
-种离心語铸妒管及其制备工艺
技术领域
[0001] 本发明属于离屯、铸造合金炉管技术领域，具体设及一种离屯、诱铸炉管及其制备工 乙。
【背景技术】
[0002] 在我国，离屯、铸造炉管于20世纪70年代逐渐国产化，在经历了近二十年才形成一 定的生产规模。在石油化工领域，高合金离屯、诱铸炉管已被广泛用作转化炉和裂解炉的炉 管，如南京炼油厂、镇海石化总厂的制氨转化炉，燕山石化公司的裂解炉等。
[0003] 近年来离屯、铸造合金炉管逐渐向高参数和大型化方向发展，服役工况越加复杂和 苛刻，因而对市场上投用的国产离屯、铸造合金炉管的性能要求也越来越高，采用传统制备 工艺生产的炉管的已不能很好的满足生产需求，失效事故时有发生，给石化行业制氨装置 的长周期安全运行带来了极大隐患。炉管一旦发生失效，将严重影响整套装置的长周期安 全运行。
[0004] 此外，高溫炉管生产厂通常采用中频炉冶炼工艺，该工艺除杂能力差，对于冶金所 选用的原材料要求极高。在炉管制造行业中，为了降低生产成本，普遍存在回收石化企业报 废的旧炉管来渗炼新炉管的现象。在添加旧炉管冶炼过程中，可能将旧炉管管壁上残留的 低烙点杂质带入新制造的炉管中，在炉管长期高溫服役过程中，杂质元素会在炉管晶界偏 聚，晶界脆化，降低了炉管材料的抗蠕变性能，导致炉管服役寿命大大缩短。
[0005] 因此，本领域技术人员亟需提供一种具有优异高溫力学性能的离屯、诱铸炉管及其 制备工艺。
【发明内容】
[0006] 针对上述不足，本发明提供了一种离屯、诱铸炉管及其制备工艺。本发明不仅能够 制备出高溫力学性能优异的离屯、诱铸炉管，而且其制备工艺中也避免了杂质元素在炉管晶 界偏聚而导致的晶界脆化，提高了炉管的服役寿命。
[0007] 为实现上述目的之一提供一种离屯、诱铸炉管，本发明采用了 W下技术方案：
[000引一种离屯、诱铸炉管，该炉管材料W质量百分比为单位，包含如下含量的组分： 磯 （).28~0. 55%; 種 （).扣~1.00%; 錦 1.40~个棚资； 硫 《0.0:3%; H 《0. 0:.巧％; 儀 1L0~28.0%:
[0009] 辕 B. 0~15. 0%; 铜 《0.0:说； 钢 0.巧~0.:巧％; IL 1.0~2. 50%; 飾 0. 20~0. /10% 铁 余星。
[0010] 本发明的目的之二是提供一种上述离屯、诱铸炉管的制备工艺，包括如下步骤： [OOW S1、W废钢、儘铁和娃铁、铭铁、纯儀、钢铁和稀±儀礼、儀姉中间合金为原材料，按 照所述各组分的质量百分比，计算并称重各原材料，进行配料；
[0012] S2、将上述原材料在电炉中烙化，并且在烙化过程中经过=次侣丝脱氧，两次在钢 水液面除渣，然后静置得到烙融态钢水；
[001引S3、根据公式N = 20X (G/r)i/2,计算出离屯、铸造的钢管型腔的离屯、转速。其中N为 型腔的离屯、转速，r为钢管内半径，G为钢管重力系数，G取47~80,离屯、铸造的钢管G值由W 下方式确定:将含碳量最低的钢管G取80,含碳量最高的钢管G取47,由此确定出钢管碳含量 与G之间的线性图，而离屯、铸造的钢管G值通过该线性图按线性比例确定；
[0014] S4、待型腔转动到所计算的离屯、转速时，由钢水包向型腔内诱注钢水，诱注过程采 用氣气保证钢水不被氧化，诱注5~10分钟左右；
[0015] S5、上述步骤之后脱膜，将离屯、钢管冷却到室溫，根据测量其内含的硫和氧的含 量，通过内僮机械加工方法去除钢管内表层的杂质。
[0016] 进一步的，步骤S2中，=次侣丝脱氧、两次在钢水液面除渣的步骤包括：
[0017] S20、将废钢在电炉中加热烙化，待钢水烙清后，依次加入儘铁和娃铁烙清，并进行 第一次侣丝脱氧；
[0018] S21、第一次侣丝脱氧后依次加入纯儀、钢铁、铭铁，再进行第二次侣丝脱氧，并在 钢水液面除渣；
[0019] S22、随后依次加入稀±儀礼、儀姉中间合金，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面除 渣并静置得到烙融态钢水。
[0020] 进一步的，步骤S4中诱注溫度为1523~1573°C。
[0021] 进一步的，步骤S5中内僮钢管内表层的杂质，直至内僮后的钢管内壁硫含量《 0.020%，氧含量《12ppm。
[0022] 本发明的有益效果在于：
[0023] 1)、本发明离屯、诱铸炉管的各成分中，成分中含1.0~2.50%的礼和0.20~0.40% 的姉。礼元素的存在，一方面在晶界位置阻碍了晶粒的长大，起到了细化晶粒作用，提高了 合金的综合力学性能；另一方面，在凝固过程中礼与儀在优先在晶界处形成高溫力学性能 优良Ni-Gd金属间化合物，并将晶粒包裹起来，使合金的高溫力学性能得到了质的提升。少 量姉元素的存在，一方面姉元素在晶界位置阻碍了晶粒的长大，起到了细化晶粒作用，提高 了合金的综合力学性能；另一方面，姉可W净化钢液，使钢液中杂质含量减少，提高其力学 性能。
[0024] 2)、本发明在制备工艺中稀±元素礼和姉是W儀礼与儀姉中间合金形式添加、，一 方面可W大量减少稀±元素在高溫烙炼过程中的烧损；另一方面，烙化后的儀礼中间合金 能够在高溫状态下会WNi-Gd金属间化合物并在晶界处保存下来。
[0025] 3)、本发明制备工艺中，=次采用侣丝脱氧，并两次在钢水液面除渣，进一步降低 了钢液的杂质含量，保证炉管的高溫力学性能;并且在离屯、诱铸过程中，根据公式N = 20X (G/r)i/2计算出离屯、铸造的管材型腔的离屯、转速，该转速下夹杂物会集中分布于钢管的内 表面，可W有效地降低钢管内部出现夹杂物含量；同时在钢水包向型腔内诱注钢水的过程 中采用气体密封保护，将钢水诱注于型腔内，可W防止钢水被氧气氧化。
[00%] 4)、本发明制备工艺中，诱注溫度为1523~1573°C左右，诱注时间为5~10分钟左 右。该诱注溫度和时间，一方面可W保证钢液的流动性，降低钢液因长时间暴露产生的氧化 损失；另一方面，儀礼中间合金在此溫度下会优先析出，增加了合金的形核率，降低了合金 的晶粒大小，也促使儀礼中间合金有足够时间沿晶界包裹晶粒。
[0027] 5)、本发明通过内僮机械加工去除内层夹杂物，使钢管成型速度快、加工流程减 少，而且金属收得率高。
【附图说明】
[002引图1为本发明离屯、诱铸炉管的沈M图。
[0029] 图2为本发明重力系数-碳含量线性关系图。
【具体实施方式】
[0030] 下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。W下实施例仅用 于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能W此来限制本发明的保护范围。
[0031] 本发明中离屯、铸造的钢管G值由W下方式确定:将含碳量最低的钢管G取80,含碳 量最高的钢管G取47,由此确定出钢管碳含量与G之间的线性图，而离屯、铸造的钢管G值通过 该线性图按线性比例确定。
[0032] 实施例1
[0033] 离屯、铸造尺寸为O 550/350 X 2000mm的管材，其铸造方法为
[0034] (1 )、确定炉管材料的成分并按质量百分比(Wt % )进行配料称重： 碳C: 0.28~0.巧 磋Si: 0.:巧~1.00 [003引儘 Mn: 1.40~4. 60 硫 S 《0.03 鱗 P:《0.0;巧 错 Cr: 11.0~28. 0 镶化：8. 0~巧.0 铜Cu:《0.03
[0036] 钢 Mo; 0.巧~0.3日 IiGd: 1.0~2. 50 饰Ce; 0. 20~0. 10 余巧为Fo
[0037] (2)将废钢在电炉中加热到1500°C左右烙化，待钢水烙清后，依次加入儘铁和娃铁 烙清，并采用侣丝脱氧后，再依次加入纯儀、钢铁、铭铁后，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面 除渣后，随后依次加入稀±儀礼、儀姉中间合金，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面除渣并静 置得到烙融态钢水；
[003引（3)根据公式N = 20X(G/r)i/2,计算出离屯、铸造的管材型腔的离屯、转速。其中N为 型腔的离屯、转速，r为钢管内半径，G为钢管重力系数，G取47~80。首先计算出钢管的碳当量 Ceq = O. 282,根据图2按比例计算G取80,管材内表面半径考虑到IOmm的加工余量，取r = 0.165m，计算出离屯、转速为378;r/min。
[0039] (4)待型腔转动到所计算的离屯、转速时，由钢水包向型腔内诱注钢水，诱注过程采 用氣气保证钢水不被氧化，诱注溫度为1523°C左右，诱注时间为5分钟左右；
[0040] (5)上述步骤之后脱膜，将离屯、钢管冷却到室溫，此时测量该钢管内表面硫 0.04%，氧含量为28ppm，通过内僮机械加工方法去除钢管巧内表层杂质，此时测得的硫含 量0.018 %，氧含量1化pm，制得离心黛铸炉管，SEM图如图1所示。
[0041 ] 实施例2:离屯、铸造尺寸为O 460/350 X 2000mm的管材，其铸造方法为
[0042] (1)确定炉管材料的成分并按质量百分比(Wt % )进行配料称重： 碳C: 0.銳~0,巧 磋Si: 0.3百~1.说） 猛 Mn; 1.'10~4. 60 硫 S;《0.03 憐P:《0 0;巧 絳Cr; ILO~28. 0
[0043] 铅 Ni; 8.0~15.0 铜 Cu:《0.03 fiU,Io; 0.25~0.35 化 Gd: 1. 0~2. 50 铺插;0. 20~0. 4日余巧为Fe
[0044] (2)将废钢在电炉中加热到1500°C左右烙化，待钢水烙清后，依次加入儘铁和娃铁 烙清，并采用侣丝脱氧后，再依次加入纯儀、钢铁、铭铁后，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面 除渣后，随后依次加入稀±儀礼、儀姉中间合金，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面除渣并静 置得到烙融态钢水；
[0045] (3)根据公式N = 20 X (G/r)i/2,计算出离屯、铸造的管材型腔的离屯、转速。其中N为 型腔的离屯、转速，r为钢管内半径，G为钢管重力系数，G取47~80,离屯、铸造的钢管G值由材 料中碳含量关系按线性比例确定。钢管的碳当量Ceq = O.398,根据比例计算G取62,管材内 表面半径考虑到IOmm的加工余量，取r = 〇. 130m，计算出离屯、转速为43化/min;
[0046] (4)待型腔转动到所计算的离屯、转速时，由钢水包向型腔内诱注钢水，诱注过程采 用氣气保证钢水不被氧化，诱注溫度为1550°C左右，诱注时间为7分钟左右；
[0047] (5)上述步骤之后脱膜，将离屯、钢管冷却到室溫，此时测量该钢管内表面硫 0.035%，氧含量为25ppm，通过内僮机械加工方法去除钢管巧内表层杂质，此时测得的硫含 量0.019%，氧含量Ilppm，制得离屯、诱铸炉管。
[004引实施例3:离屯、铸造尺寸为O 420/240 X 2000mm的管材，其铸造方法为 [0049] ((1)确定炉管材料的成分并按质量百分比(Wt % )进行配料称重： 概 C: 0.28~0.加 祉 Si: 0.35~L 00 儘 Mn; 1.40~'1.60 縮 S:《0.0:3 憐 P:《0.0:巧 儀(>;1].0~28. 0
[(K)加] 镶 Ni: 8.0~15.0 削 Cu: 箱Mo; 0.25~0.35 礼Gd; 1. 0~玄规 饰Ce: 0.20~0. 40 余量为Fo
[0051 ] (2)将废钢在电炉中加热到1500°C左右烙化，待钢水烙清后，依次加入儘铁和娃铁 烙清，并采用侣丝脱氧后，再依次加入纯儀、钢铁、铭铁后，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面 除渣后，随后依次加入稀±儀礼、儀姉中间合金，再次采用侣丝脱氧并在钢水液面除渣并静 置得到烙融态钢水；
[0052] (3)根据公式N = 20 X (G/r)i/2,计算出离屯、铸造的管材型腔的离屯、转速。其中N为 型腔的离屯、转速，r为钢管内半径，G为钢管重力系数，G取47~80,离屯、铸造的钢管G值由材 料中碳含量关系按线性比例确定。钢管的碳当量Ceq = O.55,根据图2中比例计算G取47,管 材内表面半径考虑?JlOmm的加工余量，取r = 0.110m，计算出离屯、转速为515;r/min;
[0053] (4)待型腔转动到所计算的离屯、转速时，由钢水包向型腔内诱注钢水，诱注过程采 用氣气保证钢水不被氧化，诱注溫度为1573°C左右，诱注时间为10分钟左右；
[0054] (5)上述步骤之后脱膜，将离屯、钢管冷却到室溫，此时测量该钢管内表面硫 0.039%，氧含量为27ppm，通过内僮机械加工方法去除钢管巧内表层杂质，此时测得的硫含 量0.019%，氧含量12ppm，制得离屯、诱铸炉管。
[0055] 经过上述制造方法获得的离屯、诱铸炉管高溫力学性能数据对比：
[0056] 表1深海采油设备阀座用钢锻件综合力学数据对比
[0化7]
[0058] 由表1可知，上述3个实施例产品均具有优异的高溫力学性能，能很好地适用于石 油化工领域。
[0059] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可W做出若干改进和变形，运些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种离心浇铸炉管，其特征在于其材料以质量百分比为单位，包含如下含量的组分： 碳 0, 28~0. 55%; 硅 0.35 ~1.0Q1; 锰 1.10~4. 60%; 硫 彡0.03%; 磷 彡()· 035%; 铬 11.0~28. 0%; 镍 8. 0~15. 0%; 铜 彡0· 03%; 領 0. 25~0. 35%; 钆 1.0~2. ,50%; 铈 0. 20 ~0. 40% 铁 余量。2. -种如权利要求1所述离心浇铸炉管的制备工艺，其特征在于包括如下步骤： 51、 以废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、钼铁和稀土镍钆、镍铈中间合金为原材料，按照所 述各组分的质量百分比，计算并称重各原材料，进行配料； 52、 将上述原材料在电炉中熔化，并且在熔化过程中经过三次铝丝脱氧，两次在钢水液 面除渣，然后静置得到熔融态钢水； 53、 根据公式N=20X(G/r)1/2,计算出离心铸造的钢管型腔的离心转速，其中N为型腔 的离心转速，r为钢管内半径，G为钢管重力系数，G取47~80,离心铸造的钢管G值由以下方 式确定:将含碳量最低的钢管G取80，含碳量最高的钢管G取47，由此确定出钢管碳含量与G 之间的线性图，而离心铸造的钢管G值通过该线性图按线性比例确定； 54、 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，浇注过程采用氩 气保证钢水不被氧化，浇注5~10分钟左右； 55、 上述步骤之后脱膜，将离心钢管冷却到室温，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内表层的杂质。3. 根据权利要求2所述的一种离心浇铸炉管的制备工艺，其特征在于步骤S2中，三次铝 丝脱氧、两次在钢水液面除渣的步骤包括： 520、 将废钢在电炉中加热熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清，并进行第一 次错丝脱氧； 521、 第一次铝丝脱氧后依次加入纯镍、钼铁、铬铁，再进行第二次铝丝脱氧，并在钢水 液面除渣； 522、 随后依次加入稀土镍钆、镍铈中间合金，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣并 静置得到熔融态钢水。4. 根据权利要求2所述的一种离心浇铸炉管的制备工艺，其特征在于:步骤S4中浇注温 度为 1523 ~1573°C。5. 根据权利要求2所述的一种离心浇铸炉管的制备工艺，其特征在于:步骤S5中内镗钢 管内表层的杂质，直至内镗后的钢管内壁硫含量彡0.020%，氧含量彡12ppm。
【文档编号】B22D13/02GK105925882SQ201610335401
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】巨佳, 王章忠, 巴志新, 马利峰, 李栋, 展益彬, 张保森, 毛向阳, 章晓波
【申请人】南京工程学院, 卓然(靖江)设备制造有限公司