一種雙金屬復合管的生產工藝制造技術

本發明專利技術涉及到一種雙金屬復合管，尤其是涉及到抗磨、耐蝕工況下一種雙金屬復合管的生產工藝，使用該生產工藝，可以使雙金屬復合管管件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性能較高，能最大限度地發揮抗磨、耐蝕材料的潛力，延長管道維修周期，降低設備運行成本。還可通過切割、焊接，得到各種規格的彎管，滿足曲線管路的布置要求。該雙金屬復合管是經爐料配備、冶煉、鑄造、熱處理等加工工藝所形成。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術技術涉及到一種雙金屬復合管，尤其是涉及到一種雙金屬復合管的生產工藝。
技術介紹
據統計，國內每年消耗金屬耐磨材料約達300萬噸以上，耐腐蝕材料120萬噸。近年來，針對設備磨損的具體工況和資源情況，研制出多種新型耐磨材料。主要有改性高錳鋼、中錳鋼、超高錳鋼系列，高、中、低碳耐磨合金鋼系列，抗磨白口鑄鐵系列，抗磨球墨鑄鐵，復合耐磨材料，表面技術處理的耐磨材料等。耐蝕材料除傳統的不銹鋼外，高硅耐蝕鑄鐵等亦應用較廣，但前者制作成本高，后者綜合機械性能較差。雙金屬復合管離心鑄造是指把兩種不同成分、性能的鑄造合金分別熔化后，采用離心鑄造方法先后澆入同一鑄型內，使之成為能夠滿足使用要求的完整的雙金屬復合管。它的不同部位具有不同的性能，通常其基體層(外層)合金具有較高的力學性能，而內層合金則具有抗磨、耐蝕等特殊使用性能。目前，抗磨雙金屬復合管的制作工藝采用外部鋼管，內襯高鉻鑄鐵制成，這種工藝方法存在兩種合金過渡層熔合不良等缺陷。
技術實現思路
雙金屬復合管根據其內襯材料的不同，廣泛應用于抗磨、耐蝕工況下流體介質和物料的輸送。本專利技術的生產工藝是先往鑄型內注入碳鋼鋼液，間隔一定時間后再注入高鉻鑄鐵鐵液(或高硅耐蝕鐵液)，過渡層的液體在碳鋼層已存在的奧氏體晶體的結晶前沿或在懸浮的夾雜物、氧化膜的界面形核長大。在過渡層區內，正在生長著的奧氏體晶體邊緣的前方富集著各種雜質，引起成分過冷，促使其凸部加速長大，呈樹枝狀連續生長。當結晶即將終了時，高鉻鑄鐵的液體過渡層金屬的結晶前沿為結晶基面，成核長大。這種生長方式將使碳鋼中的奧氏體、高鉻鑄鐵中的初生奧氏體結合起來，構成連續的奧氏體晶體骨架，得到了結合緊密的雙金屬復合管鑄件。本專利技術技術有別于傳統外壁鋼管內襯高鉻鑄鐵(或高硅耐蝕鑄鐵)工藝，提高了材料的抗彎強度，尤其顯著提高了材料的撓度值，使復合管具有塑性材料的特征，從而運行安全得到保證。其生產工藝如下1、金屬液的熔煉A按碳鋼氧化法冶煉工藝冶煉基體層碳鋼液，采用電爐冶煉，整個冶煉過程由熔化期、氧化期、還原期、出鋼鎮靜四個工步組成，在冶煉過程中，采用了熔氧結合工藝，熔化期提前進行吹氧，并將吹氧過程一直持續到氧化期終了，即將熔化期與氧化期結合為一個連續過程，在熔氧期還采用脫P劑造渣，同時由于連續的吹氧操作，可以在氧化末期獲得較高的鋼液溫度，還原期的主要任務是有效地脫氧、脫硫，并調整好化學成份和鋼液溫度，使之達到出鋼要求；B按高合金不氧化法冶煉工藝冶煉抗磨層高鉻鑄鐵鐵液，爐料主要由高鉻鑄鐵返回料、碳素廢鋼、低硅生鐵和高碳鉻鐵組成，鉬以鉬鐵或氧化鉬加入，鋼以電解銅加入；爐料通常在全裝料后熔化，為避免鉻(硅、銅)的燒損，鉻鐵(硅、銅)應在最后加入；高硅耐蝕鑄鐵經沖天爐合料后采用上述不氧化法冶煉；高鉻(高硅)鑄鐵可在任何電爐中熔煉，爐襯可以是堿性、酸性或中性的。在感應爐中，因為熔池本身有攪拌作用，熔化溫度達1480℃即可；2、離心鑄型A工藝參數采用滾筒式離心鑄造機，設計離心鑄型時應根據合金種類、鑄件的收縮率、鑄件的尺寸精度、鑄造斜度、切割余量以及鑄型特點進行設計； B鑄型類型采用滾筒式金屬型離心鑄型，鑄型材質為20CrMo；C鑄型各組成部分結構設計按滾筒式離心鑄造金屬鑄型設計固定形式、鑄型型體、鑄型端蓋、端蓋緊固裝置、鑄型的滾道和定位，為保證澆注時外層鋼液冷卻速度不致于太快，鑄型一般不采用水冷卻，鑄型端蓋結構尺寸按內層合金內徑設計；3、離心鑄造工藝A鑄型轉速鑄型轉速是離心鑄造碳鋼—高鉻鑄鐵(高硅耐蝕鑄鐵)雙金屬復合管的重要工藝控制因素之一，過低的轉速不能保證外層金屬與內層金屬的充分熔合，即不能獲得性能優越的過渡層；而過高的轉速則可能使鑄件出現裂紋、偏析等缺陷；鑄型轉速的常用經驗公式如下n=β55200(rr0)1/2]]>式中n—鑄型轉速(r/min)r—鑄件合金重度(N/m3)r0—鑄件內半徑(m)β—修正系數，β＝0.8～1.5，具體取值為鑄鋼層β＝1.0～1.3鑄鐵層β＝1.2～1.5以離心鑄造φ426碳鋼—高鉻鑄鐵雙金屬復合管，基體層和抗磨層厚度均為10mm為例鑄鋼層，取r＝7.85×9.8×103N/m3，鑄型轉速為n＝442-574r/min鑄鐵層，取r＝7.7×98×103N/m。鑄型轉速為n＝549-686r/min因此，在鑄型轉速達442-574r/min澆注鋼液后，可加速到549-686r/min后澆注鐵液。B澆注系統離心鑄造碳鋼—高鉻鑄鐵雙金屬復合管，為防止金屬流經澆注系統時發生氧化、吸氣及降溫過多，宜采用管式澆注杯。金屬液流應沿鑄型旋轉方向切向引入。澆鑄管口內徑較小、長度較短的復合管時，可以從同一澆注杯先后澆入基體層及抗磨層金屬液。澆鑄管口內徑較大、長度較長的復合管時可從兩側或中間先后澆入兩種金屬液。C澆注定量雙金屬復合管的兩層金屬厚度應由澆注金屬液的重量決定，離心澆注時控制澆入型內的金屬液量，可以采用數字顯示遙控吊秤定量計量澆入型內的金屬液重量或進行保溫感應爐電磁泵定量澆注。D離心金屬型涂料離心金屬鑄型涂料層可采用覆砂或涂掛形成。將滾筒式離心金屬鑄型在加熱爐中預熱至300℃左右，出爐吊至臥式離心機上，低速轉動金屬鑄型，將樹脂覆膜砂沿金屬鑄型軸線等速傾倒入鑄型內，依靠鑄型熱量將覆砂膜均勻粘結覆蓋至鑄型內表面，厚度3-4nm；或者采用水基鋯英粉涂料，利用壓縮空氣沿鑄型軸線均勻噴涂至鑄型內表面，厚度約1mm，利用烘房加熱干燥涂料。E澆注工藝碳鋼鋼液及高鉻鑄鐵鑄鐵液按先后次序通過同一澆道或各自的澆道注入同一鑄型內，在兩種合金之間形成過渡層并相互熔融，形成完整的管鑄件，其使用性能除取決于兩種合金本身的性能外，更主要地取決于兩種合金材料結合質量的好壞。為保證兩種合金材料的結合質量，兩種合金液體的澆注時間需要保持一定的時間間隔。以保證基體層內表溫度適合內襯層的結晶要求，澆注工藝的關鍵是嚴格控制兩種合金液體的澆注溫度。一般地，鋼層表面溫度達到1100℃-1300℃可澆注鐵液。鋼液的表面溫度與鋼液的澆注溫度、鋼層厚度鑄型的散熱條件有關。鋼層表面溫度可采用紅外測溫槍測量。此外，應控制兩種液體的澆注溫度，一般鋼液的出鋼溫度約為1620-1640℃，澆注溫度約為1520-1540℃；高鉻鑄鐵的出鐵溫度約為1450-1470℃，澆注溫度約為1380-1400℃。澆注速度以采用快澆為宜。F鑄件脫型離心鑄造碳鋼—高鉻鑄鐵雙金屬復合管時，因鑄型冷卻速度快，高鉻鑄鐵裂紋傾向大，脫型后鑄件應立即放入保溫爐或埋入砂中逐漸降溫。4.碳鋼—高鉻鑄鐵雙金屬復合管鑄件的熱處理為了獲得良好的抗磨性能，碳鋼—高鉻鑄鐵雙金屬復合管鑄件的內襯抗磨層金相組織必須是全馬氏體組織的基體。為此，雙金屬復合管鑄件的熱處理，工藝均按抗磨層材料確定，采取淬火后回火的熱處理工藝較為適宜。在碳鋼—高鉻鑄鐵雙金屬復合管脫型后的首次加熱過程中，加熱太快或加熱不均造成的熱應力與鑄態形成的相當高的殘留應力將疊加起來，其結果極易導致冷裂。因此必須嚴格控制升溫速度，實踐證明，復合鑄管的加熱速度不大于70℃/h。必須根據鑄件的厚度確定淬火加熱溫度，才能得到高的硬度。此外，即使在空氣中冷卻的高鉻鑄鐵件，也存在著較大的內應力，應該盡快地進行回火處理。6.碳鋼—高鉻鑄鐵本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙金屬復合管的生產工藝，（１）爐料配備及金屬液的冶煉按碳鋼氧化法冶煉工藝冶煉基體層碳鋼鋼液，以碳素鋼的鋼錠切頭或邊角料為主要爐料；輔以低Ｐ、Ｓ含量的鐵合金采用電爐進行熔煉；按高合金不氧化法冶煉工藝冶煉抗磨、耐蝕層高鉻鑄鐵 或高硅耐蝕鑄鐵；爐料主要由高鉻鑄鐵返回料、碳素廢鋼、低硅生鐵和高碳鉻鐵等組成，鉬以鉬鐵或氧化鉬加入，銅以電解銅加入；爐料通常在全裝料后熔化，為避免鉻（硅、銅）的燒損，鉻鐵（硅、銅）應在最后加入；（２）離心鑄型ａ、采用滾筒式金 屬離心鑄型；ｂ、鑄型材質為２０ＣｒＭｏ；（３）離心鑄造工藝ａ、鑄型涂料層采用覆砂或涂掛水基涂料形成；ｂ、采用數顯遙控電子吊秤定量計量澆入型內的金屬液重量；ｃ、鑄型轉速的常用經驗公式如下：ｎ＝β ５５２００／（ｒｒ↓［０］）↑［１／２］式中ｎ－－鑄型轉速（ｒ／ｍｉｎ）　ｒ－－鑄件合金重度ｒ↓［０］－－鑄件內半徑（ｍ）（４）熱處理工藝對澆注的產品進行淬火。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：傅德生，
申請(專利權)人：傅德生，
類型：發明
國別省市：32[中國|江蘇]