離心鑄造不銹鋼管的工藝研究

錢長華

摘要：隨著耐熱不銹鋼管在我國熱處理爐等行業的廣泛應用，對耐熱不銹鋼管的需求量也日益增加，且用戶對質量的要求也越來越高，本文就離心鑄造不銹鋼管的工藝確定和常見的質量問題及措施做了詳細的闡述，以提高離心鑄造不銹鋼管的整體制造水平。

關鍵詞：離心鑄造；不銹鋼管；工藝

引言

隨著我國機械制造業的飛速發展，伴隨著熱處理爐的使用也增多，對耐熱和高質量不銹鋼管的需求量日益增多。這類鋼管最常用的鋼號是1Cr18Ni9Ti不銹鋼，我國傳統制造不銹鋼管的工藝是，用電渣重熔實心錠做成的實心不銹鋼管坯料，經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，可滿足用戶的高質量要求。現如今此制造工藝已被廣泛使用。

在熱處理領域，直徑150mm的耐熱不銹鋼是此工藝的核心，此類鋼管不僅要耐高溫和耐腐蝕，還需承受20至30MPa的壓力，對于壁厚和管徑之比為1：15的鋼管來說，其管壁需承受15-20N/mm2的張應力，這類鋼管通常需要很高的蠕變強度。而離心澆鑄是根據不同金屬元素的質點不同，在不同轉速所產生離心力的作用下會呈現出類似于分層的現象，這種澆鑄法通常可得到高的蠕變強度。本文就采用離心鑄造不銹鋼管的工藝方法、常見質量問題及解決措施做簡要的分析。

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、加工外徑和內孔、車端面、潤滑和熱擠壓成型等工藝。根據離心鑄造1Cr18Ni9Ti不銹鋼管的相關經驗，澆鑄溫度、澆鑄時間和澆鑄模轉速三個工藝參數對不銹鋼管的質量影響最大。

1.1. 澆鑄溫度的選定

澆鑄溫度的選定是離心澆鑄的一個關鍵工藝，過高的溫度會使澆鑄件產生雙向凝固，造成冷隔現象，形成不完全成形等缺陷；而過低的溫度會不利于排除氣體雜質等缺陷，影響生產率和產品的質量。查閱相關手冊可得出不銹鋼材料的熔點，如1Cr18Ni9Ti的熔點為1455℃，根據相關經驗得出離心澆鑄時的一般過熱度為50℃ ～100℃ ，因此1Crl8Ni9Ti的澆鑄溫度為1500℃左右。

1.2.澆鑄時間的選定

選擇合適的澆注時間也對不銹鋼澆鑄管的質量有著很重要的影響。若澆鑄時間太長，即澆注速度過慢時，容易造成澆注量不足或者冷隔現象，影響產品的質量；若澆注時間太短，會造成澆鑄的金屬液內氣體和雜質等不易排除，同時由于速度較快，會是金屬液流動動壓力過大，也易產生缺砂等缺陷。

查閱相關資料，澆鑄時間的公式如下：

式中：t為澆鑄時間，單位為s；

A為澆鑄的截面積，單位為cm2；

G為單位時間內流過澆鑄截面A的重量，單位為kg；

ν為流量系數，值為0.5。

根據上述公式可得出，澆鑄時間約為1min-2min。

1.3.澆鑄模轉速的選定

澆鑄模轉速的選定是離心澆注的最重要的工藝參數，若澆鑄模的轉速過高，在金屬凝固過程中，會使澆鑄機的振動變大，澆鑄管就容易出現裂紋；同樣若澆鑄模的轉速過低，使得離心力不足，也無法保證氣體和渣浮出表面，極易形成氣孔等缺陷，此時澆鑄液若補縮不充分，也極易形成縮孔等缺陷。因此選擇合適的澆鑄模轉速，對澆鑄管的質量起著關鍵的作用。

查閱相關資料，澆鑄模轉速的公式如下：

式中：n為澆鑄模的轉速，單位為r/min；

G為重力系數，其值一般取45至80之間；

R為澆鑄管件管內半徑，單位為m。

2.離心鑄造不銹鋼管的常見質量問題及解決措施

2.1.不銹鋼管出現橫向裂紋

不銹鋼管產生橫向裂紋主要是因為：①澆鑄模轉速過大。轉速過大會使型筒內的不銹鋼液在離心力作用下會通過兩側的蓋孔流出，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，于是產生橫向裂紋。②使用的涂料性能不好。使用不合格的涂料會高溫下的不銹鋼鑄件表面產生粘砂現象，在冷凝和收縮時，鑄件和型筒表面產生的摩擦阻力過大，從而產生橫向裂紋。

解決措施：選擇合適的端面密封結構，嚴格控制端蓋的密封性能， 使鑄件流過時不易出現流出或者飛皮等現象。選用性能較好的涂料， 防止鑄件產生粘砂現象，減小鑄件表面產生收縮阻力。

2.2.不銹鋼管出現螺旋裂紋

不銹鋼管出現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，且鋼水中會出現硫、磷等少量雜質，這些雜質會和Fe0等鐵化合物形成更復雜的化合物，使鋼水的流動性進一步降低，使不銹鋼管更易出現皺紋和夾渣等現象。

解決措施：選擇合適的澆鑄溫度，提高澆鑄速度，且型筒的預熱充分且溫度合適，一般會減少出現螺紋裂紋的現象。

2.3 .不銹鋼管表面出現夾渣與氣孔

此現象一般會出現不銹鋼管表面，而且直徑越大越易產生此現象。產生的主要的原因是： 由于型筒內表面通常會采用復料，離心澆鑄時使鑄件外層凝固速度減慢， 在這過程中會滲入氣體和雜質等，而不銹鋼液和這些雜質混合后使金屬熔點和粘度增大，也容易產生氧化膜，這樣會使不銹鋼液的重力系數減小，使不銹鋼液對型筒的壓力減小，導致澆鑄速度減小。

解決措施： 保持澆鑄的型筒內壁的的干燥，且需預熱充分， 嚴格控制不銹鋼液的熔注點， 根據經驗適當增大重力系數至100左右。

3.總結

離心澆鑄法是生產不銹鋼管的重要方法之一。近年來，離心澆鑄不銹鋼管正向著智能化，大型化的方向發展， 其產品應用的范圍也越來越廣。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的確定，并就一些常見的不銹鋼管的質量問題提出獨特的見解。合理的運用工藝參數可減少不銹鋼管的不合格率的，也是公司生存、發展.取得較好經濟效益的保證。也對改善公司的相關產品質量，提高勞動生產率.降低成本有著深刻的意義。

參考文獻：

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