雙金屬冶金複合耐磨管坯及其生產方法

2023-05-29 16:23:41

專利名稱：：雙金屬冶金複合耐磨管坯及其生產方法
技術領域：
：本發明涉及金屬鑄造成型領域，尤其是一種雙金屬冶金複合耐磨管坯及其生產方法。
背景技術：
：X/高鉻白口鑄鐵雙金屬複合管主要用於煤礦、金礦、銅礦、鐵礦、磷酸鹽礦、硫酸鉀礦等採礦行業當中，以及用於一些輸送固體材料的管材。其中X指普碳鋼或低合金高強度鋼材料，如14MnV、16MnV;高鉻白口鑄鐵為耐磨損的白口鑄鐵合金材料(如GB8263-87中KmTBCr20Mo2Cul、KmTBCr26等鋼號)，根據使用要求的不同可對其成分做適當調整，這種材料一般用於礦山、冶金、電力、建材和機械等行業的易磨損件。目前廣泛應用的耐磨管一般有兩種1)內襯高鉻鑄鐵耐磨管此種耐磨管外層採用普通成品碳鋼鋼管，在低溫下以碳鋼鋼管作為管模澆注內層高鉻鑄鐵，形成內襯高鉻鑄鐵耐磨管，由於澆注過程中外層溫度較低，內外層不會發生冶金結合，因此採用這種成型工藝成型的耐磨管存在著內外分層現象，內層脆性高鉻鑄鐵得不到外層碳鋼的支撐作用，容易發生破裂，整體強度較低。2)雙液澆注而成雙金屬複合耐磨管此成型工藝參見公開號為CN1759956A《雙液離心澆注製造雙金屬複合耐磨管的方法》的專利，該工藝同樣採用離心雙液澆注，其大致步驟為①按水與石墨粉的體積比為i:o.3-1.o配製水基石墨塗料噴塗於管模內表面；②用火焰烘乾模管內表面塗料後澆注外層鋼液；③待冷卻凝固後，離心澆注內層鋼液，冷卻成型，即製成雙金屬複合耐磨管。利用此法生產的耐磨管，由於塗料採用水基石墨塗料噴，容易造成外層鋼水的增碳，外層含碳量的增加，會降低產品的韌性，影響產品質量；同時，由於澆注過程中未採用保護渣保護澆注，煉鋼過程中產生的高熔點渣難於上浮，易產生夾雜和夾渣，不能達到完全冶金結合，剪切強度較低。
發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種能提高產品合格率、能有效防止外層增碳、使用安全性高的雙金屬冶金複合耐磨管坯的生產方法。本發明還提供一種根據上述方法生產的雙金屬冶金耐磨複合管坯。為解決上述技術問題，本發明方法所採取的技術方案是一種雙金屬冶金複合耐磨管坯的生產方法，其關鍵在於該生產方法包括以下步驟(1)將金屬管模烘烤至200-30(TC後噴塗水基鋯英粉類塗料，噴塗厚度為1.0-3.Omm;(2)噴塗完成後將金屬管模烘烤至200-35(TC後離心澆注外層金屬液，澆注後冷卻，待外層內表面溫度冷卻至低於外層金屬固相線溫度時開始澆注內層金屬液；(3)將內層金屬液通入金屬管模內離心澆注，澆注完後冷卻，待外層和內層全部凝固後停止冷卻，此時內層和外層已經達到完全冶金熔合；其中，所述外層為普碳或低合金高強度鋼材料，內層為高鉻白口鑄鐵材料。優選的，低合金高強度鋼材料為14MnV、16MnV，普碳鋼為20#、Q235、25ft，高鉻白口鑄鐵材料為Cr26、Cr15。作為本發明進一步的優選方案，在上述步驟(2)之前向外層金屬液加入低熔點保護渣，在步驟(3)之前向內層金屬液加入低熔點保護渣，低熔點保護渣的熔點低於所澆注鋼水熔點150-30(TC，加入量為金屬液重量的0.5%-1.5%。進一步的本發明還提供了由上述生產方法製得的雙金屬冶金複合耐磨管坯。採用上述技術方案所產生的有益效果在於本生產方法中當外層內表面溫度低於外層金屬固相線溫度一定範圍時澆注內層金屬液，這樣可使得內層與外層完全冶金熔合，內外層形成的冶金熔合層的厚度大約在0.5-2mm，在管模壁上噴塗水基鋯英粉類塗料較水基石墨塗料相比可有效控制外層鋼水的碳含量，提高產品質量；進一步的改進向外層與內層金屬液中加入低熔點保護渣可有效減少夾雜和夾渣，使內外層更好的完成冶金熔合，鑄坯合格率提高；通過此生產方法生產的管坯在鑄態或經常規熱處理後使用，其高耐磨性、脆性的內層通過冶金熔合與外層高強度、高韌性鋼連接在一起，內外層不易分層，外層金屬對內層金屬提供了支撐作用，較單金屬高鉻鑄鐵耐磨管提高了使用的安全性，延長了其使用壽命。圖l是本發明的示意圖；其中，1、金屬管模；2、塗層；3、外層；4、內層;具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。本發明中雙金屬複合管坯的內層採用GB8263-87中規定的牌號，比如KmTBCr20Mo2Cul、KmTBCr26等，根據使用要求的不同可對其成分做適當調整，外層為普碳鋼或低合金高強度鋼材料，普碳鋼材料如20#、9235、25#，低合金高強度鋼材料如14MnV、16MnV。澆注過程中，需對金屬管模實時冷卻，冷卻裝置可採用位於金屬管模上方的冷卻水噴淋裝置或其他冷卻管模的裝置。因本生產方法採用的是熱模法離心澆注，澆注過程中需控制離心速度，其根據管模內徑確定，一般金屬管模轉速為60-120G。在本發明中澆注外層、內層金屬液時，控制金屬管模轉速為80G左右。澆注時所加入的金屬液重量採用電子秤來秤量或採用定量出鋼。下述實施例1、2、3中外層金屬液的熔點為1510-152(TC左右，內層高鉻白口鑄鐵材料金屬液的熔點為1250-129(TC左右，低熔點保護渣的組成與所澆注金屬的熔點相匹配，其應滿足關係Tm-30(TC《Ts《Tm-150°C，Tm、Ts分別為所澆注金屬和所加入熔渣熔點，單位是t:。外層金屬液的成分及內層金屬液成分參見表1，所製得管坯內外層成分參見表2，所得管坯的有關性能參見表3。實施例l(管還規格①617[外徑]X①589[中徑]X①563[內徑]X3100mm)(1)將金屬管模1烘烤至27(TC後噴塗水基鋯英粉類塗料，噴塗厚度為2.4mm;水基鋯英粉塗層的組成應滿足(為重量份數比)(鋯英粉聚合氯化鋁膨潤土水活性劑[洗衣粉或磺酸鈉]=ioo:5-8:12-15:50:o.5-o.8)(2)噴塗完成後將金屬管模烘烤至28(TC離心澆注外層金屬液，澆注重量為710kg，澆注溫度為1610°C，澆注完後冷卻，澆注之前向外層金屬液中加入4.5kg低熔點保護渣，低熔點保護渣的組成為(為重量百分含量)Ca0:34.1%;Si02:29.8%;A1203:2.51%;CaF2:7.94%;Na20:14.57%;MgO:2.51%;BaO:8.57%;(3)當外層內表面溫度冷卻至低於外層金屬液熔點50-60°C時開始澆注內層金屬液，澆注重量為530kg，澆注完後冷卻，待外層與內層全部凝固後停止冷卻，此時內層和外層已經達到完全冶金熔合，澆注前向內層金屬液加入3kg低熔點保護渣，低熔點保護渣組成為(為重量百分含量):CaO:21%;Si02:33%;A1203:5%;CaF2:20%;Na20:12%;BaO:8%。實施例2(管坯規格①617[外徑]X①571[中徑]X①537[內徑]X3100mm)(1)將金屬管模烘烤至285t:後噴塗水基鋯英粉類塗料，噴塗厚度為2.1mm;水基鋯英粉類塗料的組成應滿足(為重量份數比)(鋯英粉聚合氯化鋁膨潤土水活性劑[洗衣粉或磺酸鈉]=ioo:5-8:12-15:50:o.5-o.8)。(2)噴塗完成後將金屬管模烘烤至295t:離心澆注外層金屬液，澆注重量為1036kg，澆注溫度為1587t:，澆注完後冷卻，澆注之前向外層金屬液中加入6.5kg低熔點保護渣，低熔點保護渣組成為(為重量百分含量):CaO:34.1%;Si02:29.8%;A1203:2.51%;CaF2:7.94%;Na20:14.57%;MgO:2.51%;BaO:8.57%。(3)當外層內表面溫度冷卻至低於外層金屬液熔點110-12(TC時開始澆注內層金屬液，澆注重量為722kg，澆注完後冷卻，待外層與內層全部凝固後停止冷卻，此時內層和外層已經達到完全冶金熔合，澆注前向內層金屬液加入4kg低熔點保護渣，低熔點保護渣組成為(為重量百分含量):CaO:21%;Si02:33%;A1203:5%;CaF2:20%;Na20:12%;BaO:8%。實施例3(管還規格①222[外徑]X①193[中徑]X①184[內徑]X2100mm)(1)將金屬管模烘烤至28(TC後噴塗水基鋯英粉類塗料，噴塗厚度為1.3mm;水基鋯英粉類塗料的組成應滿足(為重量份數比)(鋯英粉聚合氯化鋁膨潤土水活性劑[洗衣粉或磺酸鈉]=ioo:5-8:12-15:50:o.5-o.8)。(2)噴塗完成後將金屬管模烘烤至31(TC離心澆注外層金屬液，澆注重量為230kg，澆注溫度為1644t:，澆注完後冷卻，澆注之前向外層金屬液中加入1.5kg低熔點保護渣，低熔點保護渣組成為(為重量百分含量):CaO:34.1%;Si02:29.8%;A1203:2.51%;CaF2:7.94%;Na20:14.57%;MgO:2.51%;BaO:8.57%。(3)當外層內表面溫度冷卻至低於外層金屬液熔點50-6(TC時開始澆注內層金屬液，澆注重量為80kg，澆注完後冷卻，待外層與內層全部凝固後停止冷卻，此時內層和外層已經達到完全冶金熔合，澆注前向內層金屬液加入0.5kg低熔點保護渣，低熔點保護渣組成為(為重量百分含量):CaO:31%;Si02:42%;A1203:3.4%;CaF2:6.5%;Na20:9%;MgO:4%;MnO:4.1%表1金屬液成分(重量百分比％)tableseeoriginaldocumentpage6tableseeoriginaldocumentpage7將採用上述實施例製得的管坯經正火+回火常規熱處理後其外層性能能滿足X52鋼級要求，內層性能滿足高鉻白口鑄鐵國標GB/T8263-1999要求。本發明中通過低熔點保護渣的保護澆注，鑄坯中T[O]含量控制在11X10—4%(實施例1)、18X10—4%(實施例2)和33X10—4%(實施例3)的較低水平，通過批量的生產實驗證明通過加入本低熔點保護渣，T[O]含量一般能控制在40X10—4%以下；並且通過批量的生產實踐分析得出鑄坯合格率(結合層不夾渣，不過熔)由未使用本低熔點保護渣保護澆注時的70%左右，平均上升了25%左右。由表1和表2中碳含量的對比可以看出，通過噴塗水基鋯英粉類塗料，可有效防止外層增碳，且由燒損原因，碳含量有小幅下降，由O.168%到0.145%(實施例1)、0.142%到0.135%(實施例2)、0.157%到0.155%(實施例3)，這可提高產品質量，從而提高產品合格率，通過批量生產實踐證明通過噴塗本水基鋯英粉類塗料對提高產品合格率有較好的效果。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。權利要求一種雙金屬冶金複合耐磨管坯的生產方法，其特徵在於該生產方法包括以下步驟(1)將金屬管模烘烤至200-300℃後噴塗水基鋯英粉類塗料，噴塗厚度為1.0-3.0mm；(2)噴塗完成後將金屬管模烘烤至200-350℃後離心澆注外層金屬液，澆注後冷卻，待外層內表面溫度冷卻至低於外層金屬固相線溫度時開始澆注內層金屬液；(3)將內層金屬液通入金屬管模內離心澆注，澆注完後冷卻，待外層和內層全部凝固後停止冷卻，此時內層和外層已經達到完全冶金熔合；其中，所述外層為普碳鋼或低合金高強度鋼材料，內層為高鉻白口鑄鐵材料。2.根據權利要求1所述的雙金屬冶金複合耐磨管坯的生產方法，其特徵在於所述低合金高強度鋼材料為14MnV、16MnV，普碳鋼為20#、Q235、25#，高鉻白口鑄鐵材料為Cr26、Crl5。3.根據權利要求1所述的雙金屬冶金複合耐磨管坯的生產方法，其特徵在於在步驟(2)之前向外層金屬液加入低熔點保護渣，在步驟(3)之前向內層金屬液加入低熔點保護渣，低熔點保護渣的熔點低於所澆注鋼水熔點150-30(TC，加入量為金屬液重量的0.5%-1.5%。4.一種雙金屬冶金複合耐磨管坯，其特徵在於採用權利要求1、2或3所述的生產方法加工製造。全文摘要本發明公開了一種雙金屬冶金複合耐磨管坯的生產方法，該方法的步驟為先將金屬管模烘烤至200-300℃後噴塗水基鋯英粉類塗料，噴塗厚度為1.0-3.0mm，然後將金屬管模烘烤至200-350℃後離心澆注外層金屬液，澆注後冷卻，待外層內表面溫度冷卻至低於外層金屬固相線溫度時開始澆注內層金屬液，最後將內層金屬液通入金屬管模內離心澆注，澆注完後冷卻，待外層和內層全部凝固後停止冷卻，此時內層和外層已經達到完全冶金熔合，所述外層為普碳鋼或低合金高強度鋼材料，內層為高鉻白口鑄鐵材料。本發明還公開了採用上述方法製造的雙金屬冶金複合耐磨管坯。本生產方法生產的管坯其內外層金屬能完全冶金熔合、合格率提高且使用安全性高。文檔編號B22D19/08GK101774010SQ20101010278公開日2010年7月14日申請日期2010年1月29日優先權日2010年1月29日發明者宋亞峰,王黎暉,申勇,陳建波,霍川喜,高傑申請人:新興鑄管股份有限公司