双相不锈钢转鼓用管的离心铸造生产工艺.pdf

双相不锈钢转鼓用管的离心铸造生产工艺 王小军·，张应龙2 (1．海装重庆军代局，重庆400042；2．四川华星炉管有限公司，四川成都610300) 摘要：介绍了双相不锈钢转鼓用管的离心铸造生产工艺，并与传统的卷制焊接成型转鼓生产工艺进行了对 比，离心铸造优势明显。对采用该工艺生产双相不锈钢转鼓的生产实践作了详细介绍，包括材料成分、铸型转速 及热处理工艺的确定等。经检测，生产的双相不锈钢转鼓致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，机械性能好，可满足 特殊应用环境对转鼓无缝化制造的要求。 关键词：离心铸造；双相不锈钢；转鼓；钢管；卷制焊接；铸型转速；热处理工艺；机械性能 中图分类号：TG249．4 文献标志码：B 文章编号：1001-2311(2015)01-0046—05 Centrifugal—casting Process for Manufacturing Dual Phase Stainless Steel Tube for Drum—making WANG Xiaojun’，ZHANG Yinglong (1．Chongqing Military Representative Bureau，PLA Navy Equipment Department，Chongqing 400042，China； 2．Sichuan Huaxing Boiler Pipe Co．，Ltd．，Chengdu 6 1 0300，China) Abstract：Elaborated in the article is the centrifugal casting process for manufacturing dual phase stainless steel tube for drum。making．Compared to the conventional coiling—welding process for the same purpose，the centrifugal casting process has obvious advantages．Relevant operational practice of producing the dual phase stainless steel tube for drum。making with the said centrifugal casting process is also detailed，involving such aspects as material chemical composition，casting speed and determination of the heat treatment process，etc．The resuhs of relevant tests and inspections show that the drum fabricated with the dual phase stainless steel tube as produced with the above mentioned centrifugal casting mould RPM is in possession of such advantages as high density，very few defects like gas hole，trapped。slag and fine mechanical properties，being satisfactory to the requirement for manufacturing the seamless drum which is suitable for special service conditions． Key words：centrifugal casting；dual phase stainless steel；drum；steel tube；coiling—welding；casting mound RPM；heat treatment process；mechanical properties 离心铸造是一种既传统又现代的铸造方法，已 广泛应用于炉管、简体类零件的生产领域。在双相 不锈钢转鼓类零件的生产过程中，传统工艺方法是 采用钢板卷制焊接成型，其制作工艺复杂，制造成 本和原材料成本较高 ]。近年来，通过对比分析离 心铸造工艺和卷制焊接成型工艺，找出了生产双相 不锈钢转鼓类零件的工艺改进方法——离心铸造。 王小军(1978一)，男，工程师，主要从事机械装备监 造工作。 STEEL PIPE Feb．2015，Vo1．44，No．1 本文将在对比上述两种成型工艺的基础上，进一步 介绍采用离心铸造生产双相不锈钢转鼓用管的生产 工艺。 1传统卷制焊接成型工艺 1．1三辊卷制原理 双相不锈钢转鼓毛坯的卷制采用三辊卷制时， 1个上辊在2个下辊中间对称位置，并通过上辊压 紧传动螺杆传动作垂直升降运动；2个下辊作同方 向的旋转运动。减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮 钢管2015年2月第44卷第1期 47 合，为卷制双向不锈钢转鼓简体毛坯提供扭矩_3_。 三辊卷制原理如图1所示。 ／ 、、 。_ 一寸‘ ，，， 、．j ＼ ／ 、．，， L ／／ … …，厂 1一上辊2一下辊3一钢板 图1三辊卷制原理示意 1．2简体毛坯成型 在三辊卷制时，双相不锈钢钢板两端采用通用 的预弯模具在压力机上进行预弯，预弯长度应大于 三辊卷板机两个下辊中心距的1／2。在预弯长度内， 预弯圆弧与检查样板间隙h≤1(mm)，检查样板曲 率半径的公称尺寸宜比图样名义尺寸小0．5～1．0 mm。此外，由于预弯直段有余量，钢板两端预弯 后应将余量切除后再加工出对接坡口。 双相不锈钢转鼓筒体毛坯卷制完成后需对纵向 坡口进行组对焊，在焊接时应严格控制焊缝质量。 如果坡口径向错位组对，焊接完成后很难对筒体进 行矫形，使得后续加工难度加大；即使能够矫形， 也会产生很大的残余应力，导致焊缝力学性能变 差，甚至使转鼓抗腐蚀性能下降_4]。 焊接近似于一次冶金过程，其焊接质量的好坏 决定着焊缝和热影响区两相组织含量的平衡和组织 的均匀性。在热影响区，离焊缝越近，其加热速度 越快，加热的峰值温度就越高，焊接时的过热将导 致焊缝附近的组织发生晶粒长大和再结晶，进而改 变母材的组织和性能。在整个焊接过程中，加热和 冷却是不均匀的，而这种不均匀将导致焊缝组织和 性能的不均匀变化及产生复杂的应力状态。冷却速 度过快，焊缝金属中将产生氮化物，抗腐蚀能力降 低；冷却速度过慢，焊接金属中将产生6相等中间 相，抗腐蚀能力和冲击韧性降低。同时，与其他不 锈钢相比较，双相不锈钢焊接对湿气、水分等污染 更加敏感，在焊接前应清除对接坡口两侧不小于 20 mm范围内的油污、油脂等污染物。因此，在焊 接前，制定严格的焊接工艺尤为重要。 双相不锈钢焊接后一般不进行消除应力等热处 王小军等：双相不锈钢转鼓用管的离 t7铸造生产工艺 理。由于双相不锈钢中Mo的存在，扩大了盯相的 析出范围并缩短了其形成时间，使不锈钢在高于 950℃时仍存在Or相。在300 700℃的温度下进行 消除应力处理时析出Or相而产生475℃脆化；在 700～1 000 oE的温度下进行消除应力处理将导致金 属间化合物的析出；or相和化合物的析出都将导致 材料韧性和抗腐蚀性的降低。因此，采用消除应力 等热处理方式减少双相不锈钢焊接过程产生的内应 力是不可取的。 在纵向焊缝焊接完成后，为检查焊接过程中是 否产生裂纹等有害缺陷，应对焊缝进行100％渗透 检测和100％射线检测，分别按JB／T 4730---2005 承压设备无损检测》标准中I级和Ⅱ级要求检测。 在焊缝检验合格后，需进一步对转鼓简体毛坯尺寸 进行检查，若尺寸偏差过大，则应进行校圆以便于 后续的加工。在校圆后还需对焊缝进行再次渗透检 测，以防在校圆过程中由于焊接应力导致焊缝产生 裂纹等缺陷。 在双相不锈钢转鼓简体毛坯卷制焊接并检验合 格后，即可按图纸要求加工双相不锈钢转鼓零件。 2离心铸造工艺 将双相不锈钢金属液注入高速旋转的铸型内， 使其在离心力的作用下充满铸型，一次成型双相不 锈钢转鼓简体毛坯铸件，即为双相不锈钢转鼓毛坯 铸件的离心铸造工艺，如图2所示。 采用离心铸造时，双相不锈钢金属液在离心力 作用下充型和凝固，金属液补缩效果好，使得转鼓 毛坯组织致密，机械性能好，无纵向焊缝，整体强 度高，铸件不需浇冒口，金属利用率提高 ；因此， 对双相不锈钢转鼓(特别是锥形转鼓)来说，离心铸 造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺。但 是，在离心铸造时，应特别注意对铸型转速的确 定。铸型转速过低，离心力不足，将导致铸件充型 不良，使其内部产生疏松等缺陷，如果离心力小于 内层液体的重力，则产生“雨淋”现象；铸型转速过 高，将导致铸件产生纵向裂纹、加重偏析等缺陷， 如密度偏析一旦形成，将无法采用热处理消除l 6l， 同时对离心机的设备要求更高，并增加能耗。有研 究表明，铸型转速偏差不超过±15％时，不会对浇 注过程和铸件质量产生显著影响[6--8]。 离心铸造工艺生产的双相不锈钢转鼓简体毛 坯，通常采用固溶处理，使各相充分溶解，强化固 钢管2015年2月第44卷第1期 48 -．嬲舡差 与装备 (a)立式 加工。双相不锈钢在化学成分相同的情况下，可以 通过改变热处理的方式来改变铁素体和奥氏体的含 量比例，而固溶温度对改变两相比例具有关键作 用。固溶温度较低时，铁素体呈长条状连续分布在 奥氏体基体上，随着温度的提高，铁素体呈分散岛 状分布在奥氏体基体上。双相钢组织中铁素体比例 随着固溶温度的提高先略微减少，然后明显减少， 奥氏体含量增多l 9l。双相不锈钢的点蚀电位与奥氏 体含量密切相关，随着奥氏体含量的增多，其点蚀 电位不断下降，使得抗腐蚀性能降低。而增加铁素 体的含量，会降低冲击韧性。因此，在对双相不锈 钢转鼓筒体毛坯进行固溶处理时，需严格控制固溶 温度，否则将导致其韧性及抗腐蚀性能降低，使双 相不锈钢转鼓的整体强度降低。 双相不锈钢转鼓毛坯铸件固溶处理后，即可按 图纸要求加工出双相不锈钢转鼓零件。 fb)卧式 图2双相不锈钢转鼓毛坯铸件的离心铸造工艺示意 3两种生产工艺对比 双相不锈钢转鼓的两种生产工艺主要优缺点对 溶体，提高韧性及抗腐蚀性能，消除应力以便后续 比见表1。 表1 双相不锈钢转鼓的两种生产工艺主要优缺点对比 4离心铸造生产实践 本次生产实践中，采用了卧式离心铸造工艺， 一次成型出l根较长的双相不锈钢转鼓筒体毛坯， 经固溶处理后根据产品要求切出不同长度的转鼓筒 体毛坯，再经机加工后成为所需形状的双相不锈钢 转鼓。 STEEL PlPE Feb．2015，Vo1．44，No．1 4．1材料要求及检测结果 双相不锈钢转鼓用管采用英国BS EN 1 0283— 2olo((耐腐蚀钢铸件》标准中GX2CrNiM0N22—5—3 材料生产，其化学成分见表2。 4．2铸造方式 在对长度要求不太长的情况下，卧式离心铸造 泡、渣粒及不能互溶的金属组元液体等异相质点， 密度小的会向自由表面移动(内浮)，密度较大的则 往模壁移动(外沉)l2]。离心力对顺序凝固的金属液 起到了很好的补缩作用，从而减少了铸件内部的污 染，提高了铸件的致密度。同时，双相不锈钢金属 液浇入管模后，金属液还以“一股流”的形式层状地 在铸型上作轴向流动，使铸件易出现层状偏析，这 足由于各层金属的凝同条件差异而引起的。在双相 不锈钢转鼓毛坯的离心铸造过程中，常采用热模法 生产，由于管模的冷却强度较弱和浇注温度较高， 双相不锈钢转鼓铸件在断面上不易出现偏析 ]，特 别是密度偏析。在实际生产中，通过对铸型转速的 合理制定，也能得到有效的控制。 双相不锈钢金属液浇人管模后，受管模壁的冷 却作用，在管模附近的金属液开始结晶凝固，随着 结晶潜热连续地垂直管模壁向外散发，使铸件由外 向内顺序结晶凝固，离心力的作用又使金属液对流 加剧，从而得到按径向生长的柱状晶组织(厚度可 达45％～75％)[14-15]。同时，由于离心铸造的双相不 锈钢转鼓筒体为一次成型，无对接焊缝及焊接应 力，使得转鼓在使用过程中整体强度得到有效提高。 采用离心铸造工艺，还可生产双相不锈钢锥段 转鼓(图5)，减少卷焊制造时锥段转鼓中法兰与锥 形简体的焊接工序，同样为一次成型。 图5离心铸造的双相不锈钢锥段转鼓 5结论 (1)离心铸造双相不锈钢转鼓，无焊缝及冷作 硬化应力，转鼓整体强度较高。 (2)与传统的卷制焊接工艺比较，离心铸造工 艺生产双相不锈钢转鼓的壁厚范围较大，工艺出品 率较高。 STEEL PIPE Feb．2015，Vo1．44，No．1 (3)离心铸造的转鼓，满足特殊应用环境下对 转鼓无缝制造的要求。 (4)离心铸造双相不锈钢转鼓工艺，相对卷制 焊接工艺，生产过程简化，经济l!生较好。 (5)离心铸造的无缝转鼓，相对有焊缝的焊接 转鼓，在高速运转作业时，其爆裂危险性相对降 低，安全系数提高，使用寿命较长。 (6)采用离心铸造工艺还可一次成型带法兰的 锥段无缝转鼓毛坯，转鼓无焊缝。 6参考文献 [1]吴玖，姜世振，韩俊媛，等．双相不锈钢[M]．北京：冶 金工业出版社，1999． 『2]李红，余广火，原建华，等．钢板卷筒后筒体表面凹坑 缺陷的成因分析与预防『J]．宽厚板，2008(5)：1 1-13． [3]邢伟荣．卷板机的现状与发展[ 锻压装备与制造技术， 2010(2)：10—16． 『4]岳斌，马鹏举，王大治，等．2205双相不锈钢的焊接工 艺研究[J]．化工机械，2009，36(1)：5-8． 『5]中国机械工程学会铸造专业学会．铸造手册(第6卷)： 特种铸造『M]．北京：机械工业出版社，2003． [6]张伯明．离心铸造[M]．北京：机械工业出版社，2004． 『7]李学辉．离心浇注机的转速对产品质量的影响和控制 [J]．四川冶金，2008(1)：54—55． 『8]古兴华，杜隆有，陈生隘，等．高效离心铸管的工艺与 技术浅析[J]．铸造，1997(7)：27—30． 9]赵晖，徐玲．热处理双相不锈钢组织和腐蚀性能的影响 [J1_腐蚀科学与防护技术，2009(3)：288—290． 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