[发明专利]一种低合金耐磨铸钢管及其铸造方法

说明书

本发明涉及一种低合金耐磨铸钢管及其铸造方法，属于铸造技术领域。

目前，国内外在电力、矿山、冶金、土木建筑、环保等行业的许多大型成套设备和装置的关键部位，均采用了大量管道，这类管道大多数都是长期连续服役，工作环境十分恶劣，输送介质为灰渣、砂石、泥浆等含有尖锐固体的物料，耐磨性要求很高。例如火力发电厂使用的煤粉输送管和排灰管，有的原系普通钢板螺旋卷制焊接而成，耐磨性和使用寿命受到很大的限制，仅使用1-2年就磨穿了。因此，国内外有关行业都在寻求一种耐磨管道，这类管道一般属长管，中间焊接起来，这就要求该管道既具有高强的耐磨性又具有良好的可焊性。鉴于此，制造一种耐磨铸钢管代替普通钢板卷焊管是值得试验研究的。

现有铸造耐磨铸钢件最有效方法之一是向铸钢中加入合金元素。使用最多的合金元素有铬、镍、钼、锰、氮、钒、钛、铜、钨、铝、锆、硅等，这些元素均能与铸钢中的碳形成高硬度的碳化物，制成高合金铸钢件，从而提高耐磨性能。但加入的合金份量较多，价格昂贵，成本较高。

迄今为止，长铸钢管的生产，一般均采用离心铸造方法。该方法出现于19世纪，在20世纪初才付诸于工业性生产，1938年，德国首次生产出离心铸钢管。由于钢水在离心力作用下凝固，不仅管体组织致密，而且可使渣、杂质从钢水中浮出，使得钢水在凝固前得到净化。离心铸钢管的生产技术经过半个世纪的试验研究和发展积累，已不断成熟和完善，但是生产中小口径薄壁长耐磨铸钢管，仍然是国内外有关厂家长期研究的课题，而且耐磨性和可焊性同时在铸钢管中具备，这也是很难摸索的。

本发明的目的是制造一种低合金耐磨铸钢管，提供该管的一种铸造方法，提高使用于上述行业的铸钢管的耐磨性能，使用寿命比原普通钢板卷焊管至少提高一倍，且焊接性能良好，方便施焊制造，达到高合金铸钢管的耐磨性和其他力学性能。

本发明的技术方案如下：

该管由管体和两端配焊的法兰组成(也可不配法兰，采用柔性联接)，中小口径(Φ500-Φ80mm)、薄壁(25-12mm)、长直管(4-6m)或弯管、三通、四通，更长的管由多节焊合而成，外表面涂沥青或其他防腐材料。其特征在于耐磨性和可焊性好，洛氏硬度HRC35-47，金相组织为低合金贝氏体(55-60％)和索氏体(40-45％)共存，其成分范围为(％)：碳0.20.4、硅≤0.4、锰0.8-2.0、铬1.0-2.5、镍0.8-1.5、硼0.0046-0.005、硫≤0.04、磷≤0.04，余量为铁及不可避免的杂质元素。

熔炼时，可采用电弧炉或感应炉，最好选用感应电炉，它操作方便、容易控制。由于长度为5-6m的中口径薄壁铸钢管最大重量可达1.5吨，小口径管小于0.5吨，故前者选用1.5吨电弧炉，后者选用430公斤中频感应电炉。

熔炼时，加入的合金元素的原料，其中铬、镍两元素采用铬铁、镍铁合金，也可采用1Cr18Ni9Ti、OCr18Ni12Mo2Ti、OCr25Ni20等不锈钢切屑或边角余料，硼、锰采用铁合金。其熔炼和处理钢水的方法为：先将镍、铬合金材料加入熔炼炉底，再加入碳钢料或生铁，各种炉料配比根据镍、铬合金材料的镍、铬含量来确定，待炉料全部熔化后取样分析，根据分析结果加入硼铁、锰铁合金，若铬、镍含量低于前述范围，则再补加镍、铬合金材料；高于前述范围，则再补加碳钢料，如此将成分调整合格。铬、镍、硼、锰的含量低于前述范围，对提高铸钢管的耐磨性能不显著；高于前述范围，虽然对提高铸钢管的耐磨性能有利，但对可焊性带来不利影响，又增加成本，锰、硼含量太高还可能损害该铸钢管的综合力学性能。成份合格后加铝脱氧，搅拌、扒渣，温升至1620-1640℃出炉。钢水温度过低，将不利于添加元素的合金化；过高将增加不必要的能源消耗。出炉钢水加上保温覆盖剂即可浇注。

本发明所含合金元素在铸钢中所起作用可分为两类，一类是强烈促进铸钢中贝氏体形成，使铸钢在铸造状态下获得均匀致密的贝氏体基体，同时，这类元素熔解于基体中，对增强铸钢管的耐磨性能起决定性的作用，这类元素有铬、锰、硼。

铬具有细化晶粒，抗氧化、耐腐蚀的作用，其强化基体的能力很大。

锰是一种提高强度、硬度和耐磨性的常用合金元素，其强化基体的作用也很大，但锰在低合金范围内有所粗化晶粒，铸件耐磨性能随锰含量的增高而降低。故本发明的锰含量(％)控制在0.8～2.0。

硼是一种强烈提高淬透性的元素，在铸钢中加入少量硼，能显著提高耐磨性能及综合力学性能。

另一类元素主要起变质和净化钢水、改善焊接性能的作用，这类元素是镍。