离心铸造不锈钢管的工艺研究

钱长华

摘要：随着耐热不锈钢管在我国热处理炉等行业的广泛应用，对耐热不锈钢管的需求量也日益增加，且用户对质量的要求也越来越高，本文就离心铸造不锈钢管的工艺确定和常见的质量问题及措施做了详细的阐述，以提高离心铸造不锈钢管的整体制造水平。

关键词：离心铸造；不锈钢管；工艺

引言

随着我国机械制造业的飞速发展，伴随着热处理炉的使用也增多，对耐热和高质量不锈钢管的需求量日益增多。这类钢管最常用的钢号是1Cr18Ni9Ti不锈钢，我国传统制造不锈钢管的工艺是，用电渣重熔实心锭做成的实心不锈钢管坯料，经镗床加工成不锈钢管，此方法的材料利用率较低，且工序较多；而采用离心铸造耐热不锈钢管的工艺，制造出的不锈钢管，其组织特点是存有大量的二次析出碳化物，此组织紧密，成分均匀，金属缺陷较少，可满足用户的高质量要求。现如今此制造工艺已被广泛使用。

在热处理领域，直径150mm的耐热不锈钢是此工艺的核心，此类钢管不仅要耐高温和耐腐蚀，还需承受20至30MPa的压力，对于壁厚和管径之比为1：15的钢管来说，其管壁需承受15-20N/mm2的张应力，这类钢管通常需要很高的蠕变强度。而离心浇铸是根据不同金属元素的质点不同，在不同转速所产生离心力的作用下会呈现出类似于分层的现象，这种浇铸法通常可得到高的蠕变强度。本文就采用离心铸造不锈钢管的工艺方法、常见质量问题及解决措施做简要的分析。

1.离心铸造不锈钢管的主要工艺确定

离心铸造不锈钢管的主要工序有钢水冶炼、离心浇铸、加工外径和内孔、车端面、润滑和热挤压成型等工艺。根据离心铸造1Cr18Ni9Ti不锈钢管的相关经验，浇铸温度、浇铸时间和浇铸模转速三个工艺参数对不锈钢管的质量影响最大。

1.1. 浇铸温度的选定

浇铸温度的选定是离心浇铸的一个关键工艺，过高的温度会使浇铸件产生双向凝固，造成冷隔现象，形成不完全成形等缺陷；而过低的温度会不利于排除气体杂质等缺陷，影响生产率和产品的质量。查阅相关手册可得出不锈钢材料的熔点，如1Cr18Ni9Ti的熔点为1455℃，根据相关经验得出离心浇铸时的一般过热度为50℃ ～100℃ ，因此1Crl8Ni9Ti的浇铸温度为1500℃左右。

1.2.浇铸时间的选定

选择合适的浇注时间也对不锈钢浇铸管的质量有着很重要的影响。若浇铸时间太长，即浇注速度过慢时，容易造成浇注量不足或者冷隔现象，影响产品的质量；若浇注时间太短，会造成浇铸的金属液内气体和杂质等不易排除，同时由于速度较快，会是金属液流动动压力过大，也易产生缺砂等缺陷。

查阅相关资料，浇铸时间的公式如下：

式中：t为浇铸时间，单位为s；

A为浇铸的截面积，单位为cm2；

G为单位时间内流过浇铸截面A的重量，单位为kg；

ν为流量系数，值为0.5。

根据上述公式可得出，浇铸时间约为1min-2min。

1.3.浇铸模转速的选定

浇铸模转速的选定是离心浇注的最重要的工艺参数，若浇铸模的转速过高，在金属凝固过程中，会使浇铸机的振动变大，浇铸管就容易出现裂纹；同样若浇铸模的转速过低，使得离心力不足，也无法保证气体和渣浮出表面，极易形成气孔等缺陷，此时浇铸液若补缩不充分，也极易形成缩孔等缺陷。因此选择合适的浇铸模转速，对浇铸管的质量起着关键的作用。

查阅相关资料，浇铸模转速的公式如下：

式中：n为浇铸模的转速，单位为r/min；

G为重力系数，其值一般取45至80之间；

R为浇铸管件管内半径，单位为m。

2.离心铸造不锈钢管的常见质量问题及解决措施

2.1.不锈钢管出现横向裂纹

不锈钢管产生横向裂纹主要是因为：①浇铸模转速过大。转速过大会使型筒内的不锈钢液在离心力作用下会通过两侧的盖孔流出，冷凝固化后不锈钢管铸件与外端盖粘连，不锈钢管铸件不能完全收缩，于是产生横向裂纹。②使用的涂料性能不好。使用不合格的涂料会高温下的不锈钢铸件表面产生粘砂现象，在冷凝和收缩时，铸件和型筒表面产生的摩擦阻力过大，从而产生横向裂纹。

解决措施：选择合适的端面密封结构，严格控制端盖的密封性能， 使铸件流过时不易出现流出或者飞皮等现象。选用性能较好的涂料， 防止铸件产生粘砂现象，减小铸件表面产生收缩阻力。

2.2.不锈钢管出现螺旋裂纹

不锈钢管出现螺旋裂纹主要的原因有：众所周知，1Crl8Ni9Ti等材料的不锈钢的铸造性能较差，且钢水中会出现硫、磷等少量杂质，这些杂质会和Fe0等铁化合物形成更复杂的化合物，使钢水的流动性进一步降低，使不锈钢管更易出现皱纹和夹渣等现象。

解决措施：选择合适的浇铸温度，提高浇铸速度，且型筒的预热充分且温度合适，一般会减少出现螺纹裂纹的现象。

2.3 .不锈钢管表面出现夹渣与气孔

此现象一般会出现不锈钢管表面，而且直径越大越易产生此现象。产生的主要的原因是： 由于型筒内表面通常会采用复料，离心浇铸时使铸件外层凝固速度减慢， 在这过程中会渗入气体和杂质等，而不锈钢液和这些杂质混合后使金属熔点和粘度增大，也容易产生氧化膜，这样会使不锈钢液的重力系数减小，使不锈钢液对型筒的压力减小，导致浇铸速度减小。

解决措施： 保持浇铸的型筒内壁的的干燥，且需预热充分， 严格控制不锈钢液的熔注点， 根据经验适当增大重力系数至100左右。

3.总结

离心浇铸法是生产不锈钢管的重要方法之一。近年来，离心浇铸不锈钢管正向着智能化，大型化的方向发展， 其产品应用的范围也越来越广。本文着重描述了离心铸造不锈钢管的一些重要的工艺参数的确定，并就一些常见的不锈钢管的质量问题提出独特的见解。合理的运用工艺参数可减少不锈钢管的不合格率的，也是公司生存、发展.取得较好经济效益的保证。也对改善公司的相关产品质量，提高劳动生产率.降低成本有着深刻的意义。

参考文献：

[1]张伯明. 离心铸造[M]. 北京：机械工业出版社，2004

[2]吕烨，许德珠. 机械工程材料[M]. 北京：高等教育出版社，2008

[3]曾静，李建华. 离心浇注不锈钢管失效原因分析[J].物理测试，2004，5；27.