專利名稱：一種離心鑄造的TP310Cb/T11雙金屬復(fù)合管坯及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)雙金屬無縫鍋爐鋼管的原料管坯的雙金屬復(fù)合管的選材及生產(chǎn)方法，屬于管坯鑄造領(lǐng)域，尤其是一種離心鑄造的雙金屬復(fù)合管坯及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管是煤氣化鍋爐管道材料，主要用于帶有腐蝕性氣氛的換熱器。煤氣化爐主要用于火力發(fā)電廠等熱能交換要求較高的領(lǐng)域，由于燃燒煙煤或無煙煤中含有S等雜質(zhì)，燃燒后產(chǎn)生SO2等腐蝕性介質(zhì)，管子的材料主要要求應(yīng)能夠承受高溫耐腐蝕性，通常多采用高強(qiáng)度不銹鋼，比如TP310Cb等。但是，不朽銹耐熱鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小， 管道的熱導(dǎo)率效率低，影響了整體鍋爐的使用效率及能源利用率。為了在保證耐高溫腐蝕的條件下，增加導(dǎo)熱效率，采用外不朽銹耐熱鋼、內(nèi)層低合金鋼復(fù)合管子來代替單金屬的不朽銹耐熱鋼管。TP310Cb /Tll雙金屬復(fù)合管是外層采用TP310Cb材質(zhì)，內(nèi)層采用Tll材質(zhì)的雙金屬復(fù)合管，外層材料TP310Cb具有良好的耐熱性及耐蝕性，可滿足耐熱耐腐蝕要求， 內(nèi)層材質(zhì)Tll具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，可以提高換熱管道的整體換熱效率，節(jié)約能源，是普通 TP310CL·單金屬管的理想替代品。煤氣化爐用雙金屬復(fù)合管有較高的使用要求，需要同時(shí)保證其耐熱耐蝕性及高熱導(dǎo)率。要滿足上述要求，需要雙金屬復(fù)合管內(nèi)外層之間沒有熱阻，即內(nèi)外層能夠無間隙冶金結(jié)合，保證較低的導(dǎo)熱系數(shù)，提高傳熱效率。目前國內(nèi)此種雙金屬的生產(chǎn)工藝尚屬空白。國外采用的生產(chǎn)工藝為是首先利用機(jī)械嵌套的方法，在外層管的內(nèi)表面、內(nèi)層管的外表面涂抹滲透劑，然后將兩種材質(zhì)的鋼管嵌合在一起，結(jié)合面密封抽真空，放置到爐內(nèi)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱，通過內(nèi)外層交界面的原子擴(kuò)散將兩者結(jié)合到一起。此種方法不會(huì)形成全部完全的冶金結(jié)合，交界面的縫隙會(huì)在內(nèi)外層熱量傳輸過程中產(chǎn)生較大的熱阻，影響換熱效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種離心鑄造的雙金屬復(fù)合管坯及其生產(chǎn)方法， 利用過渡層使內(nèi)外層之間完全熔合，內(nèi)外層結(jié)合層具有很高的結(jié)合強(qiáng)度高，大大緩解了內(nèi)外層之間的界面應(yīng)力，能使整支管子的應(yīng)力分布均勻，避免內(nèi)外層交界面的應(yīng)力集中，從而提高了雙金屬管的使用壽命；同時(shí)減少了內(nèi)外層熱傳導(dǎo)的熱阻，提高了雙金屬管的熱傳導(dǎo)效率；提高了成品管的外層抗腐蝕性，方法簡(jiǎn)便，便于熱處理。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種離心鑄造的TP310Cb/ Tll雙金屬復(fù)合管坯，其特征在于所述雙金屬復(fù)合管坯包括管坯內(nèi)層、管坯外層及管坯過渡層；
復(fù)合管坯內(nèi)層成分的重量百分比為C O. 05 O. 15，Si O. 50 I. 00，Mn O. 30 O. 60, P^O. 025, S^O. 015, Cr I. 00 I. 50，Mo O. 44 O. 65，其余為 Fe 和雜質(zhì)； 復(fù)合管坯外層成分的重量百分比為c ^O. 03, Si ^O. 75, Mn ^ 2. 00, P ^O. 02, S 彡 O. 015，Cr 25. O 26. O, Ni 17. O 23. O, Mo O. 3 O. 6，Nb O. 2 O. 6，N O. 03
0.3，其余為Fe和雜質(zhì)；
復(fù)合管坯過渡層成分的重量百分比為C O. 005 O. 10，Si O. 01 O. 7，Mn O. 01
1.4，P O. 003 O. 03，S O. 003 O. 02，Cr O. 5 6. 0，Mo O. 01 O. 5，Ni O. 01 5. 0，其余為Fe和雜質(zhì)。對(duì)上述內(nèi)容作進(jìn)一步限制，成型后的無縫鋼管復(fù)合管內(nèi)層的性能標(biāo)準(zhǔn)要求為屈服強(qiáng)度彡205MPa，抗拉強(qiáng)度彡415MPa，延伸率彡30%。本發(fā)明中復(fù)合管外層是高Cr、Ni含量的奧氏體不銹鋼，不用做固溶處理也具有良好的耐腐蝕性。一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟
步驟一檢測(cè)復(fù)合管坯管坯中外層、內(nèi)層及過渡層選材的成分，合格后熔化管坯，準(zhǔn)備澆注；
步驟二 先澆注外層，并控制外層鋼水的凝固速度，間隔一定時(shí)間tl后，澆注過渡層， 停頓一定時(shí)間t2后，澆注內(nèi)層鋼水；
步驟三待內(nèi)層鋼水冷卻后，拔管則完成雙金屬復(fù)合管坯材料。對(duì)上述方法做進(jìn)一步限制，澆注過渡層時(shí)，控制外層內(nèi)表面溫度為1250 1350 O。對(duì)上述方法做進(jìn)一步限制，澆注內(nèi)層時(shí)，控制過渡層內(nèi)表面溫度為1450 1510°C。對(duì)上述方法做進(jìn)一步限制，tl控制在150 180秒，t2控制在10 14秒。對(duì)上述方法做進(jìn)一步限制，在進(jìn)行外層、過渡層及內(nèi)層的鋼水澆注時(shí)，采用了保護(hù)氣體及保護(hù)渣的雙重保護(hù)。本發(fā)明采用惰性氣體保護(hù)，避免澆注過程中鋼水氧化，同時(shí)大大降低了管坯中的氣體含量；采用保護(hù)渣技術(shù)，利用保護(hù)渣的渣洗原理，在離心力的作用下， 使得鋼水內(nèi)的夾雜物充分上浮去除夾渣；使得管坯的內(nèi)外層質(zhì)量達(dá)到精煉水平，擠壓(熱軋)或軋制后的成品管完全滿足夾雜物含量的要求及性能要求，完全可以滿足煤氣化鍋爐用管的需要。本發(fā)明中，雙金屬復(fù)合管坯生產(chǎn)時(shí)采用過渡層來把內(nèi)層和外層進(jìn)行熔合，其選擇這種方式的條件(I)外層低熔點(diǎn)、內(nèi)層高熔點(diǎn)雙金屬復(fù)合管坯澆注時(shí)采用過渡層澆注方案，以避免內(nèi)層過渡熔合外層，造成內(nèi)層的成分超差；(2)內(nèi)外層成分相差較大時(shí)采用過渡層澆注方案(對(duì)于熔點(diǎn)差別較大的鋼種而言，其成分差別也比較大)；(3)過渡層的成分、性能不得對(duì)管坯及成品管產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)于TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯而言，過渡層的成分控制主要控制C、Cr的含量，過多的C或Cr會(huì)形成Cr的碳化物，增加過渡層的脆性，給管坯的擠壓、熱處理、冷軋等帶來不利因素，使得廢品率大大增加。對(duì)于外層TP310Cb耐熱不銹鋼而言，既要做到耐高溫抗腐蝕性，又要避免在生產(chǎn)過程中，與內(nèi)層Tll熱處理矛盾的問題，由于每類材料均有自己獨(dú)特的熱處理目的及熱處理工藝參數(shù)，比如外層TP310Cb的熱處理目的是為了提高耐腐蝕性，需要高溫固溶處理，即 1050 1150°C加熱淬水冷卻。內(nèi)層Tll熱處理目的是為了獲得適合的力學(xué)性能，熱處理工藝為要正火和回火處理，910 950°C加熱空冷到室溫，然后加熱到620 720°C，空冷，故對(duì)外層TP310Cb的成分進(jìn)行了部分調(diào)整。比如
I)外層TP310Cb中的C含量控制在下限。外層TP310Cb的耐腐蝕性與其C含量關(guān)系極為密切，C越低，耐腐蝕性越好，而且在不進(jìn)行固溶處理的情況下，也能保證其耐腐蝕性。管子的熱處理以內(nèi)層Tll為主，不在考慮外層，也就是說，將外層的C含量控制在極低的水平， 可以在保證外層的耐腐蝕性的前提下，解決了兩種材料熱處理工藝相互矛盾的問題。2)為了保證外層TP310Cb的耐腐蝕性，將Cr控制在其含量的上限，25 26%。3)為了保證外層TP310Cb的耐腐蝕性，將外層P、S含量控制在O. 020以下，提高外層不銹鋼的抗硫化腐蝕能力。4) TP310CL·標(biāo)準(zhǔn)成分中的Nb含量為O. 2 O. 6%，主要是為了形成碳化物，提高材料的機(jī)械性能，同時(shí)可以減少Cr的碳化物的形成，提高材料的耐腐蝕性能。N主要的目的為了固溶強(qiáng)化，提高材料的力學(xué)性能，同時(shí)可以代替Ni，減少貴重合金的用量，以增加奧氏體組織，減少或消除晶界網(wǎng)狀高溫析出相，避免擠壓(或熱軋)裂紋。但是，N對(duì)于耐腐蝕沒有影響。對(duì)于雙金屬復(fù)合管而言，外層TP310Cb主要要求的是耐高溫腐蝕的能力，對(duì)力學(xué)性能沒有要求，所以，保留了 Nb的含量，減少了 N的含量。另外，N的減少，對(duì)于冷軋或冷拔等冷加工而言，可以大大減少加工硬化，有利于其軟化處理。5)少量增加Mo含量，增加TP310Cb的熱強(qiáng)性，有利于TP310Cb的擠壓(或熱軋)變形。為提聞擠壓(或熱乳)合格率提供條件。6)外層增加N，有利于提高TP310Cb的高溫抗蠕變強(qiáng)度，在雙金屬管生產(chǎn)加熱保溫過程中，外層中的N會(huì)向內(nèi)層擴(kuò)散，增加內(nèi)層的高溫強(qiáng)度。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于在管坯澆注時(shí)，過渡層熔合外層、內(nèi)層熔合過渡層，利用過渡層緩和內(nèi)外層之間的成分差別，同時(shí)達(dá)到完全熔合的目的；過渡層比采用高溫?cái)U(kuò)散擠壓(熱軋)工藝生產(chǎn)的雙金屬管的過渡層厚十幾倍或幾十倍，內(nèi)外層結(jié)合層具有很高的結(jié)合強(qiáng)度，大大緩解了內(nèi)外層之間的界面應(yīng)力，能使整支管子的應(yīng)力分布均勻， 避免內(nèi)外層交界面的應(yīng)力集中，從而提高了雙金屬管的使用壽命；同時(shí)，過渡層減少了內(nèi)外層熱傳導(dǎo)的熱阻，從而提高了雙金屬管的熱傳導(dǎo)效率；外層TP310Cb成分調(diào)整提高了成品管的抗腐蝕性，同時(shí)解決了內(nèi)外層金屬熱處理矛盾的問題。
具體實(shí)施例方式下面通過三種管號(hào)的雙金屬復(fù)合管的加工，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。首先檢測(cè)TP310Cb/Tll擠壓(熱軋)原料管坯的內(nèi)外層成分，其內(nèi)層、外層和過渡層的成分控制要求要求見表I (重量百分比)。表I原料管坯內(nèi)外層、及過渡層成分控制要求
權(quán)利要求
1.一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯，其特征在于所述雙金屬復(fù)合管坯包括管坯內(nèi)層、管坯外層及管坯過渡層；復(fù)合管坯內(nèi)層成分的重量百分比為c O. 05 O. 15，Si O. 50 I. 00，Mn O. 30 O.60, P ^ O. 025, S ^ O. 015, Cr I. 00 I. 50，Mo O. 44 O. 65，其余為 Fe 和雜質(zhì)； 復(fù)合管坯外層成分的重量百分比為c ^ O. 03, Si ^ O. 75, Mn ^ 2. 00, P ^ O. 02, S 彡 O. 015，Cr 25. O 26. O, Ni 17. O 23. O, Mo O. 3 O. 6，Nb O. 2 O. 6，N O. 03 0.3，其余為Fe和雜質(zhì)；復(fù)合管坯過渡層成分的重量百分比為C O. 005 O. 10，Si O. 01 O. 7，Mn O. 01 1.4，P O. 003 O. 03，S O. 003 O. 02，Cr O. 5 6. 0，Mo O. 01 O. 5，Ni O. 01 5. 0，其余為Fe和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯，其特征在于成型后的無縫鋼管復(fù)合管內(nèi)層的性能標(biāo)準(zhǔn)要求為屈服強(qiáng)度> 205MPa，抗拉強(qiáng)度彡415MPa，延伸率彡30%ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯的生產(chǎn)方法， 其特征在于包括以下步驟步驟一檢測(cè)復(fù)合管坯管坯中外層、內(nèi)層及過渡層選材的成分，合格后熔化管坯，準(zhǔn)備澆注；步驟二 先澆注外層，并控制外層鋼水的凝固速度，間隔一定時(shí)間tl后，澆注過渡層， 停頓一定時(shí)間t2后，澆注內(nèi)層鋼水；步驟三待內(nèi)層鋼水冷卻后，拔管則完成雙金屬復(fù)合管坯材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯的生產(chǎn)方法， 其特征在于澆注過渡層時(shí)，控制外層內(nèi)表面溫度為1250 1350°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯的生產(chǎn)方法， 其特征在于澆注內(nèi)層時(shí)，控制過渡層內(nèi)表面溫度為1450 1510°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯的生產(chǎn)方法， 其特征在于tl控制在150 180秒，t2控制在10 14秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離心鑄造的TP310Cb/Tll雙金屬復(fù)合管坯的生產(chǎn)方法， 其特征在于在進(jìn)行外層、過渡層及內(nèi)層的鋼水澆注時(shí)，采用了保護(hù)氣體及保護(hù)渣的雙重保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心鑄造的TP310Cb/T11雙金屬復(fù)合管坯及其生產(chǎn)方法，屬于管坯鑄造領(lǐng)域，包括管坯內(nèi)層、管坯外層及管坯過渡層，首先通過控制原料管坯的選取，控制其內(nèi)層、外層和過渡層的成分，先澆注外層，然后澆注過渡層，最后澆注內(nèi)層，過渡層熔合外層、內(nèi)層熔合過渡層，利用過渡層緩和內(nèi)外層之間的成分差別，同時(shí)達(dá)到完全熔合的目的，從而大大緩解了內(nèi)外層之間的界面應(yīng)力，避免內(nèi)外層交界面的應(yīng)力集中，提高了使用壽命，同時(shí)，內(nèi)外層的冶金熔合減少了內(nèi)外層熱傳導(dǎo)的熱阻，從而提高了雙金屬管的熱傳導(dǎo)效率。
文檔編號(hào)C22C38/22GK102581250SQ20121008366
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者于滿, 武賢, 王黎暉, 趙磊, 郝云龍, 陳建波, 霍川喜 申請(qǐng)人:新興鑄管股份有限公司