專利名稱：一種合金無縫荒管的制造技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬管材的制備技術，特別提供了一種離心鑄造制備合金無縫荒管的新技術。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，鋼管的使用環(huán)境日益惡化，對無縫合金管材的質(zhì)量要求越來越高。有的管材不但要耐腐蝕，而且要抗高溫、高壓。合金離心鑄管可以直接使用，也可以進一步壓力加工。制作組織性能優(yōu)良的合金無縫荒管對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。
離心鑄造有了上百年的發(fā)展歷史，利用離心壓力可以獲得組織致密的合金鑄管。以前，離心鑄造過程施加水平穩(wěn)衡的磁場來影響合金凝固，熔體由于旋轉(zhuǎn)切割磁力線產(chǎn)生感生電流，受到電磁力的作用，產(chǎn)生相對于固液界面與絕對旋轉(zhuǎn)速度相反的流動，熔體絕對流動速度降低，離心壓力下降，離心壓力下降過大，會引起鑄管內(nèi)層組織疏松。這種情況下產(chǎn)生的熔體相對流動是被動的流動，方向始終與熔體絕對旋轉(zhuǎn)速度相反。穩(wěn)衡磁場的作用可打碎枝晶，細化組織。
本發(fā)明的目的在于提供一種合金無縫荒管的制造技術，其可以控制雜質(zhì)及荒管內(nèi)不同成份的分布，且操作簡單、方便。
本發(fā)明提供了一種合金無縫荒管的制造技術，其特征在于荒管是在旋轉(zhuǎn)磁場中離心鑄造完成的，合金熔體的離心轉(zhuǎn)速ω0在600～2500轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)磁場角速度ω在500～2500轉(zhuǎn)/分鐘，磁場強度0.01～0.2T。
本發(fā)明提出了在離心鑄造合金荒管的凝固過程中，采用旋轉(zhuǎn)電磁場凈化合金中的雜質(zhì)，并對合金成分與顆粒的分布進行控制的技術方案。旋轉(zhuǎn)磁場可以用交流電產(chǎn)生，也可以用旋轉(zhuǎn)永磁體產(chǎn)生。

圖1示出了一種電磁控制裝置。
在離心鑄造凝固過程中施加旋轉(zhuǎn)電磁場，磁力線始終穿過金屬熔體。當旋轉(zhuǎn)磁場與離心模筒同方向旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)磁場的角速度ω大于模筒的旋轉(zhuǎn)速度ω0時，熔融的金屬熔體會在電磁力的作用下相對于固液界面向前運動，而已凝固部分合金總是與模筒同速旋轉(zhuǎn)。當旋轉(zhuǎn)磁場的角速度ω小于模筒的旋轉(zhuǎn)速度ω0時，熔體會在電磁力的作用下，相對于固液界面向后運動。通過控制電磁場，相對運動可以與模筒的旋轉(zhuǎn)方向一致，也可以與模筒的旋轉(zhuǎn)方向相反。相對流動的速度以及電磁力的穿透深度都可以通過旋轉(zhuǎn)電磁場得到控制。
合金熔體中不同元素的電磁特性不同，富含不同元素的固相顆粒的電磁特性也不相同。因此利用電磁特性不同，在相同的旋轉(zhuǎn)磁場作用下所受電磁力不同這一特點，可在合金凝固過程中對成分分布與雜質(zhì)凈化進行控制。
在合金凝固之前，熔融的金屬液中不可避免有一些雜質(zhì)，如硫化物、氧化物等。由于雜質(zhì)電導率低，在相同的旋轉(zhuǎn)磁場作用下，與合金熔體相比，受到的電磁力小，所以它的相對流動速度低。當相對流動速度方向與模筒的旋轉(zhuǎn)方向一致時，合金熔體的絕對離心轉(zhuǎn)速大，雜質(zhì)的絕對離心轉(zhuǎn)速小，雜質(zhì)會向內(nèi)表面移動，最后凝固在荒管的內(nèi)層。通過再進一步加工內(nèi)表面，雜質(zhì)即可被清理掉，合金荒管得到凈化。下面舉一具體例子說明。
附圖1為離心鑄造凝固過程電磁控制裝置橫斷面簡圖。
實施例10Cr17Mn14Mo2N雙相不銹鋼熱穿孔很困難，采用離心鑄造空心管坯，直接冷軋生產(chǎn)無縫鋼管，成材率高，流程短。采用如圖1所示裝置在1500℃澆注，離心轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分鐘。磁極數(shù)目為2對，旋轉(zhuǎn)磁場與離心模筒同方向旋轉(zhuǎn)，交流電經(jīng)變頻調(diào)節(jié)，使旋轉(zhuǎn)磁場的角速度為1500轉(zhuǎn)/分鐘，磁場強度為0.06T。凝固終了，氧化物、硫化物、氮化物偏聚在內(nèi)表面，通過進一步車削去除，鑄坯得到凈化。鑄坯的室溫斷面收縮率由原來的不加旋轉(zhuǎn)磁場時的28％提高到48％，為冷軋創(chuàng)造了條件。
實施例2通過控制旋轉(zhuǎn)磁場，達到控制元素分布的目的。下面例子可說明這一方法。
Al-7wt％Si合金凝固過程中有初生的硅相生成，初生硅相的電導率小，在相同的旋轉(zhuǎn)磁場作用下，與Al-Si合金熔體相比，所受的電磁力小。利用上述原理，控制電磁場，使相對流動方向與模筒絕對旋轉(zhuǎn)方向一致，調(diào)整電磁場的頻率與強度，可控制硅元素向內(nèi)層偏聚。改變旋轉(zhuǎn)電磁場的旋轉(zhuǎn)速度，使相對流動方向與模筒絕對旋轉(zhuǎn)方向相反，可控制硅元素向外層偏聚。因而通過施加旋轉(zhuǎn)磁場可以達到控制元素分布的目的。在760℃澆注，離心轉(zhuǎn)速1600轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)磁場與離心轉(zhuǎn)速方向一致，磁極數(shù)目4對，交流經(jīng)變頻調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)磁場達到ω＝1800轉(zhuǎn)/分鐘，B＝0.04T。凝固終了，Si元素在內(nèi)層富集，濃度達到了8.5％(wt％)。旋轉(zhuǎn)磁場與模筒旋轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)速度1400轉(zhuǎn)/分鐘。凝固終了，Si元素在中部富集，濃度最高達到8.1％(wt％)。
實施例3實驗合金為純Al，增強顆粒為SiC，粒度100um。一般離心鑄造，離心轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘，把已均勻混合的復相注澆入離心鑄造機，獲得復合管。這時在外表面存在復合層，此處SiC顆粒密度極大，類似一陶瓷層，內(nèi)部僅為Al基體，無SiC顆粒存在，這主要是由于Al、SiC顆粒的密度差造成的。在離心鑄造過程中通過旋轉(zhuǎn)永磁體施加旋轉(zhuǎn)磁場，永磁鐵一對磁極，熔體的離心轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)磁場與離心模筒同向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/分鐘，B＝0.06T。凝固終了的復合管，內(nèi)部也存在SiC顆粒，經(jīng)檢驗，顆粒在整個斷面分布均勻。繼續(xù)提高磁場感應強度與旋轉(zhuǎn)磁場角速度，B＝0.08T，ω＝1600轉(zhuǎn)/分鐘，并提高澆注溫度，T＝830℃。凝固終了，樣品中SiC顆粒在內(nèi)層密度提高。這是利用了Al與SiC顆粒的電磁特性不同，Al的電導率高，SiC顆粒的電導率低。
通過本技術可在合金離心鑄造凝固過程中，達到凈化雜質(zhì)，降低成分偏析，控制元素與顆粒的分布的目的。
權利要求
1.一種合金無縫荒管的制造技術，其特征在于荒管是在旋轉(zhuǎn)磁場中離心鑄造完成的，合金熔體的離心轉(zhuǎn)速ω0在600～2500轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)磁場角速度ω在500～2500轉(zhuǎn)/分鐘，磁場強度0.01～0.2T。
2.按照權利要求1所述合金無縫荒管的制造技術，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場與合金熔體的旋轉(zhuǎn)方向相同。
3.按照權利要求1所述合金無縫荒管的制造技術，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場與合金熔體的旋轉(zhuǎn)方向相反。
全文摘要
一種合金無縫荒管的制造技術,其特征在于:荒管是在旋轉(zhuǎn)磁場中離心鑄造完成的,合金熔體的離心轉(zhuǎn)速ω
文檔編號B22D13/02GK1257765SQ98121098
公開日2000年6月28日 申請日期1998年12月18日 優(yōu)先權日1998年12月18日
發(fā)明者韓維新, 楊柯, 賈光霖 申請人:中國科學院金屬研究所