劉煥龍

（新興鑄管股份有限公司）

0 前言

離心鑄鋼管技術(shù)是指將鋼水注入高速旋轉(zhuǎn)的管模之中，由于鋼水在離心力作用下凝固，不僅管體組織致密，而且可使渣、雜質(zhì)從鋼水中浮出，使得鋼水在凝固前得到凈化，因此 ，離心鑄鋼管與相同成分的鍛鋼管相比，雖常溫性能稍差 ，但其高溫持久強(qiáng)度和抗氧化性卻要高許多，并能適應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備對(duì)離心鑄鋼管多品種多規(guī)格的要求[1]。目前，國(guó)內(nèi)外在機(jī)械、建材、 電力和石化等行業(yè)的許多大型成套設(shè)備和裝置的關(guān)鍵部位 ,均采用了大量離心鑄鋼或合金鋼鑄管。在離心鑄鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，為了保護(hù)金屬管模免受高溫鋼水的熱沖擊和熱侵蝕，防止鑄鋼管粘附在管模上，通常必須在金屬管模內(nèi)噴涂料。這不僅能延長(zhǎng)管模的壽命、控制鑄鋼管的冷卻速度，而且能直接影響鑄管的表面質(zhì)量[2]。鑄鋼管表面的氣孔、氣坑等缺陷直接對(duì)鑄鋼管的表面質(zhì)量產(chǎn)生影響，甚至?xí)斐僧a(chǎn)品報(bào)廢。筆者就離心鑄鋼管表面的氣孔、氣坑缺陷進(jìn)行了分析調(diào)查，并有針對(duì)性地采取工藝應(yīng)對(duì)措施，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，有效改善了鑄鋼管的表面質(zhì)量。

1 缺陷成因分析

采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的鑄鋼管一般稱之為離心鑄造毛坯，離心鑄鋼管毛坯一般是不能直接使用的，大部分鑄鋼管需要經(jīng)過(guò)熱處理、機(jī)加工等工序后才能作為成品使用。離心鑄鋼管經(jīng)加工后的表面不得有目視可見(jiàn)的結(jié)疤、氣孔、針孔、折疊、重皮、夾渣和深度超過(guò) 0.5 mm 的裂紋[3]。某鑄鋼管廠生產(chǎn)的離心鑄鋼管在進(jìn)行表面加工后，發(fā)現(xiàn)鑄鋼管表面的缺陷根本無(wú)法消除，不能達(dá)到使用要求，甚至報(bào)廢，故解決鑄鋼管該類表面質(zhì)量問(wèn)題非常必要。某鑄鋼管廠生產(chǎn)的的離心鑄管表面質(zhì)量缺陷如圖1、圖2 所示。

圖1 表面針狀氣孔

從圖1 和圖2 可以看出，鑄鋼管表面有肉眼可見(jiàn)的表面針狀氣孔和表面凹坑缺陷，均有一定深度，同時(shí)氣坑內(nèi)未見(jiàn)異物壓入現(xiàn)象，分布面積較大，無(wú)明顯規(guī)律性，由此可初步判定鑄鋼管表面的質(zhì)量缺陷為氣孔和氣坑缺陷。對(duì)有該缺陷的鑄鋼管表面經(jīng)車床進(jìn)行表面加工之后，外表面仍可見(jiàn)到數(shù)量眾多的氣孔（因氣孔形狀細(xì)小如針扎狀，也被稱之為針孔），而且氣孔分布不均勻，分布面積較大；另外，在鑄鋼管外表面還發(fā)現(xiàn)有單獨(dú)存在的氣坑缺陷，即使外表面加工深度達(dá)到3 mm，個(gè)別氣坑的面積仍較大，而且深度較深，個(gè)別氣坑深度達(dá)到3 mm 以上，寬度超過(guò)10 mm，所以加工后的鑄鋼管根本無(wú)法達(dá)到使用的技術(shù)要求。

圖2 表面氣坑

經(jīng)過(guò)和現(xiàn)場(chǎng)工作人員的核實(shí)，該鑄鋼管所使用的涂料與其他鑄造廠所使用的涂料基本沒(méi)有差別；對(duì)驗(yàn)收、存放等環(huán)節(jié)的情況進(jìn)行比照，也是按照要求來(lái)執(zhí)行的，基本上可以排除是涂料質(zhì)量本身的問(wèn)題，故將解決重點(diǎn)放在管模涂層的噴涂質(zhì)量上。

原管模噴涂工藝參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

表1 原管模噴涂工藝參數(shù)

由于在鑄鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，需要將液態(tài)鋼水快速注入管模，液態(tài)鋼水在離心力作用下隨管模高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)鋼水由液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為固態(tài)，氣孔和氣坑應(yīng)是在這個(gè)由液態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài)的過(guò)程中產(chǎn)生的。查閱有關(guān)資料顯示，鑄鋼管所使用的涂層在高溫下都有一定的發(fā)氣量，從涂層中產(chǎn)生的氣體在形成一定壓力后 ，有向鑄管表面?zhèn)鳚B的可能[2]，因此出現(xiàn)針孔（氣孔）的主要原因可能是金屬液和涂料中含有大量氣體，同時(shí)鑄管兩端凝固速度相對(duì)太快，氣體來(lái)不及從金屬液或涂料中排出,從而在鑄管表面形成缺陷。從鑄鋼管表面形成的缺陷可以判斷，鑄鋼管表面的氣孔、氣坑應(yīng)該主要是涂層帶來(lái)的發(fā)氣量向鑄鋼管表面?zhèn)鳚B導(dǎo)致的。該鑄鋼管在澆鑄成型后，表面的涂層出現(xiàn)大面積脫落現(xiàn)象（如圖3 所示），也從一方面驗(yàn)證了涂層工藝設(shè)定控制存在問(wèn)題。正常情況下，鑄鋼管澆鑄完畢后，表面應(yīng)該是緊密附著有一層涂層（如圖4 所示），而不是完全脫落。由此確定，在鑄鋼管澆鑄前最大限度的減少涂料本身及噴涂過(guò)程所帶來(lái)的氣體含量，應(yīng)是解決該類缺陷的關(guān)鍵。

圖3 鑄鋼管表面涂層剝落

圖4 鑄鋼管表面涂層附著

2 工藝方案及實(shí)施

2.1 工藝方案

通過(guò)以上分析，涂層噴涂工藝的優(yōu)化措施重點(diǎn)在減少涂料所帶來(lái)的發(fā)氣量，提高涂料噴涂質(zhì)量，由此來(lái)解決表面的氣孔和氣坑問(wèn)題。因此，從噴涂工藝的各個(gè)方面制定了針對(duì)性工藝控制措施。

（1）適當(dāng)提高涂料噴涂時(shí)的管模溫度，有利于涂層快速干燥和游離水分的排出。

（2）適當(dāng)降低涂層厚度，相當(dāng)于減少了單位面積涂料的用量，從總量上控制氣體的含量。

（3）適當(dāng)增加烘烤時(shí)間，其目的同樣是為了使涂料本身攜帶的水分有充足時(shí)間排出，進(jìn)而減少鑄鋼管澆鑄過(guò)程中氣體排出對(duì)鑄鋼管表面質(zhì)量的影響。最終確認(rèn)的管模噴涂工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 改進(jìn)后的涂層噴涂工藝參數(shù)

2.2 實(shí)施過(guò)程

工藝參數(shù)確定后，在某鑄鋼管廠進(jìn)行了試生產(chǎn)試驗(yàn)，按照改進(jìn)后的噴涂工藝在DN600 的管模上進(jìn)行了噴涂作業(yè)。

（1）離心機(jī)調(diào)試完畢后，將DN600 管模裝入離心機(jī)，離心機(jī)保持低速旋轉(zhuǎn)，在離心機(jī)推桿上安裝鋼絲刷，對(duì)管模內(nèi)壁進(jìn)行清理，要求內(nèi)壁清理光滑，無(wú)雜物。

（2）管模內(nèi)壁清理完畢后，使用離心機(jī)配套的烘烤裝置對(duì)管模進(jìn)行烘烤，管模烘烤時(shí)，離心機(jī)保持低速旋轉(zhuǎn)。

（3）對(duì)管模溫度進(jìn)行測(cè)量，注意測(cè)量管模溫度時(shí)要保證管模整體均達(dá)到200 ～210 ℃，不符合溫度的部位要根據(jù)溫度高低，調(diào)整烘烤裝置火焰，使管模溫度整體達(dá)到溫度要求。

（4）管模整體溫度達(dá)到200 ～210 ℃后，開(kāi)始噴涂作業(yè)。噴涂前，將管模轉(zhuǎn)速調(diào)整到300 轉(zhuǎn)/分。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定之后開(kāi)始涂層噴涂作業(yè)，注意噴涂推桿保持勻速運(yùn)動(dòng)。

（5）涂層噴涂完成后，離心機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，管模停穩(wěn)后對(duì)涂層噴涂質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查項(xiàng)目主要包括涂層表面質(zhì)量、涂層厚度、涂層附著情況、涂層厚度均勻性等。

（6）涂層檢查完畢，噴涂質(zhì)量合格后，管模繼續(xù)在離心機(jī)保持低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)啟烘烤裝置繼續(xù)烘烤，保持時(shí)間20 min。注意在烘烤過(guò)程中每間隔5 min 左右對(duì)管模進(jìn)行一次測(cè)溫，管模整體溫度保持在210 ℃左右。

（7）烘烤時(shí)間達(dá)到20 min 后即可開(kāi)始下一步的離心鑄造作業(yè)。

按照改進(jìn)后的噴涂工藝完成涂層噴涂后，對(duì)涂層表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，包括：目測(cè)可見(jiàn)涂層表面光滑，有較均勻的氣孔；對(duì)管模頭部、尾部、中間部分取點(diǎn)測(cè)量，厚度分別為1.40 mm、1.40 mm、1.35 mm，涂層的厚度和均勻性都比較好；涂層牢牢附著在管模內(nèi)表面（如圖5 所示）。涂層表面質(zhì)量與之前噴涂工藝涂層質(zhì)量（如圖6 所示）相比，涂層附著均勻，涂層表面氣孔均勻分布（涂層表面氣孔是涂層噴涂過(guò)程中氣體排出的痕跡），由此可見(jiàn)，噴涂工藝改進(jìn)后的涂層效果較之前有了顯著提高。

3 效果

采用改進(jìn)后的噴涂工藝噴涂涂層完成后，在某鑄鋼管廠使用DN600 規(guī)格管模進(jìn)行了離心鑄鋼管的澆鑄作業(yè)，澆鑄采用的鋼種為35CrMo。對(duì)澆鑄的離心鑄鋼管后續(xù)加工情況進(jìn)行了跟蹤，該鑄鋼管使用車床粗加工3 mm 深度后氣孔、氣坑等表面缺陷基本全部消失（如圖7 所示），精加工后（加工量為3.5 mm）的成品表面光滑，完全達(dá)到了預(yù)期效果（如圖8 所示）。

圖8 精加工后表面

4 結(jié)論

（1）涂層噴涂質(zhì)量好壞對(duì)鑄鋼管表面質(zhì)量有直接影響，在鑄鋼管澆鑄前最大限度的減少涂料本身及噴涂過(guò)程所帶來(lái)的氣體含量，是解決鑄管表面針孔及氣坑缺陷的關(guān)鍵。

（2）通過(guò)對(duì)管模溫度、涂層厚度、烘烤時(shí)間等涂層噴涂工藝的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，取得了明顯的改善效果。

（3）生產(chǎn)實(shí)踐證明，在管模溫度控制在200 ～210 ℃，涂層厚度控制在1.2 ～1.6 mm，涂層噴涂完畢后烘烤時(shí)間不低于20 min 時(shí)，可以達(dá)到理想的涂層質(zhì)量，經(jīng)車床加工后鑄鋼管表面質(zhì)量光滑無(wú)氣孔，可達(dá)到產(chǎn)品的使用要求。。