[發明專利]一種蒙乃爾合金棒材在真空狀態下的成型方法

無效

• 申請號: 201310332847.5
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN103394659A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 宋其通;王為學;宋相宇
• 申請（專利權）人: 浙江振興石化機械有限公司
• 主分類號: B22D7/06
• 分類號: B22D7/06;B22D7/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及蒙乃爾合金的成型方法，具體涉及一種蒙乃爾合金棒材在真空狀態下的成型方法，屬于金屬真空冶煉及真空鑄造成型的技術領域。

背景技術

潛油電泵作為重要的機械采油設備在油田得到了廣泛應用，隨著井深度的增加，電泵的級數越來越多，最多者已達二百多級，這意味著泵軸的長度還在加長，而軸的直徑受葉輪及導輪結構的影響沒有增大，這就對泵軸的強度提出了更嚴格的要求，按照傳統工藝制造的泵軸難以滿足新型潛油電泵的性能要求。

泵軸加工工藝主要包括鑄造成型形成蒙乃爾合金鋼錠以及后期的拉伸成型，其中鑄造成型制作出的蒙乃爾合金鋼錠質量的優劣是決定泵軸綜合性能的關鍵。

泵軸用的蒙乃爾合金鋼錠的鑄造成型工藝，傳統工藝是真空冶煉，當合金液達到澆注溫度時，在真空狀態下澆入普通鋼錠模。

由于蒙乃爾合金的凝固及散熱特征與碳鋼及不銹鋼成型完全不同，蒙乃爾合金鋼液具有凝固時間長、散熱慢的特點，因此蒙乃爾合金的澆注速度成為澆注成型成敗的關鍵，當該澆注速度正好控制在蒙乃爾合金自然凝固的范圍時，澆注出的鑄錠性能優良質量穩定，如果澆注速度過快或過慢都會對合金錠產生微觀缺陷，這就造成了澆注成材率下降，同時這種帶有微觀缺陷的合金錠經過后期拉伸加工后，部分微觀缺陷會進一步擴大，變成危害更大的缺陷，拉伸成品率只能達到30%左右，剩余部分只能部分裁短降級使用或報廢，生產成本高，材料利用率低下，制約了產品的規模化推廣和應用，不能很好滿足高性能、高要求的潛油電泵對高性能細長軸的需要。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種蒙乃爾合金棒材在真空狀態下的成型方法，可以顯著改善鑄造成型的蒙乃爾合金錠的綜合性能，鑄錠成材率提高，這種鑄錠應用到潛油電泵細長軸拉伸成型加工中，成品率達到99%以上。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：所述的一種蒙乃爾合金棒材在真空狀態下的成型方法，就是在真空條件下進行蒙乃爾合金的熔煉和澆注成型，當蒙乃爾合金在真空爐中熔煉為鋼液后，通過一個特制的鋼錠模在真空條件下凝固，再經過破真空、入水冷卻后，制作出性能穩定的蒙乃爾合金鋼錠，這種鋼錠應用于潛油電泵細長軸的拉伸成型加工，最終制作出高強度性能穩定的蒙乃爾合金棒材。

本發明中所述鋼錠模由鋼錠模本體構成，包括澆冒口和鋼錠模內腔，澆冒口為一個圓柱型沉臺，用于澆口杯的平穩放置；澆冒口和鋼錠模內腔相連，鋼錠模內腔采用上大下小的圓錐形結構，其中鋼錠模內腔壁與垂線間的夾角設為2°至5°。

由于澆注成型是在真空條件下進行，而蒙乃爾合金的澆注溫度在1500℃以上，這就要求用于真空澆注的鋼錠模，除了結構的特殊設計，更重要的是材料上的變化，普通鋼錠模一般采用普通球墨鑄鐵材料制作，其室溫的抗拉強度約為400至500MPa，但在700℃時抗拉強度幾乎為零。

為了適應蒙乃爾合金澆注的溫度條件，本發明中所述的鋼錠模采用一種特殊的耐高溫的高鉻鎳合金球鐵材料（Cr：30%；Ni：12%），其室溫抗拉強度300至400MPa，較普通球墨鑄鐵制作的鋼錠模低，但是在900℃的高溫條件下仍能保持抗拉強度不小于250MPa。

采用本技術方案后產生以下有益的效果：所述鋼錠模設置圓柱型沉臺的澆冒口，可方便平穩的放置澆口杯；鋼錠模內腔采用上大下小，具有特定斜度的圓錐形結構，可以有效避免鋼水凝固時產生的內力對模壁位置的遷移，盡可能使金屬液體在自由狀態下凝固。

所述鋼錠模除了在結構上進行特殊設置，而且采用一種特殊的耐高溫的高鉻鎳合金球鐵材料（Cr：30%；Ni：12%），是為了適應破真空后鑄錠模承受的壓力變化。

當鑄錠澆注完成，鋼錠模從真空爐中取出，處于破真空狀態，其中鋼錠模表面溫度約800-900℃，鑄錠平均溫度不低于1200℃，眾所周知，任何物體在真空狀態下是失重的，對金屬液體而言仍然遵守這一定律，就是說鑄錠在澆注的過程并不產生壓力，但是當破真空的瞬間，鋼錠模內壁需要承受鑄錠向外的擴張力，這種突然增加的擴張力，雖不至于使高溫狀態下的普通球墨鑄鐵制作的鋼錠模破裂，但使內壁向外遷移一定距離是完全可能的，這個遷移的結果就使得已浸澆滿且澆足的尚未完全凝固的合金錠，其中心還沒有凝固的地方合金液不夠或不足，等到整個合金錠完全凝固冷卻后，合金錠中心會出現微觀缺陷，這種缺陷目視是檢查不出來的，需要通過著色探傷才能發現，由于這種缺陷和通常意義上的縮松缺陷有區別，被稱為微觀缺陷。