[發(fā)明專利]一種大型鋼錠偏析的研究方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810010340.7
• 申請日: 2008-02-03
• 公開（公告）號: CN101256124A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳露貴;康秀紅;夏立軍;李殿中;傅排先;李依依
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;C22C38/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大型鋼錠偏析的研究方法，具體地說是一種包含大型鋼錠所有類型偏析的小型鋼錠制造工藝。

背景技術(shù)

近年來隨著我國電力工業(yè)，核工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的訊猛發(fā)展，對大型鑄鍛件的需求量越來越大，同時也對大型鑄鍛件的品質(zhì)要求越來越高。大型鋼錠是大型鑄鍛件的先期產(chǎn)品，其質(zhì)量及使用率尤其重要。而大型鋼錠宏觀偏析的存在不但嚴(yán)重降低鋼錠的品質(zhì)，而且大大減少鋼錠使用率：由于鋼錠不同區(qū)域化學(xué)成分不均勻，鋼錠的后續(xù)處理通常是：對鋼錠砍頭(頂部)去尾(底部)，只取中部成分較為均勻部分。

大型鋼錠的宏觀偏析問題倍受全世界冶金科研工作者關(guān)注。幾十年來對大型鋼錠宏觀偏析形成機(jī)理的研究表明：大型鋼錠凝固過程中，高溫金屬液在液/固兩相區(qū)經(jīng)歷時間非常長，根據(jù)鋼錠噸位不同，幾小時到上百小時不等；在這期間，由于枝晶微觀偏析和熱-溶質(zhì)對流的共同作用，使碳、磷等低熔點、低密度元素溶質(zhì)再分配，致使鋼錠不同區(qū)域的成分各不相同。

對于大型鋼錠宏觀偏析抑制的研究有兩方面：其一，通過計算機(jī)先模擬偏析形成，再在計算機(jī)平臺上找出抑制偏析的方法，但到目前為止，偏析模擬結(jié)果與實際有很大的出入；其二，在工廠里直接制作大型鋼錠研究偏析形成，再來嘗試各種抑制偏析方法，但鋼錠的噸位一般要在10噸以上，耗資巨大，實驗周期長，不易實施，顯然不能被研究機(jī)構(gòu)和工廠所采用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大型鋼錠偏析的研究方法，它是包含大型鋼錠所有類型偏析的小型鋼錠制造工藝，解決了只有大型鋼錠才能形成有效偏析，小型鋼錠沒有偏析或偏析不明顯的問題；采用先進(jìn)的冶煉技術(shù)和澆注系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)出了包含所有類型偏析，而沒有其它鑄造缺陷的小鋼錠。本發(fā)明以保持鋼錠金屬液長時間凝固為依據(jù)，所設(shè)計的包含大型鋼錠所有類型偏析的小型鋼錠可在實驗室條件下進(jìn)行，費(fèi)用低，實驗周期短，可為研究抑制宏觀偏析的方法提供載體。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明開發(fā)了大型鋼錠偏析的研究方法，制造包含大型鋼錠所有類型偏析的小型鋼錠，包括如下步驟：

1)鋼錠模材料為硅砂；

2)冒口采用保溫冒口，冒口高徑比為1∶3-1∶2，這里的冒口直徑是指冒口平均直徑；

3)鋼錠的高徑比為2∶1-2.5∶1，這里的鋼錠直徑是指鋼錠平均直徑；

4)鋼錠材質(zhì)為45號中碳普碳鋼；

5)鋼水高溫出爐，出爐溫度為1620-1640℃，澆注溫度為1590±10℃，澆注之前在型腔中充氬氣，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行澆注；

6)鋼錠澆注結(jié)束后8-9小時之間打箱。

本發(fā)明所用45號中碳鋼化學(xué)成分包括：C?0.40-0.50％，Si?0.20-0.25％，Mn0.50-0.70％，P≤0.02％，0.01％≤S≤0.02％，余量為Fe和其他不可避免的殘余元素(如：Cr，Mo，Ni，Al和Cu等)。

本發(fā)明冒口采用普通保溫冒口，冒口高徑比為1∶3-1∶2，保溫冒口上小下大，材料為優(yōu)質(zhì)耐火材料：高鋁磚、剛玉、莫來石、鎂磚、鋁鎂制品或硅酸鋁保溫材料等。

本發(fā)明采用鎂砂粉涂料刷鋼錠型腔，涂料厚度為0.5-0.7mm；鋼錠砂型預(yù)熱溫度不低于200℃。

本發(fā)明根據(jù)流量相等的原則設(shè)計無氣隙平穩(wěn)充型澆注系統(tǒng)，使?jié)驳辣３殖錆M狀態(tài)；該澆注系統(tǒng)包括澆口杯及與之相連的直澆道和橫澆道，所述橫澆道為偏心結(jié)構(gòu)，內(nèi)澆口偏于鋼錠型腔中心，直澆道為上大下小流線型結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中所述的大型鋼錠的規(guī)格范圍是：10噸～400噸之間各種高徑比、以及各種材質(zhì)的鋼錠。

本發(fā)明中所述的小型鋼錠的規(guī)格范圍是：500公斤以下各種高徑比、以及各種材質(zhì)的鋼錠。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1.本發(fā)明工藝設(shè)計合理，采用了自然流平穩(wěn)充型澆注系統(tǒng)，在澆注過程中采用了氬氣保護(hù)澆注，減少了二次氧化夾雜和卷氣等缺陷，減少了鋼錠缺陷，能夠更好地研究偏析的形成。

2.本發(fā)明利用砂型熱傳導(dǎo)率低，保溫時間長的特點，再運(yùn)用合理的冶煉工藝保證鋼水的碳、硫的適當(dāng)含量，使小鋼錠內(nèi)部形成所有類型的宏觀偏析，同時實現(xiàn)了材料的純凈化、消除了縮孔、疏松等缺陷。

3.本發(fā)明適用于各種材質(zhì)和重量小型鋼錠的制造。利用本發(fā)明生產(chǎn)的小鋼錠具有偏析類型完全、低成本、周期短的特點，很容易得到廣大研究機(jī)構(gòu)和工廠認(rèn)可，一旦被廣泛采用，則可大大加快大型鋼錠宏觀偏析的研究進(jìn)展，那將有幾十到幾百個億的效益。