[發明專利]一種低偏析大型空心鋼錠的制造方法

無效

• 申請號: 200810011536.8
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101293273A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 李殿中;董曉亮;夏立軍;徐忠波;康秀紅;傅排先;陳露貴;李依依;杜靜波;李建軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;鞍鋼重型機械有限責任公司
• 主分類號: B22D7/04
• 分類號: B22D7/04;B22C9/10;B22D27/04;B22D27/00;B22D35/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及大型空心鋼錠的鑄造技術，具體地說是一種低偏析大型空心鋼錠的制造方法。它適用于250噸以下，各種材質、各種型號和規格的大型空心鋼錠制造過程。

背景技術

大型加氫反應器、核電主管道、管模等空心鍛件用量在不斷加大。尤其化工和能源工業上所用的大型空心鍛件近幾年的需求量在成倍增長，而利用空心鋼錠鍛造大型空心鍛件，可以起到事半功倍的效果，因此大型空心鋼錠的需求量有增無減。我國大型空心鋼錠的制造水平不高，產量還很有限，大型空心鋼錠市場呈現了供不應求狀態。

世界上超大型空心鋼錠制造的企業主要有法國的克魯索公司和日本川崎公司，克魯索公司已經成功澆注了200噸空心鋼錠，生產的空心鋼錠主要用來生產加氫反應器，而川崎公司成功澆注了250噸空心鋼錠，生產的空心鋼錠主要用來生產大型管模等鍛件。

大型空心鋼錠的制造難點主要在于鋼錠偏析位置和偏析程度的控制。大型鋼錠都存在偏析問題，所有的偏析都使鋼錠組織和成分變得不均勻。微觀偏析在鍛造過程有的可以消除，有的可能減輕，而宏觀偏析在鍛造過程中不能消除，嚴重影響鍛件質量。偏析產生的一個主要原因是鋼錠凝固時間長，低熔點物質富集造成的，同時雜質元素偏也加劇了主元素的偏析，使鋼錠的偏析程度加大。空心鋼錠由于采用了鋼錠模和芯子同時冷卻的方法，所以鋼錠的偏析程度較小，但偏析存在位置的控制仍然需要研究。

有些企業采用實心鋼錠鍛造空心鍛件，實心鋼錠的A型偏析帶在鍛造空心鍛件時不容易去除，偏析帶恰好處在空心件的內表面上，而大型空心鍛件的主要工作面往往是內表面，這就影響了鍛件的使用。某些空心鍛件需要在內表面上進行不銹鋼堆焊，由于鍛件內表面雜質元素或碳元素偏析嚴重，給焊接工序帶來很大困難。如果雜質元素過高，即使不銹鋼堆焊工藝完成了，堆焊層在使用過程中，也容易剝落，影響部件使用壽命。采用空心鋼錠鍛造空心件，可以保證鍛件內表面不出現偏析現象，減少焊接難度，提高部件使用壽命。

一些大型關鍵空心鍛件，設計公司要求必須用空心鋼錠鍛造完成。并且要求空心鋼錠的偏析必須遠離鋼錠的內表面，尤其是特大型鋼錠在鍛造過程中，偏析帶隨著鍛造的進行，向內表面移動，如果鋼錠的偏析帶離內表面不夠遠，在鍛造過程中，仍然會露出表面。所以控制鋼錠偏析位置是空心鋼錠生產的又一關鍵。

在這種情況下，本發明采用計算機模擬技術，首先預測了偏析可能存在的位置，再利用大風量冷卻技術、鋼結構嵌套芯成孔技術、金屬液早期覆蓋技術、氣體保護注流技術等有效地控制了偏析位置和偏析程度，開發的空心鋼錠制備新技術使制造低偏析大型空心鋼錠成為了可能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低偏析大型空心鋼錠的制造方法，使大型空心鋼錠制造過程中芯子不易取出、內芯體變形問題得到了解決，同時緩解了大型空心鋼錠偏析問題，使空心鋼錠偏析位置得到了控制。

本發明的技術方案是：

本發明低偏析大型空心鋼錠的制造方法主要是指在低偏析大型空心鋼錠制備過程中，采用了鋼結構嵌套芯成孔技術、大風量冷卻技術、金屬液早期覆蓋技術和氣體保護注流技術，控制了偏析產生的位置和程度。

1、鋼結構嵌套芯成孔技術

(1)技術特點：主要采用兩層鋼板互相嵌套形成空心鋼錠內芯體。在鋼錠的澆注和凝固過程中，內芯體處在鋼錠中心，形成鋼錠中心孔。

(2)結構特點：內芯體是由內外層鋼板圓筒組成，內外層鋼板圓筒是兩個大小不等的同心圓筒，內層鋼板嵌在外層鋼板之中，鋼板之間有一定間隙，鋼板之間空隙5～60m，鋼板之間用鋼管支撐。內外層鋼板均與鋼管焊接在一起，組成圓筒形內芯體。其中外層鋼板5～25mm厚，內層鋼板5～25mm厚，支撐鋼管4～60根，鋼管直徑5～50mm。內層鋼板筒上端面用鋼板封口，上端面開通氣孔，壓縮空氣從上端面通氣孔進入，從下面由內外層鋼板之間排出，形成一個開放回路。

(3)主要作用：澆注過程中內芯體外層鋼板與金屬液接觸，起激冷作用，抵抗鋼水的熱沖擊。內層鋼板中間通壓縮空氣，壓縮空氣通過內外層鋼板之間的間隙對外層鋼板進行冷卻，降低外層鋼板溫度，保持外層鋼板強度和剛度。內層鋼板起輸送壓縮空氣和支撐作用，鋼管主要起支撐作用。

(4)使用方法：內芯體制造完成后，與鋼錠模、上底盤、下底盤組裝在一起，構成空心鋼錠型腔。內芯體固定在上底盤上，鋼錠模套在內芯體外側，兩者保持同心。澆注過程中，鋼水在內芯體和鋼錠模之間凝固，形成空心鋼錠。

2、大風量冷卻技術