[發(fā)明專(zhuān)利]一種細(xì)化大型低合金鑄件晶粒的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210124942.1
• 申請(qǐng)日: 2012-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102649993A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王培;葉中飛;李殿中;李依依
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C21D6/00
• 分類(lèi)號(hào): C21D6/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型低合金鑄件晶粒度控制的方法，特別是一種基于計(jì)算機(jī)模擬、材料連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測(cè)量和材料相變模式控制的細(xì)化大型低合金鑄件晶粒的方法，屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

大型鑄件是電站裝備、大型冶金、礦山裝備中的重要結(jié)構(gòu)部件。隨著重大工程裝備的大型化和服役環(huán)境的極端化，相關(guān)鑄件的尺寸逐漸增大且性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。因此，為了提高大型鑄件的性能，優(yōu)化鑄件的鑄造工藝減少內(nèi)部缺陷、優(yōu)化鑄件材料和微觀組織成為改進(jìn)大型鑄件制造工藝的重要方向。在大型鑄件材料和微觀組織優(yōu)化方面，通過(guò)添加合金元素，提升材料性能的方式固然有效，但也直接導(dǎo)致相關(guān)鑄件的生產(chǎn)成本上升；而通過(guò)細(xì)化大型鑄件的晶粒不僅能夠提高材料強(qiáng)度，同時(shí)能改善材料的塑性和韌性。因此，在不增加或少量增加鑄件制造成本的前提下，細(xì)化大型鑄件的晶粒度，成為改善大型鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要途徑。

為了細(xì)化材料的晶粒，提升材料的強(qiáng)度和韌塑性，眾多研究者發(fā)明了多種方式，目前工業(yè)應(yīng)用比較成熟的方式主要有：多次奧氏體化循環(huán)熱處理、引入第二相形核質(zhì)點(diǎn)、塑性變形后再結(jié)晶等方法。然而由于大型鑄件直接由鑄造成型，無(wú)法像大型鍛件或軋制產(chǎn)品一樣通過(guò)塑性變形后的再結(jié)晶方式細(xì)化晶粒；同時(shí)，對(duì)于大型低合金鑄件來(lái)講，也很難在奧氏體化處理時(shí)，找到并控制合適的形核質(zhì)點(diǎn)來(lái)細(xì)化晶粒。因此，針對(duì)于低合金鑄件的實(shí)際生產(chǎn)條件，多次循環(huán)熱處理幾乎成為細(xì)化晶粒的唯一方法。

但是，即便是多次循環(huán)熱處理，在大型低合金鑄件實(shí)際生產(chǎn)操作中仍存在諸多問(wèn)題，一方面由于大型鑄件尺寸過(guò)大，多次循環(huán)奧氏體化處理消耗大量的能量，同時(shí)導(dǎo)致鑄件燒損變形嚴(yán)重，導(dǎo)致實(shí)際操作十分困難；另一方面，多次循環(huán)奧氏體化處理往往要求對(duì)鑄件進(jìn)行快速加熱，使奧氏體化時(shí)大量形核，同時(shí)要求短時(shí)保溫，減少奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，然而這些要求在大型鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中幾乎難以實(shí)現(xiàn)。因此，如何細(xì)化大型低合金鑄件的晶粒，提高其強(qiáng)度和塑韌性成為業(yè)界技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種細(xì)化大型低合金鑄件晶粒的方法，在盡量不增加或者少量增加生產(chǎn)成本的前提下，不改變鑄件成分，僅通過(guò)調(diào)整熱處理工藝，來(lái)細(xì)化大型鑄件的晶粒，使大型鑄件的強(qiáng)度和塑韌性均得到有效提高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種細(xì)化大型低合金鑄件晶粒的方法，包括如下步驟：

(1)首先，通過(guò)熱膨脹法測(cè)量大型鑄件的低合金鋼的連續(xù)冷卻曲線(CCT曲線)，確定材料發(fā)生馬氏體、貝氏體和珠光體相變的臨界冷速；

低合金鋼中的合金元素含量一般不超過(guò)5wt.％，由于合金元素的添加導(dǎo)致材料淬透性改變量不大，因此材料在連續(xù)冷卻過(guò)程中的相變模式主要受冷卻速率的影響。為合理控制鑄件材料的相變模式，首先通過(guò)熱膨脹法測(cè)定出鑄件用低合金鋼發(fā)生馬氏體、貝氏體和珠光體的臨界冷速。

(2)其次，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方式確定不同冷卻介質(zhì)條件下，鑄件各部分冷卻速率，為控制鑄件相變模式提供依據(jù)；

使用ProE或UG等三維造型軟件對(duì)相關(guān)鑄件進(jìn)行造型，在準(zhǔn)確測(cè)量相關(guān)材料熱物性以及不同冷卻介質(zhì)條件下鑄件表面換熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，使用Procast、Deform、Abaqus或Sysweld等軟件，計(jì)算使用不同冷卻介質(zhì)條件下，鑄件奧氏體化處理的冷卻過(guò)程的溫度場(chǎng)。基于溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算結(jié)果，提取鑄件上關(guān)鍵點(diǎn)處的冷卻曲線，和測(cè)定的材料CCT曲線做對(duì)比，確定不同冷卻條件下關(guān)鍵點(diǎn)處發(fā)生的相變模式。

Procast、Deform、Abaqus或Sysweld等為本領(lǐng)域常用軟件，其中：Procast軟件是指Procast鑄造仿真軟件，Deform是指DEFORM-3D仿真軟件，Abaqus是指Abaqus有限元軟件，Sysweld是指Sysweld焊接專(zhuān)業(yè)仿真軟件。

(3)對(duì)鑄件進(jìn)行兩次奧氏體化處理，第一次奧氏體化溫度在A₃以上30-80℃，緩慢冷卻至室溫，使其發(fā)生珠光體或貝氏體相變(即：使其發(fā)生擴(kuò)散或半擴(kuò)散型相變)，而后進(jìn)行回火處理；第二次奧氏體化溫度在A₃以上30-50℃，通過(guò)控制鑄件各部分發(fā)生貝氏體相變，將鑄件晶粒細(xì)化至ASTM標(biāo)準(zhǔn)晶粒度7.5級(jí)以下。

所述步驟(3)中，緩慢冷卻是指空冷或隨爐冷卻。

所述步驟(3)中，第一次奧氏體化后，進(jìn)行回火處理的溫度在A₁點(diǎn)以下20～50℃，保溫時(shí)間按有效壁厚增加25mm增加1.5-2個(gè)小時(shí)計(jì)算。

所述步驟(3)中，第二次奧氏體化后，采用吹風(fēng)冷、噴霧冷、油冷或水冷，選擇合理的冷卻方式使鑄件各部分冷卻速率處在發(fā)生貝氏體相變的冷卻范圍內(nèi)。