[發明專利]微缺陷高利用率優質模鑄鋼錠的制備方法和模具

有效

• 申請號: 201210524102.4
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103008577A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉宏偉;傅排先;欒義坤;康秀紅;夏立軍;李殿中;李依依
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22D7/06
• 分類號: B22D7/06;B22D7/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及模鑄鋼錠的制備領域，具體是一種微缺陷高利用率優質模鑄鋼錠的制備方法和模具，應用于真空和非真空條件下碳鋼、合金鋼以及有色金屬的制備，對各種材料的鋼錠內部的縮孔疏松、偏析、沉積錐等缺陷均有抑制作用。

背景技術

近年來，隨著我國電力工業，核工業和石油化學工業的迅猛發展，對大型鍛件的需求量越來越大，同時也對大型鍛件的品質要求越來越高。大型鍛件是能源電力、交通運輸和冶金機械等重要領域配套裝備的基礎，是衡量國家工業水平的重要標志。2009年國務院明確將提升大型鍛件制造技術水平作為國家《裝備制造業調整振興規劃》的重點。鋼錠以及鑄坯是大型鍛件的先期產品，其質量對提高大型鍛件質量尤為重要，鋼錠或坯料的質量直接影響鍛件的質量。鋼錠內部的縮孔疏松，成分偏析以及夾雜物等缺陷影響鋼錠的內在質量。目前，工業界通常采用的鋼錠一般都為小的高徑比設計或者大的鋼錠冒口設計，甚至將鋼錠的冒口端以及尾錐端切掉100-300mm，造成鋼錠的利用率低。浪費了大量的能源、材料以及人力物力，即便這樣，鍛件的合格率也比較低，制約了高質量鍛件的發展。

由于大型鋼錠的凝固過程非常漫長，例如百噸級鋼錠需要三十幾個小時，致使金屬液中低熔點、低密度元素或夾雜物在凝固前沿富集，同時由于熱溶質對流等的影響，使鋼錠不同區域化學成分不均勻，造成宏觀偏析和微觀偏析。鋼錠的模具設計對鋼錠的溫度場分布有決定性的影響，直接影響鋼錠內部的縮孔疏松缺陷的分布。因此，優化模具設計，消除鋼錠內部縮孔疏松缺陷，抑制鋼錠偏析，提高鋼錠的利用率是目前工業界迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微缺陷高利用率優質模鑄鋼錠的制備方法和模具，采用本發明相關技術，不僅能夠有效解決鋼錠內部縮孔疏松缺陷問題，而且減少了鋼錠冒口尺寸，大大提高了鋼錠的利用率及生產效率。

本發明的技術方案是：

一種微缺陷高利用率優質模鑄鋼錠的制備方法，對于模鑄鋼錠采用上小下大模具設計，采用振動裝置進行微區觸發形核細化晶粒，采用等離子埋弧加熱對冒口進行加熱，采用高溫脫模工藝，采用保溫材料對脫模后鋼錠進行保溫，降低鋼錠中心的熱應力，采用鋼錠徑向補縮機制消除鋼錠內部的縮孔疏松缺陷；其中，

（1）鋼錠設計

鋼錠錠身和冒口模具均采用上小下大的錐形結構，鋼錠的高徑比為1.5-5；

（2）微區觸發形核技術

在鋼錠澆注后，在鋼錠的頂部，使用振動裝置進行微區觸發形核操作，利用耐火材料對金屬液進行振蕩，增加金屬液的形核密度；

（3）等離子埋弧加熱技術

在實施振動微區觸發形核操作之后，采用等離子埋弧加熱技術，對鋼錠金屬液進行加熱，增強鋼錠冒口保溫能力，有利于提高金屬液的凝固補縮，減少鋼錠的冒口尺寸，提高利用率；

（4）鋼錠高溫脫模保溫及徑向補縮技術

鋼錠高溫脫模，采用保溫材料對脫模后鋼錠進行保溫，降低鋼錠中心的熱應力；利用鋼錠凝固過程中高溫殼層收縮，減輕或消除中心縮孔疏松；脫模需要凝固殼厚度為60-150mm，鋼錠殼溫為900-1200℃；在后續凝固過程中保溫，提高殼層收縮能力。

所述步驟1）中，冒口采用分體掛保溫板方法，其保溫板內側與錠身處鋼錠外表面相齊，保溫板的厚度為30-80mm，高度為300-600mm，保溫板根據冒口尺寸進行無縫隙一體化設計，在保溫板外側還存在一層保溫板支承物，保證高溫脫模后，粉化后的保溫板不脫落；鋼錠倒錐度在2%-5%之間，冒口的錐度為1-9%，實現鋼錠與冒口無過渡的一體化設計，提高冒口的利用率。

所述鋼錠粉刷耐1600℃以上高溫的鋼錠模涂料，厚度為0.3-0.5mm。

所述步驟2）中，振動裝置的振動頻率為2-60Hz，振幅為5-100mm；振蕩裝置連接耐火材料，耐火材料采用高鋁耐火磚，其耐火度在1600℃以上，耐火材料在使用前需烘烤到600℃以上；振蕩過程中，金屬液面進行氬氣保護，防止金屬液氧化；振動裝置放入位置位于冒口直徑或邊長的1/3-1/2處；與振蕩裝置連接的耐火材料浸入金屬液中，在振蕩過程中，耐火材料在金屬液中的深度為2-100mm，浸入金屬液中耐火材料的尺寸占整個耐火材料的1/2-1/10；振動時間為，5-15噸鋼錠振動時間為10-15min，15-30噸鋼錠振動時間為15-20min，30-80噸振動時間為20-35min。