[發明專利]一種鑄錠均質化的控制方法

有效

• 申請號: 201310275772.1
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103350216A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王斌;胡僑丹;張衛;李建國
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B22D27/20
• 分類號: B22D27/20
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種鑄錠質量的控制方法，具體涉及一種鑄錠均質化的控制方法，屬金屬熱加工技術領域。

背景技術

大型鍛件是新一代核電、火電等能源裝備的核心構件。隨著新型能源建設的發展，對大型鍛件的需求日益增長。基于“提高效率、降低消耗、保護環境、安全可靠”的思想，新一代核電、火電等裝備對鍛件提出了“大型化”、“一體化”和“高性能化”等苛刻要求。鑄造成錠是大型鍛件熱加工制造的第一個環節，最重的鑄錠超過了600噸，性能要求數十年保持穩定。由于尺寸巨大，鑄錠的澆注過程中存在多域流動，復雜的質能傳遞、凝固時間長、冷速差異大等因素，會導致大的宏觀偏析。帶有大宏觀偏析的鑄錠加大了之后鍛件品質均勻化的難度，在反復長時間加熱和多次變形的鍛造過程中，亦難以保證成品鍛件的合格率，因此鑄錠的質量至關重要。

鑄錠中大的宏觀偏析是由于其體積“大”而產生的，目前這方面的相關理論研究比較缺乏，鑄錠質量調控也無據可依。雖然我國已具備世界一流的鍛件熱加工裝備，但由于基礎研究落后，大型鍛件熱制造仍然處在“以數量求成品、用消耗換質量、以低效求均質”的“摸索制造”階段，導致資源浪費巨大，同時許多關鍵鍛件尚不能自主制造，成為新型能源裝備建設的突出瓶頸。

對于鑄錠宏觀偏析的研究，目前在數值模擬方面已有一定的發展，可以用于輔助分析。流場和溫度場的數值計算方法基本已經成熟，可以應用于大型鑄錠的澆鑄、凝固過程分析，如G.Lesoult的“Macrosegreation?in?steel?strands?and?ingots:Characterisation,formation?and?consequences”(《Materials?Science&Engineering?A》,413-414,2005,19-29),又如C.Beckermann?的“Modelling?of?macrosegregation:applications?and?future?needs”(《International?Materials?Reviews》,2002,vol.47243-261)。目前在降低大型鑄錠宏觀偏析的實踐方面上也有一些建樹，如一些學者提出往鋼錠中加入鋼球，起異質形核，以加快鋼錠冷卻作用，如Dianzhong?Li的“A?novel?technique?for?reducing?macrosegregation?in?heavy?steel?ingots”（《Journal?of?Materials?Processing?Technology》,2010，210，703-711）。但是該方法無法控制鋼球在鋼錠中的位置；還有一些學者提出了在錠模底部和錠模中下部加通氣管道，通過壓縮氣體加強外部散熱，如授權公告號為CN201223932Y與CN201231310Y的中國專利，但專利所述方法對大鑄錠效果不明顯，因為當外界散熱條件很好時，大鑄錠散熱瓶頸在于鑄錠本身；另有一些學者提出了多包合澆的方法，主要通過調整每包的成分：底部高于正常水平，頂部低于正常水平，并改變每包澆鑄間隔時間來抑制宏觀偏析，如李殿中的“Numerical?simulation?of?delayed?pouring?technique?for?a360t?heavy?steel?ingot”（《13th?International?Conference?on?Modeling?of?Casting,Welding?and?Advanced?Solidification?Processes(MCWASP)》，2012，Vol33），該方法一定程度上能夠抑制宏觀偏析，但是大型鑄錠金屬液量大，包與包之間的金屬流動融合宏觀偏析在整體上依然會很大，而且每包澆入量沒有依據，時間間隔也沒有理論依據，目前成效甚微，原因在于其主要思想還是想依據宏觀偏析經典形貌，通過調整每包成分之間的變化，來調整凝固液相中的成分含量，該思想雖然有其合理性，但是對于大型鑄錠由于尺寸太大，兩種成分融合后，液相依然占據很大體積，因此隨后的凝固仍然會產生大的宏觀偏析。

發明內容

本發明所要解決的問題是克服上述現有技術的不足，提供一種鑄錠均質化的控制方法，采用微包澆注逐層凝固的措施，使鑄錠的宏觀偏析控制在澆鑄層的厚度范圍內，以達到細化晶粒和鑄錠晶粒整體均勻化的鑄錠均質化效果。

本發明解決其技術問題的技術方案是：