[發明專利]一種適用于超高溫軟芯鍛造用常規錠型鋼錠的處理方法

有效

• 申請號: 201710854355.0
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN109513887B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 孫明月;郭逸豐;劉威峰;曹燕飛;徐斌;謝海練;李殿中
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22D7/12
• 分類號: B22D7/12;B22D30/00
• 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

本發明屬于鍛造領域，具體地說就是一種適用于超高溫軟芯鍛造用常規錠型鋼錠的處理方法。該方法通過數值模擬方法，并結合超高溫軟芯鍛造用鋼錠鍛造的工藝要求，提出：1)底部保溫設計，在鋼錠表面具有一定的強度時，將鋼錠帶模提起，放置于鋪滿保溫棉的保溫底盤之上，并作靜止均溫處理；2)冒口封口設計，在鋼錠冷卻過程中，對冒口處采取強制冷卻措施，使頂部鋼液凝固形成一定厚度的凝固殼。本發明通過改變鋼錠局部溫度場分布的方法來減小鋼錠上下溫度差，能夠保證制備的超高溫軟芯鍛造用鋼錠在后續鍛造過程中符合鍛造要求。本發明適用于超高溫軟芯鍛造用常規錠型鋼錠，尤其解決軟芯鍛造用大高徑比鋼錠脫模后溫度極不均勻的問題。

技術領域

本發明屬于鍛造領域，具體地說就是一種適用于超高溫軟芯鍛造用常規錠型鋼錠的處理方法，它適用于處理適用于超高溫軟芯鍛造的鋼錠，尤其對大高徑比鋼錠坯料的制備效果顯著。

背景技術

大型鍛件一般由大型鋼錠鍛造而成。在鋼錠內部，由于金屬凝固收縮而不可避免地產生大量的顯微縮孔和疏松缺陷，這些孔洞型缺陷彌散分布在鋼錠心部，破壞材料的連續性，影響鍛件的力學性能。同時由于凝固過程的溶質再分配，凝固末端不但合金濃度高，而且往往富集低熔點物質和雜質元素，形成枝晶偏析，這種偏析在后續的鍛造過程只能部分改善，不能完全消除，破壞材料的均質性，影響鍛件的組織和性能。基于國內外一些經典的凝固理論和實驗研究，相關研究人員于近期開發出一種針對消除鋼錠內部缺陷更為強力有效的鍛造方法—超高溫軟芯鍛造方法，首先將澆注后自然冷卻的鋼錠帶液芯超高溫脫模，然后將鋼錠帶液芯實施高溫保壓鍛造，使凝固末端樹枝晶充分破碎，形成大量等軸晶組織，消除縮孔疏松，減輕枝晶偏析；最后，進行常規鍛造，充分細化晶粒和組織。這種方法突破常規模鑄鋼錠完全凝固后再鍛造的方法，可實現強制補縮和壓力凝固，不但解決鋼錠中心的縮孔、疏松、偏析等問題，提升冶金質量，而且降低冒口重量、減少鍛造加熱火次、延長模具使用壽命。

如圖1(a)所示，THERCAST軟件模擬的經過自然冷卻下后傳統鋼錠脫模后的溫度場，鋼錠凝固趨勢是在軸向上由鋼錠底部向頂部逐漸推進，徑向上由鋼錠內壁向鋼錠心部推進，冒口區域由于保溫性能良好，凝固發展緩慢。如果利用自然冷卻后的鋼錠直接進行超高溫脫模，由于鋼錠不同部位固有溫度不同，冒口端的溫度(約1500℃)要遠大于錠尾的溫度(約900℃)，這就使得鋼錠錠尾不容易壓下，而錠身及冒口端容易被壓下，如圖1(c)所示，這種現象對于大高徑比鋼錠的情況更為明顯，在實際生產過程中容易造成所需變形抗力增大甚至接近壓機量程而無法繼續變形，增大設備的風險性，其次由于錠尾冷得很快，要增加相應的火次才能繼續變形，降低超高溫軟芯鍛造的效率及可實施性。另外，經過超高溫帶液芯脫模后，冒口區域將儲存大量的鋼液，在后續鍛造過程中，冒口將不可避免地受到壓力作用，這必然導致冒口內部的金屬液噴出，如圖1(b)所示。這不僅存在巨大的安全隱患，而且內部金屬可能與空氣接觸發生氧化，影響鍛件內部質量。

隨著現代凝固理論和計算機模擬技術的發展，采用模擬技術預測大型鑄鍛件的凝固過程已進入實用階段。國際上開發出很多模擬軟件(如：PROCAST，THERCAST等)來模擬金屬在凝固過程中的溫度場，液相分數等情況，通過設置傳熱等邊界條件，這些軟件能夠對鋼錠凝固過程中各個外場對其凝固的影響進行準確模擬。基于上述背景，通過數值模擬方法，并結合超高溫軟芯鍛造用鋼錠鍛造的工藝要求，設計相關處理方法解決在超高溫軟芯鍛造鋼錠制備過程中存在的瓶頸難題，通過在計算機平臺上的反復試驗，進而確定一種最佳的處理方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于超高溫軟芯鍛造用常規錠型鋼錠的處理方法，以解決在后續鍛造過程中由于脫模后鋼錠溫度分布不均勻而導致的無法高效變形以及冒口噴濺鋼液的問題。

本發明的技術方案是：

一種適用于超高溫軟芯鍛造用常規錠型鋼錠的處理方法，鋼錠在錠模內自然冷卻的過程中吊起更換保溫底盤后進行均溫及冒口端噴水處理，使得經過脫模后的鋼錠溫度較均勻，避免鍛造過程中發生噴液現象，從而提高后續超高溫軟芯鍛造的可實施性。