[發明專利]一種細化高錳鋼連鑄坯凝固組織的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110012657.X
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112846120B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李德軍;廖相巍;于賦志;黃玉平;許孟春;崔東衛;董剛
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: B22D11/12
• 分類號: B22D11/12;B22D11/16
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 陶新亞

本發明涉及一種細化高錳鋼連鑄坯凝固組織的裝置及方法，所述裝置包括沿連鑄坯拉坯方向設于結晶器出口至連鑄坯矯直段的多個超聲波導入環；每個超聲波導入環均由沿連鑄坯環向設置的多組超聲波導入裝置組成；每組超聲波導入裝置均由依次連接的超聲波發生器、變幅桿、導入桿和導入頭組成；其中導入頭直接與連鑄坯殼的外側面接觸。本發明實現了連鑄條件下對高錳鋼凝固組織的細化，降低了鑄坯偏析程度，防止鑄坯裂紋發生，提高了鑄坯質量。

技術領域

本發明涉及高錳鋼連鑄技術領域，尤其涉及一種細化高錳鋼連鑄坯凝固組織的裝置及方法。

背景技術

我國液化天然氣(LNG)超低溫容器用9Ni鋼的需求量每年大約在60萬噸左右，需求量很大。由于傳統9Ni鋼的生產成本過高，急需開發出低成本、高質量的低溫容器用鋼。為此，人們進行了大量研究，發現高錳鋼不僅可以應用到汽車、無磁、隔音、耐磨等領域，也可以應用到LNG超低溫容器用鋼領域，可大幅降低生產成本。但是由于高錳鋼導熱性差，在連鑄過程中會形成粗大的柱狀晶，導致偏析嚴重，裂紋敏感性增強，鑄坯質量合格率降低。如何細化高錳鋼鑄坯的凝固組織，是提高鑄坯質量的關鍵。

利用超聲波制備材料是當今材料科學發展的前沿技術，通過超聲波激發的振動，使鑄坯凝固前沿的微細凝固枝晶發生共振，隨著共振強度的增大，微細枝晶被破碎，這一過程會產生大量新的形核粒子，為晶粒細化創造條件。目前應用在連鑄生產中的電磁攪拌技術也能夠產生細化晶粒的效果，但從機理上來說，電磁攪拌細化晶粒是借助電磁力對鋼液施加力使其產生運動，將其凝固前沿的整個枝晶折斷，形成新的形核核心，從而達到細化晶粒的效果。相對而言，超聲波對枝晶的破碎比電磁攪拌的破碎效果更好，產生的新形核粒子更多，更有助于對晶粒的細化。

申請號為201910492147.X的中國專利申請公開了“一種高錳鋼連鑄坯凝固組織細化的方法”，在連鑄過程中在鋼包、中間包、結晶器中加入鈰、鑭、釔形核劑來實現高錳鋼連鑄坯凝固組織的細化。但鈰、鑭、釔屬于稀土元素，在加入到鋼液中后，容易使鋼包長水口及浸入式水口絮流使鋼流不暢甚至完全將水口堵死而造成報廢，這是稀土鋼生產工藝上的一個難題。此外，這些加入的稀土形核劑對鋼來說是一種外來夾雜物，不利于鋼的潔凈度提高。

申請號為201610965824.1的中國發明專利公開了“一種板狀鋼鐵鑄件的超聲細化鑄造方法和裝置”，其裝置包括金屬型和超聲波發生器，超聲波發生器垂直安裝在所述金屬型下方的安裝板上，從底部安裝板將超聲波垂直導入金屬液內部，實現金屬型內部鑄件凝固過程組織細化效果。該方法雖然能夠實現對鑄件的凝固組織實現細化，但是其超聲波的導入方式及該裝置的結構無法完成對連續鑄造的連鑄坯進行細化處理。

文獻《超聲波處理對細化碳鋼凝固組織的影響》(特種鑄造及有色合金2012年11期)，對金屬液的超聲處理方式是將超聲波直接導入到石墨坩堝的金屬液(低碳鋼和高碳鋼)當中，來完成超聲波對凝固組織的細化，其只能完成坩堝中金屬液的凝固超聲處理，即金屬液相對坩堝來說是相對靜止狀態，對于金屬液在流動狀態中逐漸進行凝固即連鑄方式，則無法用該方法完成對金屬液凝固組織的細化處理。

文獻《超聲波對金屬凝固特征及組織影響的研究》(2007年上海大學博士論文)，將超聲波從被凝固金屬的側面導入，具體是將超聲波導入頭與盛裝高溫液態金屬的坩堝容器組合起來，完成將超聲波能量輸入到凝固的金屬當中，從而實現凝固金屬組織細化目的。采用該方法后，超聲波的導入雖然克服了以往的不足，但是對于處理金屬液在流動狀態中逐漸凝固的方式即連鑄仍然是無法實現的。

發明內容

本發明提供了一種細化高錳鋼連鑄坯凝固組織的裝置及方法，實現了連鑄條件下對高錳鋼凝固組織的細化，降低了鑄坯偏析程度，防止鑄坯裂紋發生，提高了鑄坯質量。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：