[发明专利]一种大型钢锭偏析的研究方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型钢锭偏析的研究方法，具体地说是一种包含大型钢锭所有类型偏析的小型钢锭制造工艺。

背景技术

近年来随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的讯猛发展，对大型铸锻件的需求量越来越大，同时也对大型铸锻件的品质要求越来越高。大型钢锭是大型铸锻件的先期产品，其质量及使用率尤其重要。而大型钢锭宏观偏析的存在不但严重降低钢锭的品质，而且大大减少钢锭使用率：由于钢锭不同区域化学成分不均匀，钢锭的后续处理通常是：对钢锭砍头(顶部)去尾(底部)，只取中部成分较为均匀部分。

大型钢锭的宏观偏析问题倍受全世界冶金科研工作者关注。几十年来对大型钢锭宏观偏析形成机理的研究表明：大型钢锭凝固过程中，高温金属液在液/固两相区经历时间非常长，根据钢锭吨位不同，几小时到上百小时不等；在这期间，由于枝晶微观偏析和热-溶质对流的共同作用，使碳、磷等低熔点、低密度元素溶质再分配，致使钢锭不同区域的成分各不相同。

对于大型钢锭宏观偏析抑制的研究有两方面：其一，通过计算机先模拟偏析形成，再在计算机平台上找出抑制偏析的方法，但到目前为止，偏析模拟结果与实际有很大的出入；其二，在工厂里直接制作大型钢锭研究偏析形成，再来尝试各种抑制偏析方法，但钢锭的吨位一般要在10吨以上，耗资巨大，实验周期长，不易实施，显然不能被研究机构和工厂所采用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型钢锭偏析的研究方法，它是包含大型钢锭所有类型偏析的小型钢锭制造工艺，解决了只有大型钢锭才能形成有效偏析，小型钢锭没有偏析或偏析不明显的问题；采用先进的冶炼技术和浇注系统设计生产出了包含所有类型偏析，而没有其它铸造缺陷的小钢锭。本发明以保持钢锭金属液长时间凝固为依据，所设计的包含大型钢锭所有类型偏析的小型钢锭可在实验室条件下进行，费用低，实验周期短，可为研究抑制宏观偏析的方法提供载体。

本发明的技术方案是：

本发明开发了大型钢锭偏析的研究方法，制造包含大型钢锭所有类型偏析的小型钢锭，包括如下步骤：

1)钢锭模材料为硅砂；

2)冒口采用保温冒口，冒口高径比为1∶3-1∶2，这里的冒口直径是指冒口平均直径；

3)钢锭的高径比为2∶1-2.5∶1，这里的钢锭直径是指钢锭平均直径；

4)钢锭材质为45号中碳普碳钢；

5)钢水高温出炉，出炉温度为1620-1640℃，浇注温度为1590±10℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注；

6)钢锭浇注结束后8-9小时之间打箱。

本发明所用45号中碳钢化学成分包括：C 0.40-0.50％，Si 0.20-0.25％，Mn0.50-0.70％，P≤0.02％，0.01％≤S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的残余元素(如：Cr，Mo，Ni，Al和Cu等)。

本发明冒口采用普通保温冒口，冒口高径比为1∶3-1∶2，保温冒口上小下大，材料为优质耐火材料：高铝砖、刚玉、莫来石、镁砖、铝镁制品或硅酸铝保温材料等。

本发明采用镁砂粉涂料刷钢锭型腔，涂料厚度为0.5-0.7mm；钢锭砂型预热温度不低于200℃。

本发明根据流量相等的原则设计无气隙平稳充型浇注系统，使浇道保持充满状态；该浇注系统包括浇口杯及与之相连的直浇道和横浇道，所述横浇道为偏心结构，内浇口偏于钢锭型腔中心，直浇道为上大下小流线型结构。

本发明中所述的大型钢锭的规格范围是：10吨～400吨之间各种高径比、以及各种材质的钢锭。

本发明中所述的小型钢锭的规格范围是：500公斤以下各种高径比、以及各种材质的钢锭。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明工艺设计合理，采用了自然流平稳充型浇注系统，在浇注过程中采用了氩气保护浇注，减少了二次氧化夹杂和卷气等缺陷，减少了钢锭缺陷，能够更好地研究偏析的形成。

2.本发明利用砂型热传导率低，保温时间长的特点，再运用合理的冶炼工艺保证钢水的碳、硫的适当含量，使小钢锭内部形成所有类型的宏观偏析，同时实现了材料的纯净化、消除了缩孔、疏松等缺陷。

3.本发明适用于各种材质和重量小型钢锭的制造。利用本发明生产的小钢锭具有偏析类型完全、低成本、周期短的特点，很容易得到广大研究机构和工厂认可，一旦被广泛采用，则可大大加快大型钢锭宏观偏析的研究进展，那将有几十到几百个亿的效益。