[发明专利]一种高锰钢铸件细晶化铸造工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及高锰钢铸件细晶化制造技术，具体地说是一种高锰钢铸件细晶化铸造工艺方法。

背景技术

目前高锰钢铸件应用十分广泛，尤其在矿山与铁路方面尤为突出。然而，高锰钢铸件晶粒粗大严重影响了高锰钢的使用性能。高锰钢铸件晶粒粗大，使铸件中的夹杂物以及低熔点物质在晶界上富集，降低了铸件强度，导致高锰钢铸件在使用过程中产生剥落、裂纹等缺陷，严重影响铸件的使用寿命。铁路辙叉为高锰钢铸件，细晶化技术对于高锰钢铁路辙叉尤为重要。过去由于铁路辙叉晶粒粗大，使大量夹杂物和低熔点物质在晶界上集聚，弱化了晶界强度，使高锰钢在使用过程中发生非正常磨损，出现剥落掉块等问题。我国以世界铁路6％营运里程，完成了24％运输总量，使得铁路处于极度繁忙状态，增加了铁路破损的几率，使铁路辙叉用量非常大，每年全国的铁路辙叉需要量大约在5万颗左右，并且这个数字随着铁路干线的增加还要增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高锰钢铸件细晶化铸造工艺方法，解决了高锰钢铸件晶粒粗大、疏松、微裂纹等问题，生产出了晶粒细化、强度高的高锰钢铸件；采用先进的合金化技术与金属颗粒加快铸件冷却技术改善了材料性能，高锰钢铁路辙叉力学性能有了很大提高，σ_b≥850MPa，ak≥240J/cm²，δ≥45％。

本发明的技术方案是：

本发明开发了一种高锰钢铸件细晶化铸造工艺方法，包括如下步骤：

1)高锰钢在冶炼过程中，钢水高温出炉，出炉后进行炉外吹氩气、喂丝精炼，严格控制钢水中磷、硫含量；

2)高锰钢铸件浇注过程中，采用随流添加金属颗粒，降低金属液储能加快铸件冷却；

3)金属颗粒从铸件的浇注系统加入，加入时间在整个浇注过程的中后期进行，一次性或分批次均匀加入；

4)铸件要快速浇注，采用底漏包避免夹杂卷入。

所述步骤1)，出炉温度为1580±20℃。

所述步骤1)，精炼过程中，氩气压力为0.3～0.6MPa，压力管道内径吹氩时间0.5～1分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的0.5～2％。

所述步骤1)，严格控制钢水中磷、硫含量，P≤0.025％，S≤0.018％，浇注温度为1480±20℃。

所述步骤2)，加入金属颗粒的重量为浇注钢水总重量的0.5～10％。所述步骤2)，加入金属颗粒尺寸为金属颗粒预热温度150℃～350℃。

所述步骤2)，加入金属颗粒种类：普碳钢或高锰钢。

所述步骤3)，金属颗粒从铸件的浇注系统随金属液加入，金属颗粒添加时间为铸件浇注时间的1/3～1/2。

所述步骤4)，浇注速度为20kg/s～40kg/s。

本发明所用高锰钢是一种以碳、锰等元素为主传统钢种，按重量百分比计，高锰钢化学成分包括：C 0.7～1.1％，Si 0.6～0.7％，Mn 12.5～13.5％，P≤0.025％，S≤0.018％，高锰钢铸件浇注过程中，随金属液添加重量比为0.5～10％、尺寸为的金属颗粒。金属颗粒从铸件的浇注系统加入，加入时间应在整个浇注过程的中后期进行，一次性或分批次均匀加入。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明通过在浇注过程中添加金属颗粒，降低金属液的温度，增加形核质点细化晶粒，快速凝固铸件，显著细化了高锰钢铸件的晶粒，同时减少夹杂物尺寸，显著提高了铸件质量。

2.本发明工艺设计合理，缩短高锰钢铸件凝固时间，降低铸件的生产周期，提高了生产率。

3.本发明适用于厚大高锰钢铸件的制造。利用本发明生产的高锰钢铸件具有高性能、低成本的特点。

4.辙叉由于晶粒粗大，缩孔、疏松等铸造缺陷，在使用过程中，很容易磨损，一般情况下，高锰钢辙叉的货物通过总重量不超过1.2亿吨。采用本发明细晶化的高锰钢辙叉货物通过总重量可以达到2亿吨。因此，该技术得到了铁路用户的充分肯定。

附图说明

图1(a)-图1(c)铸件中所添加金属颗粒形貌；

图2铸件工艺实施示意图；

图中，1.铸件；2.冒口；3.保温板；4.覆盖剂；5.横浇道；6.直浇道；7.浇口杯；8.金属颗粒。

图3铸件示意图；

图4铸件成品图示；

图5未经细晶化的高锰钢铸件中夹杂物分布状况；

图6细晶化的高锰钢铸件中夹杂物分布状况；

图7(a)-图7(b)未经细晶化的高锰钢铸件晶粒分布状况；

图8(a)-图8(b)细晶化的高锰钢铸件晶粒分布状况。