[发明专利]一种细化钢铁铸坯晶粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种细化钢铁铸坯晶粒的制备方法，属于冶金材料领域。

背景技术

钢铁材料凝固过程中形成的组织结构特性对后续加工以及最终材料性能有着重要的影响，细小晶粒可以提高钢铁材料室温强度和低温韧性，而且在细小晶粒中溶质元素分布也比较均匀，可以在一定程度上减少偏析元素的偏析程度。当前获得细晶铸坯主要是通过以下几种方式：(1)添加晶粒细化剂；(2)添加阻止生长剂；(3)采用机械搅拌、电磁搅拌、铸型振动等力学方法；(4)提高冷却速率；(5)低温浇注，获得细晶组织。这些方法虽能获得细小晶粒组织，但每种方法均有一定的局限性，或经济成本较高，或受工艺条件限制。因此，发明一种经济、环保、节能，并且易于在工业生产中实现钢铁铸坯晶粒细化的技术非常重要。

发明内容

从以上技术背景出发，本发明的任务是，以经济的优越方式提供一种细化钢铁铸坯晶粒的制备方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

浇注前在铸模中放入冷钢，其材料成分与浇注钢液相同。冷钢的形状与铸坯相同，横截面积为铸坯最小横截面积的0.2-1.2％，长度为铸坯长度的60-85％，温度为350-550℃，垂直放置在铸模底部中心的位置。钢液浇注温度高于液相线温度25-35℃。

本发明细化钢铁铸坯晶粒的制备方法的依据及相关限定范围的理由如下：

铸坯中柱状晶与等轴晶的比例决定着铸件重要的特性。柱状晶到等轴晶转变机理是柱状晶生长前沿过冷液相中生成的等轴晶阻挡了柱状晶的生长。凝固时低的热梯度有利于等轴晶的形成，可以细化晶粒。因此，采用在铸模中放入冷钢，使铸坯在凝固过程中形成低的温度梯度，以达到细晶的目的。

铸坯凝固时，具有顺序凝固的特征，为使加入的冷钢对铸坯凝固方式不产生影响，要求冷钢的形状与铸坯相同，并要求冷钢位于底部中心的位置。

浇注结束后，冷钢在铸模中首先熔融，在铸坯还没凝固之前已熔融完毕。冷钢周围的钢液在冷却初期略有凝固，然后随冷钢一起熔融。冷钢在熔融钢液的作用下，温度迅速升高，逐渐与周围钢液温度趋于一致。冷钢熔融过程中产生了较强的浮力流，它是沿冷钢表面向下的循环对流，这可以增加冷钢熔融后钢液与铸坯钢液的混合，可以起到均匀材料成分的作用。但如果冷钢加入过多，将使其熔融时间增加，温度升高变慢，流场强度减弱，有可能产生材料成分不均、热应力增大等现象；如果冷钢加入过少，将影响晶粒细化的效果。因此，限定了加入冷钢的横截面积和长度。

由于冷钢是在浇注前放入铸模中，所以浇注钢液和冷钢温度差不能过大，以防止浇注时生产安全事故的发生。而且钢液浇注温度不宜过低，冷钢温度也不能过低，以免产生较多缩孔、疏松等缺陷；但浇注温度过高，或冷钢温度过高，将影响晶粒细化效果。因此钢液浇注温度选择在高于液相线温度25-35℃较适宜，冷钢温度为350-550℃比较合适。

喂冷钢铸件坯形成的锥形一次缩孔、疏松均较小。这是由于冷钢熔融过程中发生膨胀，对钢液冷却发生的液态收缩具有一定补充作用。另外，冷钢使得铸坯中心区域的温度分布趋于均匀，使形成和被困于糊状区的疏松得到更多枝晶间液相流的补偿，以减少疏松。因此，该制备方法可以减小铸坯帽口尺寸，节约成本，提高经济效益。

本发明的优点在于：

本发明以经济的优越方式提供了一种细化钢铁铸坯晶粒的制备方法，可以提高铸坯等轴晶比率，细化晶粒组织，改善易偏析元素的偏析程度，使其最终产品具有良好的性能。本发明的细化钢铁铸坯晶粒制备方法简单易行，生产效率高、成本低，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。

具体实施方式

采用该制备方法细化高硫易切削钢9SMn28圆铸坯。加入的冷钢材料为9SMn28合金轧材，加工成圆柱形，并将表面打磨光滑，各实例加入冷钢参数如表1所示。表中横截面积为与铸坯横截面积的百分比，长度为与铸坯长度的百分比。

表1各实例加入冷钢参数