[发明专利]一种钢的短流程铸锻一体化工艺

权利要求书

1.一种钢的短流程铸锻一体化工艺，其特征在于：所述工艺流程包括：冶炼-铸锭、水封冒口、高温热送脱模、液芯锻造，具体包括以下步骤：

步骤一、钢锭液芯率精确模拟计算：利用计算机对铸锻钢锭进行三维建模，对钢锭充型过程、自然冷却、换底盘均温和水封冒口阶段进行温度场和应力位移变化的模拟计算，对高温热送脱模阶段进行温度场和流体运动变化的计算，进行带液芯半固态成型锻造模拟，确定不同阶段液芯率的变化率，准确控制时间节点，选定工艺参数；钢锭液芯率的变化控制在自然冷却到换底盘时液芯率为30-40%，水封冒口时液芯率为12-20%，吊运热送时液芯率为6-12%，脱模时液芯率为5-10%，液芯锻造时液芯率为3-8%，具体时间随钢种及锭型而有所不同；确定钢的液相线温度和固相线温度；

步骤二、液芯钢锭冶铸：将冶炼好的钢液浇注到倒锥度钢锭模中，钢锭的浇注温度控制在液相线温度以上50-60℃，锭身的充型时间为15min，冒口的充型时间为10min；钢锭的液芯率在30-40%时换底盘，自然冷却到液芯率为12-20%时开始对冒口喷水，液芯率降至6-12%时停止对冒口喷水，喷水时间控制在15-30min，冒口边缘凝固结壳不小于100mm，确保壳体有足够的厚度与强度；

步骤三、高温吊运热送、脱模：水封冒口后的钢锭连同锭模一起经平板车加保温罩通过热送通道从冶炼车间高温热送到锻压车间脱模，热送及脱模时间控制在15-30min，钢锭高温脱模后液芯率控制在5-10%，脱模后钢锭表面温度不低于1100℃，芯部温度不低于1300℃，方可进行液芯锻造；若低于此温度，需加热到钢的始锻温度1250℃，再行锻造；

步骤四、钢锭液芯锻造：采用宽厚板整体压实工艺，脱模后的钢锭表面覆盖保温棉，立即上压机锻造；钢锭开始锻造时，液芯率控制在3-8%；采用宽厚板压实，每次压下量控制在10-20%，保压时间10min，后期采用宽平砧压实；钢锭锻造完成时，钢锭已完全凝固，以确保锻造过程安全可靠和质量稳定；

步骤五、采用常规锻造技术进行后序火次锻造。

2.根据权利要求1所述的一种钢的短流程铸锻一体化工艺，其特征在于：所述步骤一中液芯率精确模拟计算包括用三维建模，用铸造成型仿真软件-THERCAST软件对倒锥度钢锭模的充型过程、自然冷却、换底盘均温、水封冒口、高温热送、脱模、液芯锻造各阶段进行温度场计算，铸造成型仿真软件-THERCAST软件生成的文件导入锻造仿真模拟软件-FORGE软件，再用锻造仿真模拟软件-FORGE软件进行带液芯半固态成形锻造模拟，确定不同阶段液芯率的变化和准确控制时间节点，根据模拟结果反推确定钢锭液芯锻造全过程的工艺参数。

3.根据权利要求2所述的一种钢的短流程铸锻一体化工艺，其特征在于：所述三维建模是采用SolidWorks或ProE软件进行钢锭三维建模，建模过程中，省去了锭模中的中注管、横浇道，保留覆盖剂、保温板、钢液、锭模及底盘，为简化模拟计算工作量，考虑锭模对称性，选取锭模的1/8作为计算对象，网格剖分为∽180万个网格单元，并在部分区域细化网格，锭模脱模后须将1/8模型还原成整体模型进行锻造过程，网格剖分为∽320万个网格单元；针对钢锭凝固不同阶段关注的对象和计算的精度不同，所选取的模型不同：对于钢锭整体凝固，只选取温度场进行计算，以便整体把握温度场演化规律，为液芯锻造各阶段时间节点的确定提供基本依据；对于各阶段凝固则考虑计算的精度和关注的对象，对充型过程、自然冷却、换底盘均温、水封冒口阶段均同时考虑温度场和应力位移变化，对热送阶段则考虑温度场和流体运动的变化；对充型和自然冷却过程同时包含了保温板、覆盖剂、锭模、钢锭和底盘，水封冒口阶段去除覆盖剂的影响，高温热送阶段去除底盘和覆盖剂的影响。