一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法技术

本发明专利技术涉及一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法，包括如下步骤：S1：造型，按照产品尺寸制造砂型，并且在砂型中敷设测温装置，所述测温装置位于砂型与铸钢液接触的表面上；S2：熔炼，得到铸钢液；S3：浇铸，将铸钢液浇铸到砂型中；S4：浇铸完成后，对砂型施加电磁感应加热，根据测温装置测得的铸坯表面温度，调节电磁感应的强度，控制铸坯的冷却速度为5

【技术实现步骤摘要】
一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法


[0001]本专利技术涉及一种铸钢的制造方法，通过该方法，可以有效的抑制铸造过程中热裂纹的出现。

技术介绍

[0002]铸钢是各类机械结构中常见的构成材质。但是铸钢的铸造裂纹比较多，其中，热裂纹是比较常见的一种。由于铸钢具有较宽的凝固区间，当铸件表面层已经凝固时，铸件内部往往是尚未完全凝固，仅是形成了许多密集的树枝状晶体，在这些枝晶之间还存在一些钢液，此时钢的强度很低，在凝固收缩过程中产生热裂纹。
[0003]铸造热裂纹比较容易分辨，其表面呈氧化色，无金属光泽。对于铸钢件来说，其热裂纹的表面呈现近似黑色。铸钢的热裂纹一方面会影响铸钢件的各项性能，另一方面也需要补焊进行修复，补焊增加了人力和工序成本，并且焊接HAZ也会产生次生的缺陷或者对铸件性能产生影响。
[0004]故此，抑制铸钢铸造过程中热裂纹的出现对于提高铸钢件产品质量、降低铸钢件生产工序成本和人力成本是至关重要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法，经由该方法生产获得的铸钢，铸造热裂纹得到有效抑制，大大改善了铸钢件的铸造质量，免除了后续的补焊修复工艺，提高了铸钢件的成品率、降低了生产成本和人力成本。
[0006]本专利技术的技术目的是通过以下手段实现的。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法，包括如下步骤：S1：造型，按照产品尺寸制造砂型，并且在砂型中敷设测温装置，所述测温装置位于砂型与铸钢液接触的表面上；S2：熔炼，得到铸钢液；S3：浇铸，将铸钢液浇铸到砂型中；S4：浇铸完成后，对砂型施加电磁感应加热，根据测温装置测得的铸坯表面温度，调节电磁感应的强度，控制铸坯的冷却速度为5
‑
10℃/h，直至冷却至铸坯表面温度T在0.8T
m
~0.85T
m
时停止电磁感应加热；其中T
m
为铸钢的熔点温度；S5：冷却打箱并获得铸钢件。
[0008]下面，对本专利技术的成分设计原理进行介绍。
[0009]如
技术介绍
中所描述的，铸钢件经常会出现铸造热裂纹的问题，导致该问题的主要原因就是凝固速度的差异，或者说是由于铸钢的凝固温度区间较大，导致靠近砂型的部分（即铸钢件表面）比芯部凝固的速度快很多，这种凝固的不同步性导致了铸钢件铸造热裂纹的产生。
[0010]本专利技术的专利技术人以上述技术问题为切入点，通过在砂型内预先敷设测温装置，可
以实时掌握铸坯表面的温度，更重要的是，本专利技术在浇铸完成后对砂型施加电磁感应加热，控制电磁感应的强度，使铸坯在砂型内以较低的速度缓慢冷却，进而，使铸坯表面和芯部的冷却速度接近，减少了不同部位在冷却凝固过程中差异，使铸坯各个部位在浇铸后冷却过程中冷却凝固进度趋同，从而抑制铸造热裂纹的出现，同时电磁感应加热过程中会使铸钢液产生涡流，达到搅拌的目的，从而确保钢坯成分均匀，降低偏析，进一步抑制铸造热裂纹的出现。
[0011]本专利技术的专利技术人基于实际生产确定了浇铸完成后铸坯冷却速度的合理范围值，即5
‑
10h/℃。冷却速度过快，则铸坯不同部位的凝固过程中的差异化加大，不能有效的抑制铸造热裂纹。虽然理论上冷却速度越慢越好，但是专利技术人发现再低的冷却速度其最终获得的铸钢件热裂纹情况与5
‑
10℃/h的冷却速度并无差异，二者均观察不到热裂纹的存在，而过低的冷却速度其带来的不利主要是：一方面，冷却速度过慢，则不利于兼顾生产效率；另一方面，更低的冷却速度则需要更强的电磁感应来抵御铸坯温降，会造成能耗的升高；更重要的，冷却速度过慢导致铸坯在高温区停留时间过长，会导致铸钢件的晶粒尺寸变大，影响铸钢件的力学性能。本专利技术的专利技术人在兼顾抑制热裂纹效果、生产效率及生产成本以及晶粒尺寸的基础上，确定浇铸完成后铸坯冷却速度为5
‑
10h/℃。
[0012]另外，还需要对停止电磁感应加热施加的温度进行控制，才能确保抑制铸钢件的热裂纹的出现。一方面，如果停止电磁感应加热的温度过高，则铸坯尚未凝固充分，电磁感应加热停止后铸坯冷却速度加快，凝固不同步仍然会导致热裂纹的出现，另一方面，如果停止电磁感应加热的温度过低（即电磁感应加热时间过长），则铸坯已经完全凝固，过长的电磁感应加热对于改善铸钢件热裂纹不会具有进一步的效果且能耗增加，同时，凝固后的铸坯高温区保温时间过长反而会导致晶粒过分长大，不利于铸坯力学性能的保证。专利技术人综合考虑抑制铸坯热裂纹效果的获得以及能耗成本和铸坯晶粒尺寸的保证，通过试验确定了最佳的停止电磁感应加热的时机是铸坯表面温度在0.8T
m
~0.85T
m
。
[0013]通过控制电磁感应强度控制铸坯的冷却速度，并控制停止电磁感应加热的时机，可以获得无铸造热裂纹且铸坯晶粒度不低于5级的铸钢件。
[0014]作为进一步的改进方案，测温装置具有多个，分别设置于砂型的不同位置，这样可以采集铸件不同表面、不同部位的温度，从而可以更精确的测量铸坯表面的温度；作为非限定性的表述，所述测温装置可以热电偶，所述铸坯表面温度以多个热电偶测得的温度平均计算，从而更精确的测量和控制铸坯表面温度。
[0015]作为进一步的改进方案，还包括浇铸前对钢液进行取样检测钢液成分，并依据钢液成分计算T
m
的步骤。这样，通过检测钢液成分分析计算T
m
，从而可以指导后续电磁感应加热的停止时间。作为非限定性的描述，钢液T
m
的计算可以参照书籍计算（参照罗利萍、刘辉杰主编，《炼钢生产》，2016年2月第1版，2016年2月第一次印刷，冶金工业出版社出版发行，第163
‑
165页记载的钢的熔点近似值计算公式），即t
熔
=1538
‑
∑
△
t
·
w[i]%
‑
7（式1）；t
熔
‑
钢的熔点，℃；1538
‑
纯铁的熔点，℃；
△
t
‑
某元素含量增加1%时纯铁熔点的降低值，℃；w[i]%
‑
钢中i元素的质量分数；7
‑
一般认为钢中气体能使纯铁的熔点降低约7℃；
△
t可以通过上述书籍第164页表5
‑
1中查表获得。当然，T
m
的获得也可以通过其他经验公式进行计算。
[0016]作为进一步的改进方案，步骤S4具体包括如下步骤：S41：浇铸完成后，对砂型施加电磁感应加热，调节电磁感应的强度，使各个测温装置测得的温度均位于T
m
以上；S42：待各
个测温装置测得的温度达标后，调节电磁感应的强度，控制铸坯的冷却速度为5
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10℃/h，直至冷却至铸坯表面温度T在0.8T
m
~0.85T
m
时停止电磁感应加热。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：造型，按照产品尺寸制造砂型，并且在砂型中敷设测温装置，所述测温装置位于砂型与铸钢液接触的表面上；S2：熔炼，得到铸钢液；S3：浇铸，将铸钢液浇铸到砂型中；S4：浇铸完成后，对砂型施加电磁感应加热，根据测温装置测得的铸坯表面温度，调节电磁感应的强度，控制铸坯的冷却速度为5
‑
10℃/h，直至冷却至铸坯表面温度T在0.8T
m
~0.85T
m
时停止电磁感应加热；其中T
m
为铸钢的熔点温度；S5：冷却打箱并获得铸钢件。2.根据权利要求1所述的一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法，其特征在于，所述测温装置具有多个，分别设置于砂型的不同位置。3.根据权利要求1所述的一种抑制铸造热裂纹的铸钢制造方法，其特征在于，所述测温装置为热电偶。4.根据权利要求1所述的一种抑制铸造热裂纹的...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅莉，汪丹，王少勇，帅德军，帅德国，
申请(专利权)人：襄阳金耐特机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：