一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法技术

本发明专利技术涉及一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法，具体地说是一种通过加入钢棒抑制大型钢锭宏观偏析的方法，属于低偏析大型钢锭制造技术。在大型钢锭浇注前，在钢锭型腔中预置至少一圈钢棒，增加钢锭内部的形核质点、加快钢锭的冷却速度，从而能够抑制溶质对流，防止偏析通道的形成而获得成分均匀、组织细化的低偏析钢锭。本发明专利技术可以解决大型钢锭化学成分不均匀，晶粒粗大，低熔点、低密度元素（Ｃ、Ｐ等）的“Ａ”型和“Ｖ”型等宏观偏析，钢锭利用率低等问题，从而生产出化学成分均匀的低偏析大型钢锭。本发明专利技术适用于所有规格、所有材质的砂型和金属型的大型钢锭制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体地说是通过加入钢 棒抑制大型钢锭宏观偏析的方法，属于低偏析大型钢锭制造技术。本专利技术适用于 所有规格、所有材质的砂型和金属型的大型钢锭制造。
技术介绍
近年来随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，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，其质量对提高大型铸锻件质量尤为重要。大型钢锭的凝固 时间非常长(根据钢锭吨位不同，几十小时到上百小时不等)，使钢锭化学成分有 充分的时间进行扩散，导致不同区域化学成分不均匀，造成宏观偏析和微观偏析， 最后凝固区域组织粗大。X寸钢锭的后续处理通常是对钢锭砍头(顶部)去尾(底 部)，只取中部成分均匀部分，这严重地影响了钢锭的利用率。大型钢锭的偏析问题倍受禾辆开工作者和企业界关注。虽然在偏析形成机理方 面取得一定的进展，如偏析类型，偏析位置的确定等，但是在偏析控制措施方面 进展缓慢，几乎没有一项有效的措施可以来抑制宏观偏析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方纟去，以解决大型钢锭化学成分不均匀，晶粒粗大，低熔点、低密度元素(C、 P等)的"A"型和"V" 型等宏观偏析，钢锭利用率低等问题，从而生产出化学成分均匀的低偏析大型钢锭。本专利技术的技术方案是本专利技术幵发了，包括如下步骤1)在大型钢锭浇注前，在钢锭型腔中预先布置至少一圈钢棒，钢棒加入量为钢锭毛坯(不包含浇注系统，但包含冒口)重量的0.3% 8.0% (优选范围为0.8%~3.0G/o);2) 钢棒内部没有铸造缺陷，表面光洁，成分与钢锭成分相同或相近；3) 每支钢棒直径为10 60mm，长度为锭身高度的1/4 1/2;4) 钢棒在热处理炉中进行均匀预热，钢棒最终纟显度不低于150'C，钢棒预热 温度一般为150°C 450°C;5) 钢棒分散布置在钢锭型腔圆周1/4 1/2半径位置处，钢棒顶点离冒口根部 20 450mm (,范围为50 250mm)的距离。本专利技术钢棒为挤压成形棒材，其内部没有縮孔、疏松，不含气体和夹杂物， 表面光洁，不含任何防锈剂或其它油污；钢棒成分与钢锭成分相同或相近，即C、 Si和Mn元素含量与钢锭成分相同或者比钢锭低1% 2% (重量百分比)，对于高 合金钢成分的钢锭，考虑到成本和生产成本方面的要求，钢棒可以采用碳钢，对 合金元素不作要求，而P、 S等杂质元素含量要低于钢l定成分要求0.01。/。以上。本专利技术中，大型钢锭是指100 600吨的钢锭，钢锭的高度在4000mm 7000讓。本专利技术具有如下有益效果1. 本专利技术以大型钢锭计算机模拟结果为依据，浇注前，在钢锭型腔中预先布 置一圈或者几圈钢棒，增加钢锭内部的形核质点、加决钢锭的冷却速度，可显著 提高大型钢锭的凝固速度，縮短钢锭固液两相区停留的时间，对大型钢锭的偏析 有明显的抑制作用。从而，能够抑制溶质对流，防止偏丰ifffl道的形成而获得成分 均匀、组织细化的低偏析钢锭。2. 本专利技术运用合理的冶炼工艺提高钢水纯净度，采用合理的预置钢棒快速冷 却工艺，使钢锭化学均匀化，组织细化，大大提高了钢锭^ffl性能，显著减轻了 钢锭顶部正偏析、底部负偏析、"A"型和"V"型宏观偏析，提高了钢锭的质量和 利用率。3. 本专利技术适用于各种材质柳屯位的低偏析大型钢锭的帝隨。利用本专利技术生产 的低偏析大型钢锭具有高性能、高材料利用率、低成本的特点，很容易得到用户 认可，由于市场潜力巨大， 一旦被广泛采用，将有几十亿元以上的产值。4. 本专利技术设计了保温冒口，有效地实现了钢锭的补縮，浇注过程中采用氩气 保护，通过对加入钢棒位置、尺寸、长度以及质量分数等关键工艺参数的控制， 保证了低偏析大型钢锭的质量。附图说明图1大型钢锭宏观偏析示意图；图中，8、冒口偏析带；9、 "A"型偏析带； 10、 "V"型偏析带；ll柱状晶；12细等轴晶；13负偏析带。 图2钢棒示意图；图中，l钢棒；14立杆；15横杆。 图3添加钢棒0.9%的钢锭中间截面整体硫印图4本专利技术抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置示意图；图中，l钢棒；2保温 覆盖剂；3保温冒口套；4钢锭型腔；5钢水；6钢锭模；7保温冒口。 图5未添加钢棒的同型号钢锭的中间截面整体硫印图； 图6添加钢棒2.0%的钢锭中间截面整体硫印图7添加钢棒3.0%的钢锭中间截面整体硫印图。具体实施例方式本专利技术抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法如下1、 宏观偏析普遍存在于各种材质和吨位的钢锭中，如图1所示，宏观偏析包括钢锭顶部正偏析带(冒口偏析带8)、底部负偏析带13、中部正偏析带("V"型 偏析带IO)和周围正偏析带("A"型偏析带9)，在钢锭表层形成细等轴晶12，在 钢锭里层形成柱状晶ll。宏观偏析的形成原因主要是钢锭凝固时间过长，吨位越 大的钢锭其偏析程度越大，这种宏观偏析不能通过热处理工艺来消除。通过向钢 锭内部加入适量的低纟显钢棒，可以有效地加快钢锭内部钢水的凝固速度，抑制钢 锭内部直接导致宏观偏析形成的热一溶质自然对流，从而达到控制钢锭偏析的目 的。钢棒的添加量一方面不能太大，否则会引起钢棒不能完全熔化，在钢锭内部 形成其它的铸造缺陷，如气 L夹杂、疏松等；另一方面添加量不能太小，否则 对钢锭的凝固不起任何作用。本专利技术在大量计算机模拟(使用的软件为Procast) 和实验的基础上得到的最优添加量是:钢锭毛坯(不包括浇注系统)重量的0.3% 8.0%(较佳的重量范围为0.8% 3.0%)。钢棒内部不允许存在铸造缺陷，如气孔， 夹杂物等，否则^^合钢锭本体带来外来缺陷。钢棒l焊接成环状，预置在钢锭中， 形状如图2所示，交叉形状的横杆15—侧连接立杆14，横杆15另一侧的中心和四周纵向连接钢棒i ，钢棒i通ffiz:杆14挂在钢锭型腔4中。2、 钢棒必须先预热，否贝依钢水凝固时上升的气泡和夹杂会在冷的钢棒上聚 集长大，致使钢锭内部产生气孔和夹杂。预热后的钢钢棒分散布置在钢锭型腔圆 周1/4 1/2半径位置处，钢棒顶点离冒口根部20 450mm的距离。钢棒不能太靠近钢锭边缘，否则容易造成钢棒不能完全熔化；也不能太靠近中心部位，否则在凝固早期起不到冷却作用，偏析通道形成而偏析抑制效果不明显。如图4所示为本专利技术工艺方案简图，钢锭模6内形成钢锭型腔4，钢水5浇 注于钢锭型腔4中，钢棒l自钢锭型腔4上方伸入，置于钢锭型腔4中，钢棒l 在钢锭型腔4中布置一圈或者几圈，钢锭型腔4顶部设置保温冒口套3，保温冒 口套3内侧形成保温冒口 7，保温冒口 7顶部放置保温覆盖剂2。下面结合附图及实施例详述本专利技术。实施例1如图4所示，钢锭冒口采用保温冒口；钢水高温出炉，出炉温度为163(TC， 浇注金属液重量3吨，浇注时间120秒，翻包浇注，浇注温度160(TC，浇注之前 在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注，按重量百分比计，本实施例的45号钢 成分为C0.46%， Si 0.26%， Mn 0.70%, P^0.015%， S^0.02%， Fe余量；浇注 前在冒口根部50mm， 1/2半径的位置挂好己经焊接并预热好的钢棒，钢棒预热温 度200。C，成分为C0.35%， P^).01%， S￡0.01%，直径为20mm，长度为锭身 高度的1/2，质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法，其特征在于，在大型钢锭浇注前，在钢锭型腔中预先布置至少一圈钢棒，钢棒加入量为钢锭毛坯重量的０．３％～８．０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康秀红，桑宝光，刘宏伟，夏立军，李殿中，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]