[发明专利]一种低偏析大型钢锭制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低偏析大型钢锭制造技术，具体地说是一种低偏析大型钢锭制造方法。本发明适用于所有规格、所有材质的砂型和金属型的大型钢锭制造。

背景技术

大型钢锭的凝固过程非常漫长，根据钢锭吨位不同，可以是几十小时到上百小时不等，溶质再分配充分，致使碳、磷等低熔点、低密度元素在凝固前沿富集，加上其它物理过程，如热溶质对流等的影响，使钢锭不同区域化学成分不均匀，最后凝固区域组织粗大。对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。

冶金科研工作者近几十年来一直在研究钢锭宏观偏析的形成机理，以及其控制措施。虽然在偏析形成机理方面取得一定的进展，如偏析类型，偏析位置等的确定，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从根本上来抑制宏观偏析。

本发明从空心钢锭的铸造过程中得到启发：由于空心钢锭的中心部位与外壁同时冷却，使得空心钢锭的凝固时间与相同直径和高度的实心钢锭相比大大减少；缩短凝固时间所带来的结果是(与相同直径和高度的实心钢锭相比)：机械性能提高，晶粒细化，碳、磷宏观偏析程度大大下降。本发明控制钢锭偏析方法就是建立在缩短钢锭凝固时间的基础之上，即从钢锭上部冒口向钢锭内部添加一定量的适当成分的钢球，以达到铸造空心钢锭的冷却形式，降低钢锭的凝固时间，从而降低钢锭中低熔点、低密度组元的宏观偏析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低偏析大型钢锭制造方法，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。采用先进的冶炼技术、快速冷却技术、改善了材料微观组织结构和宏观力学性能。

本发明的技术方案是：

本发明开发了低偏析大型钢锭制造方法，包括如下步骤：

1)在钢锭浇注过程中，向钢锭中加入钢球，钢球添加量为钢锭重量的1％～10％；

2)钢球内部没有铸造缺陷，表面光洁，成分与钢锭成分接近；

3)钢球直径1～10mm；

4)钢球预热温度500℃以上；

5)当钢锭型腔内钢水上升到钢锭高度1/3～1/2时，开始加入钢球；

6)钢球落下起点离钢水表面保持200～300mm的距离，连续均匀加入钢球，直至钢水上升到冒口。

本发明所加入钢球的重量优选为钢锭毛坯(不包含浇注系统，但包含冒口)重量的3％～10％；钢球为冷挤压成形，其内部没有缩孔、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；钢球成分与钢锭成分接近，其中C含量比钢锭低10％以上(一般为10％～20％)，P和S含量低于0.01％，其他成分相同；每一支钢锭所加钢球直径统一优选为5～10mm范围之内任一数值；钢球在热处理炉中进行均匀预热，钢球最终温度不低于500℃。

本发明自钢锭冒口往下向钢锭型腔内添加钢球，钢球均匀地散布于钢水表面，浇注过程中采用氩气保护。

本发明中所述的大型钢锭的规格范围是：5吨～400吨各种高径比、以及各种材质钢锭。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明工艺设计合理，提高了大型钢锭利用率，在浇注过程中采用了氩气保护浇注，减少了二次氧化夹杂和卷气等缺陷，减少了钢锭缺陷，通过对加入钢球关键工艺参数的控制，保证了低偏析大型钢锭的质量。

2.本发明运用合理的冶炼工艺提高钢水纯净度，采用合理的添加钢球快速冷却工艺，使钢锭化学成分均匀，组织细化，大大提高了钢锭使用性能，从而充分实现了材料的细化、均匀化，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，钢锭的强度和韧性都得到了提高。

3.本发明适用于各种材质和吨位低偏析大型钢锭的制造。利用本发明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.本发明外加形核质点是与钢锭成分接近的钢球，钢球内部没有铸造缺陷，表面光洁。采用加入外来形核质点的方法，增加钢锭内部的形核质点、加快钢锭的冷却速度，从而获得成分均匀、组织细化的低偏析钢锭。

附图说明

图1大型钢锭宏观偏析示意图；

图2钢球图；

图3钢锭中间截面整体硫印图；

图4钢锭中间截面金相试样的取样示意图；