[发明专利]一种降低铸锭宏观偏析的浇铸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢锭浇铸方法，具体涉及一种目的在于降低铸锭宏观偏析的浇铸方法，属金属热加工技术领域。

背景技术

大型锻件是新一代核电、火电等能源装备的核心构件。随着新型能源建设的发展，对大型锻件的需求日益增长。基于“提高效率、降低消耗、保护环境、安全可靠”的思想，新一代核电、火电等装备对锻件提出了“大型化”、“一体化”和“高性能化”等苛刻要求。铸造成锭是大型锻件热加工制造的第一个环节，最重的铸锭超过了600吨，性能要求数十年保持稳定。由于尺寸巨大，铸锭的浇注过程中存在多域流动，复杂的质能传递、凝固时间长、冷速差异大等因素，会导致大的宏观偏析。带有大宏观偏析的铸锭加大了之后锻件均匀化的难度，在反复长时间加热和多次变形的锻造过程中，亦难以保证成品锻件的合格率，因此铸锭的质量至关重要。

铸锭中大的宏观偏析是由于其体积“大”而产生的，目前这方面的相关理论研究比较缺乏，铸锭质量调控也无据可依。虽然我国已具备世界一流的锻件热加工装备，但由于基础研究落后，大型锻件热制造仍然处在“以数量求成品、用消耗换质量、以低效求均质”的“摸索制造”阶段，导致资源浪费巨大，同时许多关键锻件尚不能自主制造，成为新型能源装备建设的突出瓶颈。

对于铸锭宏观偏析的研究，目前在数值模拟方面已有一定的发展，可以用于辅助分析。流场和温度场的数值计算方法基本已经成熟，可以应用于大型铸锭的浇铸、凝固过程分析，如G.Lesoult的“Macrosegreation in steel strands and ingots:Characterisation,formation and consequences”(《Materials Science&Engineering A》,413-414,2005,19-29),又如C.Beckermann的“Modelling of macrosegregation:applications and future needs”(《International Materials Reviews》,2002,vol.47243-261)。目前在降低大型铸锭宏观偏析的实践方面上也有一些建树，如一些学者提出往钢锭中加入钢球，起异质形核，以加快钢锭冷却作用，如Dianzhong Li的“A novel technique for reducing macrosegregation in heavy steel ingots”（《Journal of Materials Processing Technology》,2010，210，703-711）。但是该方法无法控制钢球在钢锭中的位置；还有一些学者提出了在锭模底部和锭模中下部加通气管道，通过压缩气体加强外部散热，如授权公告号为CN201223932Y与CN201231310Y的中国专利，但专利所述方法对大铸锭效果不明显，因为当外界散热条件很好时，大铸锭散热瓶颈在于铸锭本身；另有一些学者提出了多包合浇的方法，主要通过调整每包的成分：底部高于正常水平，顶部低于正常水平，并改变每包浇铸间隔时间来抑制宏观偏析，如李殿中的“Numerical simulation of delayed pouring technique for a360t heavy steel ingot”（《13th International Conference on Modeling of Casting,Welding and Advanced Solidification Processes(MCWASP)》，2012，Vol33），该方法一定程度上能够抑制宏观偏析，但是大型铸锭金属液量大，包与包之间的金属流动融合宏观偏析在整体上依然会很大，而且每包浇入量没有依据，时间间隔也没有理论依据，目前成效甚微，原因在于其主要思想还是想依据宏观偏析经典形貌，通过调整每包成分之间的变化，来调整凝固液相中的成分含量，该思想虽然有其合理性，但是对于大型铸锭由于尺寸太大，两种成分融合后，液相依然占据很大体积，因此随后的凝固仍然会产生大的宏观偏析。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述现有技术的不足，提供一种降低铸锭宏观偏析的浇铸方法，采用减缓浇铸速度的措施，以达到控制凝固过程、铸锭均质化和降低铸锭宏观偏析的效果。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种降低铸锭宏观偏析的浇铸方法，其特征在于：控制所述铸锭的实际浇铸时间tp达到下列要求：

1/10t<tp<t；

其中，t为在一般铸造工艺下所述铸锭完全凝固所需的时间。