多芯复合浇铸大型钢锭的工艺开发

发布时间：2020-07-06 22:30

【摘要】：针对传统模铸钢锭内部出现的偏析、疏松及缩孔等质量问题,提出多芯复合浇铸工艺制备大型钢锭。利用硫代硫酸钠模拟实验,测定了复合条件下硫代硫酸钠熔体的凝固率,分析了芯坯数量对熔体凝固过程的影响。在保护气氛下进行了复合浇铸实验,首先浇铸了双芯坯、四芯坯复合铸锭,在浇铸过程中实际测量了铸模内芯坯的温度变化值,并对温度变化曲线以及铸锭宏观断面组织进行了讨论、分析;然后优化了浇铸工艺,浇铸了五芯坯复合铸锭,对五芯坯复合铸锭进行解剖取样,对铸锭的宏观断面组织进行了对比分析,同时对铸锭内各部位的复合界面以及各部位铸态微观组织进行了对比分析。硫代硫酸钠模拟实验结果表明:在铸模内预置成分相同的低温芯坯可以促进熔体在芯坯表面的形核,增加熔体内部的“结晶雨”,提高细小等轴晶的比例,显著缩短熔体的凝固时间。随着芯坯数量的增多,凝固过程中的“结晶雨”现象显著增加,凝固速度更快,凝固组织更细小致密。实际浇铸实验结果表明:无芯坯铸锭中,由于钢液只有从外向内的冷却,补缩不好,铸锭中不可避免的存在缩孔、疏松等缺陷,铸锭心部钢液冷却慢,且内部组织较为粗大。双芯坯和四芯坯复合铸锭中,因为钢制铸模吸收了熔体的大量热量,所以复合铸锭凝固过程中补缩不好而产生气孔及缩孔,同时因为界面处热量不够而导致界面局部处出现缝隙。在界面处靠近芯坯表面的凝固组织因为冷却速率大、过冷度大、形核率高,所以该处凝固组织极为细小,距离芯坯表面越远,凝固组织相对越粗大。五芯坯复合铸锭采用砖模浇铸,保证了钢液凝固时有较好的补缩条件,为芯坯与钢液的复合提供了足够的热量,所以五芯坯铸锭内界面复合较好。同时,内置五芯坯一方面让铸锭内熔体内外同时冷却,减小了钢液的凝固距离和钢液之间的温度差,提高了熔体的冷却速率和形核速率,增加了钢液的过冷度,均匀了钢液的温度场,最终细化了凝固组织;另一方面,五芯坯复合铸锭中的中间芯坯所占的几何空间完全取代了无芯坯铸锭中出现大缩孔以及疏松的几何空间,所以复合铸锭避免了铸锭心部的缩孔、疏松等缺陷。模拟实验结果与实际实验结果相互吻合,即多芯复合浇铸大型钢锭的工艺可以解决传统模铸钢锭内部出现的偏析、疏松及缩孔等的质量问题。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG261
【图文】：

成长率,生核,过冷度,晶粒

即实际结晶温度过低时，原子之间率都会下降；另外，从形核率方面讲，液种，在实际生产中，液态金属多是以外来形核基础。非自发形核比自发形核更容易围熔体的原子有吸附作用，直接降低了周冷度增大，降低周围原子的形核功等。由态金属形核率会提高，促使金属晶粒更细

示意图,金属铸锭,示意图

铸型内凝固结晶形成铸锭时，根据液态金属的同，可以得到不同的凝固组织。金属铸锭的宏表层细晶粒区、中间柱状晶粒区和中心等轴状区是紧靠铸型壁的激冷组织，也称激冷区，由状晶区由垂直于型壁(沿热流方向)彼此平行排由各向同性的等轴晶组成。等轴晶的尺寸往往图 1.3 过冷度对晶粒生核率和成长率以及尺寸的影响ence of undercooling on grain nucleation rate and growt

示意图,钢液,结晶状态,示意图

等[47]通过在铸模中加入 0.8%~3%范围内的块体形核剂，以达偏析的效果，但块体形核剂容易被钢液冲倒以及在其表面军等[48]发明了内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭的方法作用可以分散元素分析，加热作用有利于顶部的补缩，但是气孔。赵沛等[49]提出将带有冷却结构的冷却器插入液体并形成，细化组织等优点，但对冷却器材料要求较高且冷却器等[50]发明了一种通过在钢锭真空浇铸过程中向锭模中加入金增加了外来形核剂，但金属粉末不容易被均匀分散开来，析。刘宏伟等[51]提出了一种大高径比生产圆形铸坯的方法筒类锻件的应用，且大高径比不利于钢液的补缩，易产生缩等[52]通过利用磁场引发熔体振动及对流，使大量晶核持续图 1.5 钢液在不同条件下的结晶状态示意图(a)静置钢液；(b)振动钢液.1.5 Schematic diagram of crystalline state of molten steel for different condi(a)Static molten steel; (b)Vibratory molten steel

【参考文献】