[发明专利]双金属复层圆坯电磁连铸方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料凝固加工领域，特别是一种双金属复层圆坯电磁连铸方法及设备。

背景技术

双金属复层材料是将两种物理、化学和力学性能不同的合金在界面处实现牢固结合的一种新型复合材料，该类材料通过扬长补短，可以满足不同环境下对材料的特殊要求。制备复层材料的方法主要有轧制复合法、爆炸焊法、挤压法等，近年来连续铸造法制备双金属复层材料技术受到研究者的广泛关注。

公开号为US3421569的专利申请中提出，利用两个同轴的石墨结晶器，首先获得外层为高熔点的合金管坯，然后将低熔点的合金浇注到管坯芯部，从而连续铸造出双金属复层铸坯。该方法适用于复层圆坯连续铸造，但是其内外层金属的结合方式为固态-液态结合，界面结合效果没有半固态-液态或者液态-液态的结合效果好，外层固态金属的温度控制是能否实现良好结合的关键因素，而该方法的温度控制只能靠改变浇注温度以及调节二级水冷来实现，较为困难，另外，该专利没有涉及到改善复层铸坯凝固组织的问题。公开号为US4567936的专利申请中提到复层材料的铸造，介绍了一种外层为高固相线金属、内层为低固相线金属的复层铸锭直接水冷连续铸造方法，其中外层金属必须完全凝固之后才能与内层低固相线金属接触，该专利也同样是利用固态-液态结合的方法使两种金属实现结合，故存在相同的上述问题。

公开号为WO92/18271的专利申请介绍了一种复层铸坯的连续铸造方法，利用电磁制动将结晶器分为上下两个溶池，解决了两种金属液的混合问题，并成功地生产出了内外层界面清晰的不锈钢和碳钢复层材料。该专利所采用的电磁场为直流恒定磁场，其作用是避免两种金属液混熔，CN1413782、CN101549392同样公开了一种复层材料的电磁连续铸造方法，其电磁场的使用目的与WO92/18271一致，都是为了避免内外层金属熔体发生混流，但都没有改善复层铸坯凝固组织。因此，现有的双金属复层材料的连铸方法仍需改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产工艺简单、制备产品的内外层金属凝固组织细化、外层金属表面质量高、复合界面清晰稳定的双金属复层圆坯电磁连铸方法及设备。

本发明的技术方案是：

一种双金属复层圆坯电磁连铸方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、将两种不同成分的金属分别熔化成内、外层金属液，精炼去气后保温备用；

2)、同轴布置内、外结晶器且内结晶器插入外结晶器中，所述外结晶器内设有一级水冷环腔并在一级水冷环腔中设有与中频电源发生器连接的中频磁场线圈，所述外结晶器的内环侧壁表面设有石墨内衬层，所述内结晶器内设有环形水腔并在环形水腔中设有与脉冲电源连接的脉冲磁场线圈，所述内结晶器内、外环侧壁表面均设有保温层且外环侧壁的保温层由上至下延伸至距内结晶器底端20mm～30mm高度处，所述外结晶器底部另设有二级水冷环腔，所述二级水冷环腔的内侧壁均匀布置喷射水孔；

3)、启动连铸工序，将引锭装置送入外结晶器中与内结晶器底端紧密接触，分别向外结晶器一、二级水冷环腔中及内结晶器的环形水腔中注入循环冷却水，然后向由内、外结晶器围绕而成的环形空间内浇筑外层金属液，外层金属液经外结晶器冷却，同时与内结晶器的裸露在外的外环侧壁接触后形成半固态支撑层，浇注时间≥40s且当外层金属液的液面高于内结晶器底端40mm～50mm时引锭装置开始下移，同时向内结晶器中浇注内层金属液，内层金属液经内结晶器冷却，同时与外层金属液的半固态支撑层接触结合形成复合界面；

4)、当连铸过程进入稳定阶段，即外层金属液的液面低于外结晶器上沿15～20mm、内结晶器中充满内层金属液且引锭装置的引锭速度恒定时，同时接通脉冲电源和中频电源发生器，通过脉冲磁场线圈在内结晶器中施加脉冲电磁场，通过中频磁场线圈在外结晶器中施加中频电磁场,其中，脉冲磁场线圈通入脉冲宽度为0.1ms～10ms、频率为10Hz～50Hz的脉冲电流，使脉冲磁场线圈产生的瞬间磁感应强度为100Gs～10000Gs，中频磁场线圈通入频率为1000Hz～2000Hz、电流值为5000A～8000A的交流电流，使外结晶器内边缘磁感应强度为45mT～72.4mT，随着引锭装置的下移通过所述外结晶器底部的二级水冷环腔的喷射水孔向移出外结晶器的双金属复层圆坯喷射冷却水，最终实现双金属复层圆坯的电磁连铸。

上述的双金属复层圆坯电磁连铸方法，所述外结晶器内一级水冷环腔中水流量为1L/h～1.2L/h，二级水冷环腔中水流量为1.5L/h～2L/h。