[发明专利]一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法及厚壁铸钢件

说明书

技术领域

本发明公开了一种铸钢件凝固组织细化和净化方法，特别涉及一种厚壁铸钢件的凝固组织细化和净化方法，属于铸钢技术领域。

背景技术

随着我国工业技术的飞速发展，对大型球磨机、渣浆泵、轧钢机等需求量不断增加，导致大型球磨机端盖、轧钢机牌坊、渣浆泵壳体、大型铸钢轧辊等需求不断增加，因上述铸钢件壁厚大，凝固时间长，以往这些大型铸钢件铸造成形过程中存在夹杂物多、凝固组织粗大等不足，导致上述铸钢件力学性能大幅度降低，使用安全性下降，易造成设备的停机检修，由此而产生了巨大的经济损失。

为了提高铸钢力学性能性能，中国发明专利CN 104818426公开了一种高强度微合金化稀土铸钢，所述铸钢的主要化学成分包括C、Si、Mn、Nb、Ti、Re、La、Ce、P、S、铁以及微量杂质元素，所述C、Si、Mn、Nb、Ti、Re、P、S的质量百分含量分别为C0.30％～0.40％，Si0.60％～0.80％，Mn1.10％～1.40％，Nb0.03％～0.09％，Ti0.01～0.08％，Re0.01％～0.20％，La0.01％～0.10％，Ce0.01％～0.15％，P≤0.035％，S≤0.010％。该发明的优点在于微合金化稀土铸钢可以在不明显降低塑性和韧性的条件下，显著提高屈服强度和抗拉强度。

中国发明专利CN 104911504还公开了一种用于特大型破碎机的高强度高抗磨铸钢件，其特征在于，该铸钢件化学组成的重量百分比为：C1.31～1.40，Si0.50～0.90，Mn17.5～19.0，P≤0.040，S≤0.020，Cr1.00～1.40，Ni≤0.60，Mo≤0.50，B0.005～0.010，Al0.08～0.12，Ti0.10～0.18，La0.05～0.09，Ce0.05～0.10，V0.05～0.10，其余为Fe和不可避免的微量杂质。还公开了一种用于生产上述铸钢件的工艺，使所述铸钢件具有较好的韧性和耐磨性，使用寿命长，适用于特大型破碎机中。中国发明专利CN 104878311还公开了一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其特征在于，该铸钢零部件化学组成的重量百分比为：C0.15～0.20，Si≤0.60，Mn0.4～0.8，P≤0.02，S≤0.015，Cr2.2～2.5，Ni≤0.5，Mo0.5～0.8，Cu≤0.5，V0.3～0.4，其余为Fe和不可避免的微量杂质。还公开了 一种用于生产上述铸钢零部件的工艺，使所述铸钢零部件具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能以及较强的韧性，适用于超超临界火电机组中。中国发明专利CN 104988425还公开了一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢，以质量百分比计，该超高强度高韧性低碳马氏体铸钢的化学成分为：C：0.10％～0.25％，Cr：0.5％～1.5％，Mn：0.5％～2.5％，Si：0.5％～2％，Mo：0.1％～0.5％，V：0.1％～0.5％，Ni：0.1％～0.4％，Cu：0.1％～0.3％，Ca：0.05％～0.1％，P≤0.02％，S：≤0.02％，余量为铁。方法包括：1)按比例先将原料钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温至原料熔化成钢水，向钢水中依次加入钼铁、钒铁、电解镍、纯铜及锰铁，保温直至加入的成分均匀化，得到钢液；2)将钢液加热后加入铝脱氧，然后向钢液中加入硅钙线，进行浇铸；3)将浇铸所得的铸件保温后水淬处理，再经回火处理，制得超高强度高韧性低碳马氏体铸钢。该马氏体铸钢综合力学性能优异；该制备方法操作简单，节能环保，适合工业化大规模生产。中国发明专利CN 103436808还公开了一种低碳当量高强韧性铸钢及其制备方法。低碳当量高强韧性铸钢化学成分重量百分比为：C0.14～0.18％，Si0.30-0.60％，Mn1.00-1.20％，Cr0.40-0.60％，Ni0.70-0.80％，Mo0.20-0.30％，P≤0.025％，S≤0.020％，V0.02-0.03％，Nb0.03-0.05％，Cu≤0.20％，余量为Fe。制备方法为采用电弧炉和AOD炉二次冶炼后并进行高温热处理。该发明有益效果为：将微合金化技术引入低碳铸钢生产，在保持焊接性能良好的情况下，大幅提高材料强度和低温韧性；采用电弧炉-AOD炉双联熔炼，在电弧炉提高氧化期脱碳量，去除钢水中的磷等有害元素；在AOD炉进行二次脱氧，吹氩气精炼，尽可能去除钢水中的氧化夹杂及N、H、O等气体，大幅度提高钢水洁净度；调质前采用高温预处理工艺，细化晶粒，为最终热处理创造条件。中国发明专利CN 104404366还公开了一种高强韧性推力杆支架铸钢件配方,其化学成分按重量百分比(wt％)含有C：0.3～0.45％、Si：＜1.0％、Mn：≤1.0％、P：0.03％、S：0.03％、Nb：0.04～0.08％，余量为Fe。通过适当降低材质的碳含量，提高铸钢件心部的韧性，在材料中加入微量的合金元素铌，起到细化晶粒和沉淀强化作用，提高材质的机械性能的作用。该发明还公开了一种高强韧性推力杆支架铸钢件生产工艺，包括以下步骤：1)钢水冶炼；2)浇注成型；3)热处理。该发明的一种高强韧性推力杆支架铸钢件生产工艺，通过优化铸造工艺，提高工件表面和内在质量。中国发明专利CN 104195449还 公开了一种高强度高韧性铸钢材及其制造方法和铸造品。所述高强度高韧性铸钢材具有的组成包含0.25至0.30质量％的C、0.20至0.40质量％的Si、0.50至1.10质量％的Mn、2.20至2.80质量％的Ni、0.25至0.60质量％的Cr、0.05至0.10质量％的Al、0.20至0.50质量％的Cu、0.20至0.40质量％的Mo，还包含Fe和不可避免的杂质。由于该发明的高强度高韧性铸钢材具有特定的组成，所以即使在大型铸钢材中，在淬火时通过空气冷却或风扇冷却也可以获得充分高的强度和韧性而无需实施塑性加工且无需实施液体冷却如水冷却或油冷却。中国发明专利CN 104195462还公开了一种超高强度铸钢及其制造方法，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.04-0.06％、硅0.3-0.5％、锰0.04-0.06％、钙0.4-0.7％、铈0.003-0.004％、镁0.2-0.3％、钼0.7-0.8％、硼0.023-0.026％、铌0.18-0.23％、钛0.001-0.0032％、硫≤0.25％、磷0.03-0.04％、余量为铁；该发明的铸钢材料中添加了钼、硼、铌和钛合金元素，使钢材具有良好强度、韧性及力学性能；该发明的生产工艺具有独特的热处理工艺，生产效率高、节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。中国发明专利CN 104131231还公开了一种采煤机摇臂用低碳微合金化铸钢，由以下质量百分比的成分组成：C0.22％～0.30％，Si0.30％～0.45％，Mn1.10～1.20％，Cr0.20％～0.40％，Ni0.20％～0.35％，Mo0.30％～0.45％，Al0.03％～0.06％，Ce0.03％～0.04％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。该发明还提供了一种制备该铸钢的方法。该发明通过对铸钢进行成分的筛选和配比的优化，并且对铸钢寻求最佳热处理工艺，最终获得强硬度高、冲击韧性优良、碳当量低、生产成本低的低碳微合金化铸钢，更能符合采煤机大型摇臂用钢的需要。中国发明专利CN 103952632还公开了一种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢，按照质量百分比由以下成份组成：C0.22％-0.3％，Mn0.7％-0.9％，Cr0.8％-1％，Mo0.2％-0.3％，Si0.2％-0.4％，Re0.01％-0.015％，S≤0.02％，P≤0.025％，Cu≤0.4％，Ni≤0.4％，W≤0.1％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。该发明还公开了该种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢的制备方法。本发明的铸钢，具有强度高、抗冲压耐磨性能、冲击韧性和焊接性能良好的特性，完全满足了石油钻采设备泥浆泵主要的承压件空气包、排出管路和滤网外壳的使用要求。中国发明专利CN 103469115还公开了一种叉车转向节用铸钢材料及其制备方法，其中含有下列重量百分比的元素成分：碳0.15-0.35、硅1.2-1.4、锰 4.2-4.5、磷0.01-0.03、硫0.015-0.04、铬3.2-3.5、铜0.1-0.3、钒1.2-1.4、钼0.4-0.6、钨2.5-2.7、Ni0.3-0.4、As0.2-0.3、Hf0.6-0.8、Bi0.1-0.15、Be0.26-0.36、Pb0.23-0.29、余量为铁。该发明铸钢材料能够满足耐磨又有较高冲击韧性和强度，具有铸件初始硬度高，屈服强度高、不易变形断裂的特点。中国发明专利CN103397269还公开了一种低成本高强度耐磨铸钢，其特征在于，所述铸钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.10-0.16、锰0.35-0.50、硅0.75-0.90、磷≤0.040、硫≤0.040、铬1.35-1.65、镍0.15-0.25、铜0.2-0.3、Ti0.08-0.10、Ta0.04-0.06、Hf0.01-0.02、Nb0.04-0.06、V0.2-0.4、Mo0.05-0.07、基质为铁。该发明超高强度铸钢的机械性能为：拉伸强度1080MPa，屈服强度873MPa，延伸率14％，断面收缩率27％，冲击吸收功56J，冲击韧性66J/cm²，硬度291HB。