[发明专利]一种适用于超高温软芯锻造用常规锭型钢锭的处理方法

说明书

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种适用于超高温软芯锻造用常规锭型钢锭的处理方法。该方法通过数值模拟方法，并结合超高温软芯锻造用钢锭锻造的工艺要求，提出：1)底部保温设计，在钢锭表面具有一定的强度时，将钢锭带模提起，放置于铺满保温棉的保温底盘之上，并作静止均温处理；2)冒口封口设计，在钢锭冷却过程中，对冒口处采取强制冷却措施，使顶部钢液凝固形成一定厚度的凝固壳。本发明通过改变钢锭局部温度场分布的方法来减小钢锭上下温度差，能够保证制备的超高温软芯锻造用钢锭在后续锻造过程中符合锻造要求。本发明适用于超高温软芯锻造用常规锭型钢锭，尤其解决软芯锻造用大高径比钢锭脱模后温度极不均匀的问题。

技术领域

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种适用于超高温软芯锻造用常规锭型钢锭的处理方法，它适用于处理适用于超高温软芯锻造的钢锭，尤其对大高径比钢锭坯料的制备效果显著。

背景技术

大型锻件一般由大型钢锭锻造而成。在钢锭内部，由于金属凝固收缩而不可避免地产生大量的显微缩孔和疏松缺陷，这些孔洞型缺陷弥散分布在钢锭心部，破坏材料的连续性，影响锻件的力学性能。同时由于凝固过程的溶质再分配，凝固末端不但合金浓度高，而且往往富集低熔点物质和杂质元素，形成枝晶偏析，这种偏析在后续的锻造过程只能部分改善，不能完全消除，破坏材料的均质性，影响锻件的组织和性能。基于国内外一些经典的凝固理论和实验研究，相关研究人员于近期开发出一种针对消除钢锭内部缺陷更为强力有效的锻造方法—超高温软芯锻造方法，首先将浇注后自然冷却的钢锭带液芯超高温脱模，然后将钢锭带液芯实施高温保压锻造，使凝固末端树枝晶充分破碎，形成大量等轴晶组织，消除缩孔疏松，减轻枝晶偏析；最后，进行常规锻造，充分细化晶粒和组织。这种方法突破常规模铸钢锭完全凝固后再锻造的方法，可实现强制补缩和压力凝固，不但解决钢锭中心的缩孔、疏松、偏析等问题，提升冶金质量，而且降低冒口重量、减少锻造加热火次、延长模具使用寿命。

如图1(a)所示，THERCAST软件模拟的经过自然冷却下后传统钢锭脱模后的温度场，钢锭凝固趋势是在轴向上由钢锭底部向顶部逐渐推进，径向上由钢锭内壁向钢锭心部推进，冒口区域由于保温性能良好，凝固发展缓慢。如果利用自然冷却后的钢锭直接进行超高温脱模，由于钢锭不同部位固有温度不同，冒口端的温度(约1500℃)要远大于锭尾的温度(约900℃)，这就使得钢锭锭尾不容易压下，而锭身及冒口端容易被压下，如图1(c)所示，这种现象对于大高径比钢锭的情况更为明显，在实际生产过程中容易造成所需变形抗力增大甚至接近压机量程而无法继续变形，增大设备的风险性，其次由于锭尾冷得很快，要增加相应的火次才能继续变形，降低超高温软芯锻造的效率及可实施性。另外，经过超高温带液芯脱模后，冒口区域将储存大量的钢液，在后续锻造过程中，冒口将不可避免地受到压力作用，这必然导致冒口内部的金属液喷出，如图1(b)所示。这不仅存在巨大的安全隐患，而且内部金属可能与空气接触发生氧化，影响锻件内部质量。

随着现代凝固理论和计算机模拟技术的发展，采用模拟技术预测大型铸锻件的凝固过程已进入实用阶段。国际上开发出很多模拟软件(如：PROCAST，THERCAST等)来模拟金属在凝固过程中的温度场，液相分数等情况，通过设置传热等边界条件，这些软件能够对钢锭凝固过程中各个外场对其凝固的影响进行准确模拟。基于上述背景，通过数值模拟方法，并结合超高温软芯锻造用钢锭锻造的工艺要求，设计相关处理方法解决在超高温软芯锻造钢锭制备过程中存在的瓶颈难题，通过在计算机平台上的反复试验，进而确定一种最佳的处理方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于超高温软芯锻造用常规锭型钢锭的处理方法，以解决在后续锻造过程中由于脱模后钢锭温度分布不均匀而导致的无法高效变形以及冒口喷溅钢液的问题。

本发明的技术方案是：

一种适用于超高温软芯锻造用常规锭型钢锭的处理方法，钢锭在锭模内自然冷却的过程中吊起更换保温底盘后进行均温及冒口端喷水处理，使得经过脱模后的钢锭温度较均匀，避免锻造过程中发生喷液现象，从而提高后续超高温软芯锻造的可实施性。