[发明专利]一种控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的方法

说明书

一种控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的方法，根据具体工艺参数建立“凝固路径”模型来作为优化参数的工具，控制混晶区比例确定钢水过热度，控制结晶器电磁搅拌强度防止“硬”搅拌模式的出现，采用“凝固路径”的方法确定冷却方式，调整二冷电磁搅拌以保证搅拌效果。利用本发明的方法可快速确定在一定设备和工艺条件下，控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的具体参数，从而避免了大量工业试验带来的浪费，缩短试验周期。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的方法。

背景技术

以SAE4130-4140为代表的中碳CrMo钢具有成分稳定、有害元素低、钢质纯净度高、表面缺陷少等优点，使用时热处理质量稳定、硬度均匀，在风电用高强紧固件、发动机用高强紧固件、模具行业等都有着广泛用途。以SAE4140 为例，SAE4140属于美国标准(ASTMA29/A 29M-05)，相当于日本标准的(JIS G4053-2008)SCM440和中国标准的42CrMo。SAE4140在成品的成分和性能上比中国的42CrMo标准严格的多，其中比较突出的就是成品碳的控制，中国标准的 42CrMo要求C0.38-0.45％，成分允许符合GB/T222碳偏差规定，而SAE4140要求C0.38-0.43％，客户一般不执行碳偏差协议。由于大圆坯连铸机凝固速率慢，铸坯凝固过程中会形成粗大的低倍组织，导致坯材残留较严重的碳偏析和点状疏松类缺陷。特别是对于1/2R位置的碳偏析，往往成为成品碳超标的主要原因，因此，1/2R位置碳偏析的控制成为大圆坯SAE4140钢生产的技术难点。

很多冶金工作者致力于大圆坯连铸机1/2R位置的碳偏析形成机理和控制措施方面的研究，虽然形成这种碳偏析的机理早已明确，但是1/2R位置碳偏析控制手段方面进展缓慢，几乎没有一项可从根本上抑制这种偏析的有效方法。目前，就控制手段而言，有些存在着共识，例如：在减小碳成分目标、防止增碳、稳定浇注、软吹氩等方面，这些措施很多企业执行很到位，但是并不能有效控制1/2R位置的碳偏析。有些控制手段很多企业都在使用，但是存在争议，例如：有的认为低过热度浇注有利于扩大等轴晶，从而降低偏析；有的认为高过热度有利于柱状晶生长，扩大柱状晶区，从而降低偏析。有些控制手段一直存在着模糊认识，使用限度不明确，例如：结晶器电磁搅拌、二冷电磁搅拌虽然具有控制偏析的效果，但是不同的企业的调整方向千差万别。

到目前为止，在工厂大生产中，寻找各个控制参数对1/2R位置碳偏析的影响上，还集中在工业试验阶段，耗资巨大。特别是在多个控制参数的筛选和配合方面，试验探索周期长，不易实施。

因此，开发一种新的控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的方法，以缩短试验周期。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种控制中碳CrMo钢大圆坯1/2R碳偏析的方法，根据具体工艺参数建立“凝固路径”模型来作为优化参数的工具，控制混晶区比例确定钢水过热度，控制结晶器电磁搅拌强度防止“硬”搅拌模式的出现，采用“凝固路径”的方法确定冷却方式，调整二冷电磁搅拌以保证搅拌效果。

其中，混晶区是指柱状晶与等轴晶过渡区。

在本发明中，作为一种改进，所述“凝固路径”是通过提取凝固前沿的平均温度梯度(G)和平均凝固速率(V)，并与经过校正后的二次枝晶间距λ₂模型和枝晶转变CET模型进行联合，将这些凝固信息统一建立在一个二维G-V图的方式上得以实现的。