專利名稱：一種高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高錳鋼鑄件細晶化制造技術(shù)，具體地說是一種高錳鋼鑄件細晶化 鑄造工藝方法。
背景技術(shù)：
目前高錳鋼鑄件應(yīng)用十分廣泛，尤其在礦山與鐵路方面尤為突出。然而，高 錳鋼鑄件晶粒粗大嚴重影響了高錳鋼的使用性能。高錳鋼鑄件晶粒粗大，使鑄件 中的夾雜物以及低熔點物質(zhì)在晶界上富集，降低了鑄件強度，導(dǎo)致高錳鋼鑄件在 使用過程中產(chǎn)生剝落、裂紋等缺陷，嚴重影響鑄件的使用壽命。鐵路轍叉為高錳 鋼鑄件，細晶化技術(shù)對于高錳鋼鐵路轍叉尤為重要。過去由于鐵路轍叉晶粒粗大， 使大量夾雜物和低熔點物質(zhì)在晶界上集聚，弱化了晶界強度，使高錳鋼在使用過
程中發(fā)生非正常磨損，出現(xiàn)錄l藤掉塊等問題。我國以世界鐵路6%營運里程，完 成了 24%運輸總量，使得鐵路處于極度繁忙狀態(tài)，增加了鐵路破損的幾率，使鐵 路轍叉用量非常大，每年全國的鐵路轍叉需要量大約在5萬顆左右，并且這個數(shù) 字隨著鐵路干線的增加還要增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，解決了高錳鋼 鑄件晶粒粗大、疏松、微裂紋等問題，生產(chǎn)出了晶粒細化、強度高的高錳鋼鑄件; 采用先進的合金化技術(shù)與金屬顆粒加快鑄件冷卻技術(shù)改善了材料性能，高錳鋼鐵 路轍叉力學(xué)性能有了很大提高，c^850MPa， a^240J/cm2， &45%。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
本發(fā)明開發(fā)了一種高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，包括如下步驟
1) 高錳鋼在冶煉過程中，鋼水高溫出爐，出爐后進行爐外吹氬氣、喂絲精煉， 嚴格控制鋼水中磷、硫含量；
2) 高錳鋼鑄件澆注過程中，采用隨流添加金屬顆粒，降低金屬液儲能加快鑄 件冷卻；3 )金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)加入，加入時間在整個澆注過程的中后期進行， 一次性或分批次均勻加入；4)鑄件要快速澆注，采用底漏包避免夾雜巻入。 所述步驟1 )，出爐溫度為1580±20°C。所述步驟l)，精煉過程中，氬氣壓力為0.3 0.6MPa，壓力管道內(nèi)徑0 5 10mm，吹氬時間0.5 1分鐘/噸鋼水，喂絲量為澆注鋼水總重量的0.5 2%。所述步驟1)，嚴格控制鋼水中磷、硫含量，P^).025%， S^).018%，澆注溫 度為1480±20°C 。所述步驟2)，加入金屬顆粒的重量為澆注鋼水總重量的0.5 10%。 所述步驟2)，加入金屬顆粒尺寸為0 0.5 10mm，金屬顆粒預(yù)熱溫度15(TC 350°C。所述步驟2)，加入金屬顆粒種類普碳鋼或高錳鋼。所述步驟3)，金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)隨金屬液加入，金屬顆粒添加時間 為鑄件澆注時間的1/3 1/2。所述步驟4)，澆注速度為20k^s 40kg/s。本發(fā)明所用高錳鋼是一種以碳、錳等元素為主傳統(tǒng)鋼種，按重量百分比計， 高錳鋼化學(xué)成分包括C0.7 l.l%， Si0.6 0.7%， Mn 12.5 13.5%, P^).025%， S￡0.018%，高錳鋼鑄件澆注過程中，隨金屬液添加重量比為0.5 10%、尺寸為 00.5 1Omrn的金屬顆粒。金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)加入，加入時間應(yīng)在整個 澆注過程的中后期進行， 一次性或分ftt次均勻加入。本發(fā)明具有如下有益效果1. 本發(fā)明通過在澆注過程中添加金屬顆粒，降低金屬液的溫度，增加形核質(zhì) 點細化晶粒，快速凝固鑄件，顯著細化了高錳鋼鑄件的晶粒，同時減少夾雜物尺 寸，顯著提高了鑄件質(zhì)量。2. 本發(fā)明工藝設(shè)計合理，縮短高錳鋼鑄彬疑固時間，斷氐鑄件的生產(chǎn)周肌 提高了生產(chǎn)率。3. 本發(fā)明適用于厚大高錳鋼鑄件的制造。利用本發(fā)明生產(chǎn)的高錳鋼鑄件具有 高性能、低成本的特點。4. 轍叉由于晶粒粗大，縮孔、疏松等鑄造缺陷，在使用過程中，很容易磨損， 一般情況下，高錳鋼轍叉的貨物通過總重量不超過1.2億噸。采用本發(fā)明細晶化的高錳鋼轍叉貨物通過總重量可以達到2億噸。因此，該技術(shù)得到了鐵路用戶的 充分肯定。


圖1 (a)-圖1 (c)鑄件中所添加金屬顆粒形貌； 圖2鑄件工藝實施示意圖；圖中，1.鑄件；2.冒口； 3.保溫板；4.覆蓋劑；5.橫澆道；6.直澆道；7. 澆口杯；8.金屬顆粒。 圖3鑄件示意圖； 圖4鑄件成品圖示；圖5未經(jīng)細晶化的髙錳鋼鑄件中夾雜物分布狀況；圖6細晶化的高錳鋼鑄件中夾雜物分布狀況；圖7 (a)-圖7 (b)未經(jīng)細晶化的高錳鋼鑄件晶粒分布狀況；圖8 (a)-圖8 (b)細晶化的高錳鋼鑄件晶粒分布狀況。
具體實施方式
本發(fā)明一種高錳鋼鑄件晶粒細化方法具體操作如下1) 材料準備普碳鋼或高錳鋼金屬顆粒，尺寸為00.5 010mm的金屬顆粒， 金屬顆粒預(yù)熱鰣150。C 350。C;2) 設(shè)備準備專用漏斗。3) 鋼水冶煉鋼水高溫出爐，出爐溫度為158Ot20。C，出爐后進行爐外吹氬 氣、P畏絲精煉，嚴禾^l空制磷、硫含量，P^).025%， S^O.018%;精煉過程中，氬氣壓力為0.3 0.6MPa，壓力管道內(nèi)徑0 5 lOmm，吹氬時 間0.5 1分鐘/噸鋼水，喂絲量為澆注鋼水總重量的0.5 2%，喂絲為精煉常用的 Si-Ca絲，其作用是脫氧、精煉。4) 嚴格控制澆注溫度，澆注溫度為1480±20°C 。高錳鋼在選擇澆注^t時， 簡單厚壁件澆注溫度取下限，復(fù)雜薄壁件澆注溫度取上限。5) 加入量高錳鋼鑄件澆注過程中，隨金屬液流添加重量比為0.5 10%、 尺寸為0O.5 01Omm的金屬顆粒，見圖l(a)-圖Kc)，金屬顆粒預(yù)熱溫度150°C 350°C。6) 加入方法鑄件要決速澆注，采用底漏包避免夾雜巻入，澆注之前在型腔 中充氬氣，在氬氣保護下進行澆注；禾傭?qū)Ｓ迷O(shè)備加入金屬顆粒，金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)加入，加入時間應(yīng)在整個澆注過程的中后期進行， 一次性或分批次 均勻加入；7)鑄件處理采用熱打箱工藝，為了減少鑄件的拉應(yīng)力，打箱時鑄件溫度不低于800°C。采用氣割方法進行熱割冒口，切割溫度不低于600°C，切割后熱送 進入熱處理窯，進行均勻化處理。下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。實施例1如圖2所示，采用保溫冒口和保溫覆蓋劑。鋼水出爐溫度為158(TC，在精煉 包中進行精煉，除去夾雜，澆注金屬液重量0.6噸，澆注時間32秒，底漏包澆注， 澆注溫度1480"，澆注之前在型腔中充氬氣，在氬氣保護下進行澆注。在澆注過 程中從澆注系統(tǒng)添加鋼水總重量的5%、尺寸為02mm的金屬顆粒，金屬顆粒為 ZG55，金屬顆粒溫度180。C;金屬顆粒在鑄件澆注ll秒時開始加入，金屬顆粒 加入時間為12秒。鑄件采用熱打箱工藝，用氣割方法進行熱割冒口，熱割冒口溫 度65(TC，切割后熱送進入熱處理窯，進行均勻化處理，均勻化、溫度為1080。C， 保溫時間為45h。本實施例精煉過程中，氬氣壓力為0.4MPa，壓力管道內(nèi)徑0 8mm，吹氬時 間0.8分鐘純鋼7K，喂絲量為澆注鋼水總重量的1%，喂絲為精煉常用的Si-Ca 絲。按重量百分比計，高錳鋼化學(xué)成分Cl.O， Si0.6%， Mnl2.5%， P0.022%， S 0.012%。采用如下工藝(1)采用平穩(wěn)充型澆注系統(tǒng)的澆口杯，有利于金屬顆粒的加入。(2)使用保溫冒口和保溫覆蓋劑，鑄件(圖3、圖4)內(nèi)部沒有任何縮孔、疏 松缺陷。(3)加入金屬顆粒，加決鑄件的凝固縮短鑄件的凝固時間，細化晶粒。 (4)鑄件澆口端有夾雜缺陷，夾雜物尺寸較大并存有氣 L，但這些缺陷都在鑄件 的加工范圍之內(nèi)，屬可去除^t陷。本發(fā)明采用添加金屬顆粒，增加鑄件形核質(zhì)點，斷氐鑄件儲能，加決鑄件凝 固速度，縮短鑄件凝固時間等技術(shù)，鑄件晶粒尺寸顯著降低，晶粒均勻。從而使 高錳鋼鑄件的性能得到顯著提高，d2850MPa， afe240J/cm2， &45%。圖8 (a) -圖8 (b)為采用本發(fā)明生產(chǎn)的細晶化鑄件晶粒形貌。 實施例2與實施例1不同之處是如圖2所示，采用保溫冒口和保溫覆蓋劑。鋼水出爐溫度為156(TC，在精煉 包中進行精煉，除去夾雜，澆注金屬液重量0.6噸，澆注時間30秒，底漏包澆注， 澆注溫度147(TC，在氬氣保護下進行澆注。在澆注過程中從澆注系統(tǒng)中添加占鋼 水總重量的2%、尺寸為05mm的金屬顆粒，金屬顆粒為ZG65，金屬顆粒^g 245°C;金屬顆粒在鑄件澆注10秒時開始加入，金屬顆粒加入時間為14秒。鑄件 采用熱打箱工藝,用氣割方法進行熱割冒口 ，熱割冒口溫度630°C ，切割后熱 入熱處理窯，進行均勻化處理，均勻化溫度為1075。C，保溫時間為5h。本實施例精煉過程中，氬氣壓力為a3MPa，壓力管道內(nèi)徑0 8mm,吹氬時 間l分鐘/噸鋼水，喂絲量為澆注鋼水總重量的2%，喂絲為精煉常用的Si-Ca絲。 按重量百分比計，高錳鋼化學(xué)成分C1.05%， Si0.62%， Mnl2.8%， P0.021%， S 0馬％。采用如下工藝(1)采用平穩(wěn)充型澆注系統(tǒng)的澆口杯，便于金屬顆粒添加。采用底漏包澆注，減少巻氣與夾渣，減少了二次氧化。(2)加入金屬顆粒，加快鑄件的凝固，縮短鑄件的凝固時間，顯著細化晶粒。以及使用保溫冒，鑄件沒有任何縮孔、疏松缺陷。(4)鑄件表面，次表面均沒有發(fā)現(xiàn)夾雜。鑄件晶粒細小均 勻，鑄件中夾雜物尺寸顯著降低數(shù)量較多，鑄件質(zhì)量完好。 實施例3與實施例1不同之處是如圖2所示，采用保溫冒口和保溫覆蓋劑。鋼水出爐溫度為159(TC,在精煉 包中進行精煉，除去夾雜，澆注金屬液重量0.6噸，澆注時間28秒，底漏包澆注， 澆注^^148(TC，在氬氣保護下進行澆注。在澆注過程中從澆注系統(tǒng)中添加鋼水 總重量的1.5%、尺寸為010mm的金屬顆粒，金屬顆粒為普通高錳鋼，金屬顆粒 溫度320°C;金屬顆粒在鑄件澆注14秒時開始加入，金屬顆粒加入時間為8秒。 鑄件采用熱打箱工藝,用氣割方法進行熱割冒口，熱割冒口溫度60(TC，切割后熱 ,入熱處理窯，進行均勻化處理，均勻化溫度為108(TC，保溫時間為5h。本實施例精煉過程中，氬氣壓力為0.6MPa，壓力管道內(nèi)徑0 5mm，吹氬時 間1分鐘/噸鋼7K，喂絲量為澆注鋼水總重量的2%，喂絲為精煉常用的Si-Ca絲。 按重量百分比計，高錳鋼化學(xué)成分C0.95%， Si 0.67%， Mn 12.4%， P 0.020%， S0.016%。采用如下工藝(1)采用平穩(wěn)充型澆注系統(tǒng)的澆口杯，便于金屬顆粒添加。采用底漏包澆注，減少巻氣與夾渣，減少了二次氧化。(2)加入金屬顆粒，鑄件 凝固時間顯著縮短，晶粒細化。以及使用保溫冒與添加金屬顆粒的作用，鑄件沒 有任何縮孔、疏松缺陷。(4)鑄件表面，次表面均沒有發(fā)現(xiàn)夾雜。鑄件晶粒細較 小，均勻性較差，鑄件中夾雜物尺寸減少，等級提高，鑄件中無未熔金屬顆粒， 鑄件質(zhì)量完好。
本發(fā)明工作過程及結(jié)果
如圖2所示，澆注系統(tǒng)的澆口杯7通過直澆道6、橫澆道5連至鑄件1，金屬 顆粒8通過澆口杯7引入鑄件7中，鑄件7頂部設(shè)置保溫冒口2，冒口2外側(cè)設(shè) 有保溫板3，冒口2頂部放有覆蓋劑4。由于本發(fā)明采用在冶煉過程中進行了爐外 精煉，在澆注過程中進行氬氣保護，并且應(yīng)用了平穩(wěn)流充型澆注系統(tǒng)，在澆注過 程中，從澆注系統(tǒng)隨金屬液添加金屬顆粒，金屬液充型平穩(wěn)；金屬顆粒的加入， 縮短了鑄件的凝固時間，加快了鑄件的凝固，斷氐金屬液的溫度，細化了晶粒， 減少了夾雜物尺寸，減少了裂紋產(chǎn)生傾向，大大提高鑄件的使用壽命，生產(chǎn)出了 高性能鑄件。
高錳鋼是一種以碳、錳等元素為主并含有多種微合金元素的傳統(tǒng)鋼種，按重 量百分比計，其具體成分C0.7 U。/。， Si0.6 0.7%， Mn 12.5 13.5%。采用鐵 路高錳鋼轍叉鑄件進行細晶化工藝實施，鑄件的組織明顯得到了細化。其中，圖 5是傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的高錳鋼轍叉鑄件的夾雜物分布狀況的金相圖，放大倍數(shù)為100 倍，夾雜物的級別為2A級；圖6是本發(fā)明生產(chǎn)的高錳鋼轍叉鑄件的夾雜物分布 狀況的金相圖，放大倍數(shù)為100倍，夾雜物的級別為1A級；圖7 (a)-圖7 (b) 是傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的高錳鋼轍叉鑄件的晶粒狀況的金相圖，由圖可見晶粒尺寸較大; 圖8 (a)-圖8 (b)是本發(fā)明生產(chǎn)的高錳鋼轍叉鑄件的晶粒狀況的金相圖，由圖 可見晶粒細小且均勻。
本發(fā)明的鑄鋼液態(tài)金屬的重量0.6噸，澆注時進行氬氣保護，隨金屬液添加 一定數(shù)量與尺寸的金屬顆粒，使鑄件的晶粒得到細化提高鑄件的使用壽命。觀察 澆注過程，金屬顆粒加入均勻，起到加快冷卻的作用，晶粒細小均勻，夾雜物尺 寸降低，高錳鋼鑄件性能顯著提高。
權(quán)利要求
1. 一種高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于包括如下步驟1)高錳鋼在冶煉過程中，鋼水高溫出爐，出爐后進行爐外吹氬氣、喂絲精煉，嚴格控制鋼水中磷、硫含量；2)高錳鋼鑄件澆注過程中，采用隨流添加金屬顆粒，降低金屬液儲能加快鑄件冷卻；3)金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)加入，加入時間在整個澆注過程的中后期進行，一次性或分批次均勻加入；4)鑄件要快速澆注，采用底漏包避免夾雜卷入。
2、 按照權(quán)利要求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法藝，其特征在于: 所述步驟1 )，出爐溫度為1580±20°C 。
3、 按照權(quán)利要求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所 述步驟l)，精煉過程中，氬氣壓力為0.3 0.6MPa，壓力管道內(nèi)徑0 5 lOmm， 吹氬時間0.5 1分鐘/噸鋼水，喂絲量為澆注鋼水總重量的0.5 2%。
4、 按照權(quán)利要求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所 述步驟1)，嚴格控制鋼水中磷、硫含量，P^O.025%, S^O.018%,澆注溫度為 1480±20°C 。
5、 按照權(quán)禾腰求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所述步驟2)，加入金屬顆粒的重量為澆注鋼水總重量的0.5 10%。
6、 按照權(quán)禾腰求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所述歩驟2)，加入金屬顆粒尺寸為0 0.5 10mm，金屬顆粒預(yù)熱溫度150°C 350°C。
7、 按照權(quán)禾腰求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所述步驟2)，加入金屬顆粒種類普碳鋼或高錳鋼。
8、 按照權(quán)禾腰求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所述歩驟3)，金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)隨金屬液加入，金屬顆粒添加時間為鑄件 澆注時間的1/3 1/2。
9、 按照權(quán)利要求l所述的高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，其特征在于所述步驟4)，澆注速度為20kg/s 40kg/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及高錳鋼鑄件細晶化制造技術(shù)，具體地說是一種高錳鋼鑄件細晶化鑄造工藝方法，包括1)鋼水高溫出爐，出爐溫度為1580±20℃，出爐后進行爐外吹氬氣、喂絲精煉，嚴格控制磷、硫含量，P≤0.025％，S≤0.018％，澆注溫度為1480±20℃；2)高錳鋼鑄件澆注過程中，隨金屬液添加重量比為0.5～10％、尺寸為φ0.5～10mm的金屬顆粒；3)金屬顆粒從鑄件的澆注系統(tǒng)加入，金屬顆粒預(yù)熱溫度150℃～350℃；4)鑄件快速澆注，采用底漏包避免夾雜卷入。本發(fā)明在澆注過程中添加金屬顆粒，降低金屬液的溫度，增加形核質(zhì)點細化晶粒。從而，解決了高錳鋼鑄件晶粒粗大、疏松、微裂紋等問題，生產(chǎn)出了晶粒細化、強度高的高錳鋼鑄件。
文檔編號B22D37/00GK101284305SQ20081001150
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者傅排先, 夏立軍, 康秀紅, 李依依, 李殿中 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所