專利名稱：一種細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法，屬于冶金材料領域。
背景技術：
鋼鐵材料凝固過程中形成的組織結構特性對后續加工以及最終材料性能有著重要的影響，細小晶粒可以提高鋼鐵材料室溫強度和低溫韌性，而且在細小晶粒中溶質元素分布也比較均勻，可以在一定程度上減少偏析元素的偏析程度。當前獲得細晶鑄坯主要是通過以下幾種方式(1)添加晶粒細化劑；( 添加阻止生長劑；C3)采用機械攪拌、電磁攪拌、鑄型振動等力學方法；(4)提高冷卻速率；( 低溫澆注，獲得細晶組織。這些方法雖能獲得細小晶粒組織，但每種方法均有一定的局限性，或經濟成本較高，或受工藝條件限制。 因此，發明一種經濟、環保、節能，并且易于在工業生產中實現鋼鐵鑄坯晶粒細化的技術非常重要。
發明內容
從以上技術背景出發，本發明的任務是，以經濟的優越方式提供一種細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法。為實現上述目的，本發明是通過如下措施來實現澆注前在鑄模中放入冷鋼，其材料成分與澆注鋼液相同。冷鋼的形狀與鑄坯相同，橫截面積為鑄坯最小橫截面積的0. 2-1. 2 %，長度為鑄坯長度的60-85%，溫度為 350-550°C，垂直放置在鑄模底部中心的位置。鋼液澆注溫度高于液相線溫度25-35°C。本發明細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法的依據及相關限定范圍的理由如下鑄坯中柱狀晶與等軸晶的比例決定著鑄件重要的特性。柱狀晶到等軸晶轉變機理是柱狀晶生長前沿過冷液相中生成的等軸晶阻擋了柱狀晶的生長。凝固時低的熱梯度有利于等軸晶的形成，可以細化晶粒。因此，采用在鑄模中放入冷鋼，使鑄坯在凝固過程中形成低的溫度梯度，以達到細晶的目的。鑄坯凝固時，具有順序凝固的特征，為使加入的冷鋼對鑄坯凝固方式不產生影響， 要求冷鋼的形狀與鑄坯相同，并要求冷鋼位于底部中心的位置。澆注結束后，冷鋼在鑄模中首先熔融，在鑄坯還沒凝固之前已熔融完畢。冷鋼周圍的鋼液在冷卻初期略有凝固，然后隨冷鋼一起熔融。冷鋼在熔融鋼液的作用下，溫度迅速升高，逐漸與周圍鋼液溫度趨于一致。冷鋼熔融過程中產生了較強的浮力流，它是沿冷鋼表面向下的循環對流，這可以增加冷鋼熔融后鋼液與鑄坯鋼液的混合，可以起到均勻材料成分的作用。但如果冷鋼加入過多，將使其熔融時間增加，溫度升高變慢，流場強度減弱，有可能產生材料成分不均、熱應力增大等現象；如果冷鋼加入過少，將影響晶粒細化的效果。因此， 限定了加入冷鋼的橫截面積和長度。由于冷鋼是在澆注前放入鑄模中，所以澆注鋼液和冷鋼溫度差不能過大，以防止澆注時生產安全事故的發生。而且鋼液澆注溫度不宜過低，冷鋼溫度也不能過低，以免產生較多縮孔、疏松等缺陷；但澆注溫度過高，或冷鋼溫度過高，將影響晶粒細化效果。因此鋼液澆注溫度選擇在高于液相線溫度25-35°C較適宜，冷鋼溫度為350-550°C比較合適。喂冷鋼鑄件坯形成的錐形一次縮孔、疏松均較小。這是由于冷鋼熔融過程中發生膨脹，對鋼液冷卻發生的液態收縮具有一定補充作用。另外，冷鋼使得鑄坯中心區域的溫度分布趨于均勻，使形成和被困于糊狀區的疏松得到更多枝晶間液相流的補償，以減少疏松。 因此，該制備方法可以減小鑄坯帽口尺寸，節約成本，提高經濟效益。本發明的優點在于本發明以經濟的優越方式提供了一種細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法，可以提高鑄坯等軸晶比率，細化晶粒組織，改善易偏析元素的偏析程度，使其最終產品具有良好的性能。本發明的細化鋼鐵鑄坯晶粒制備方法簡單易行，生產效率高、成本低，節能環保，經濟效益好，適合于大規模生產，具有良好的推廣價值。
具體實施例方式采用該制備方法細化高硫易切削鋼9SMM8圓鑄坯。加入的冷鋼材料為9SMM8合金軋材，加工成圓柱形，并將表面打磨光滑，各實例加入冷鋼參數如表1所示。表中橫截面積為與鑄坯橫截面積的百分比，長度為與鑄坯長度的百分比。表1各實例加入冷鋼參數
權利要求
1.一種細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法，其特征在于澆注前在鑄模中放入冷鋼，其材料成分與澆注鋼液相同，冷鋼的形狀與鑄坯相同，橫截面積為鑄坯最小橫截面積的 0. 2-1. 2%，長度為鑄坯長度的60-85%，溫度為350-550°C，垂直放置在鑄模底部中心的位置。
2.根據權利要求1所述細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法，其特征在于澆注溫度高于液相線溫度25 ;35°C。
全文摘要
本發明涉及一種細化鋼鐵鑄坯晶粒的制備方法，其特征在于澆注前在鑄模中放入冷鋼，其材料成分與澆注鋼液相同，冷鋼的形狀與鑄坯相同，橫截面積為鑄坯最小橫截面積的0.2-1.2％，長度為鑄坯長度的60-85％，溫度為350-550℃，垂直放置在鑄模底部中心的位置，鋼液澆注溫度高于液相線溫度25-35℃。本發明簡單易行，生產效率高、成本低，節能環保，經濟效益好，適合于大規模生產，具有良好的推廣價值。
文檔編號B22D27/20GK102430747SQ20111038166
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉金, 張行剛, 王金龍, 馬愛清 申請人:內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司