一種減小Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于耐熱鋼鑄造缺陷控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種減小Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造缺陷的方法，該方法通過在鑄造前向熔煉的Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鋼液中添加微量硼合金來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法能夠在不改變Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼主要組成元素含量的情況下，通過硼微合金化使耐熱鋼鋼液凝固結(jié)晶的特性及行為發(fā)生變化，避免鋼液凝固時(shí)枝晶快速生長(zhǎng)引起“枝晶架橋”現(xiàn)象的發(fā)生，從而減小或消除枝晶間因補(bǔ)縮不足引起的縮孔、疏松等鑄造缺陷。該方法簡(jiǎn)單可靠，成本低，適用性強(qiáng)，適合實(shí)際工程應(yīng)用，在Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄件生產(chǎn)過程中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】 —種減小Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造缺陷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐熱鋼鑄造缺陷控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種減小Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造缺陷的方法。
技術(shù)背景
[0002]Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼由于具備良好的耐高溫腐蝕性能而廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科技、能源、交通、化工等行業(yè)，是石油化工、冶金、機(jī)械及國(guó)防軍工等行業(yè)中不可缺少的重要金屬材料。目前該類耐熱鋼鑄件，例如:工業(yè)加熱轉(zhuǎn)化爐管、輻射管和乙烯裂解爐管等，主要采用砂型、離心鑄造等生產(chǎn)工藝。受材料的冶金特性的影響，盡管不同鑄件在生產(chǎn)過程中不斷調(diào)整鑄造工藝條件，F(xiàn)e-Cr-Ni系列耐熱鋼，尤其是HK型鑄件(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMA297/A297M—1998)仍容易形成縮孔、疏松、氣孔以及裂紋等鑄造缺陷。這些鑄造缺陷的產(chǎn)生不僅極大地降低了此類鑄件產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率，而且影響鑄件的力學(xué)性能，嚴(yán)重威脅耐熱合金鑄件的服役安全。
[0003]鑄件內(nèi)部出現(xiàn)所謂縮孔、疏松等鑄造缺陷主要由結(jié)晶時(shí)的體積收縮引起的。在冷凝過程中處于鑄件某一區(qū)域內(nèi)的液體和其余液體完全隔離后，這一區(qū)域液體由于冷凝時(shí)無(wú)從補(bǔ)縮，從而導(dǎo)致縮孔形成。當(dāng)鑄件中部鋼液凝固時(shí)，在液固交錯(cuò)區(qū)會(huì)遍布得到充分發(fā)展的枝晶骨架。由于各晶枝間互相穿插和相互封鎖作用，會(huì)使富集著低熔點(diǎn)(或較低熔點(diǎn))組元的液體被孤立分隔于各枝晶之間，因而冷凝后會(huì)在這些區(qū)域形成許多分散的微小縮孔，這些微小縮孔的集合稱之為疏松。
[0004]為防止縮孔和疏松等鑄造缺陷，在鑄件生產(chǎn)過程中采取的措施主要有:改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)冒口，適當(dāng)提高冷卻速度，降低澆注溫度，優(yōu)化合金成分等。鑄件結(jié)構(gòu)和澆注冒口的設(shè)計(jì)可以在一定程度上增加冷凝過程中的液體壓力，改善鑄件不同位置凝固順序，從而促進(jìn)補(bǔ)縮過程；提高冷卻速度，降低澆注溫度和優(yōu)化合金成分，可以在一定情況下減小鑄件形成的凝固區(qū)域，從而減輕因?qū)捘虆^(qū)間導(dǎo)致補(bǔ)縮不足的問題。盡管這些措施都能在一定程度上減輕鑄造缺陷的程度，但某些合金體系在實(shí)際鑄造生產(chǎn)的凝固過程中，由于合金體系本身的凝固特性導(dǎo)致其冷凝時(shí)某些特定取向的枝晶生長(zhǎng)迅速，使得枝晶間的液相極容易被先凝固的快速生長(zhǎng)的粗大枝晶干隔離，導(dǎo)致“枝晶架橋”現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成枝晶間區(qū)域補(bǔ)縮不足，從而形成縮孔和疏松等鑄造缺陷。由于實(shí)際鑄造生產(chǎn)過程中工藝條件的限制，普通補(bǔ)縮措施很難有效減輕此類原因形成的鑄造缺陷，因而成為Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼，特別是HK型耐熱鋼鑄件長(zhǎng)期以來(lái)未能獲得解決的鑄造技術(shù)難題。
[0005]本發(fā)明通過在鑄造前向Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼熔煉的鋼液中添加適量的硼合金，在不改變鑄件基本化學(xué)成分、顯微組織并滿足其力學(xué)性能要求的前提下，通過硼微合金化細(xì)化枝晶，同時(shí)使枝晶間液相提前凝固，改變鋼液的凝固特性，有效抑制粗大枝晶干的快速生長(zhǎng)造成的“枝晶架橋”現(xiàn)象，從而減小和消除枝晶間因補(bǔ)縮不足引起的縮孔和疏松等鑄造缺陷的產(chǎn)生。該方法簡(jiǎn)單可靠，成本低，適用性強(qiáng)，適合實(shí)際工程應(yīng)用，將有助于指導(dǎo)Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄件生產(chǎn)企業(yè)減少鑄造缺陷從而提高產(chǎn)品的成品率和合格率，對(duì) Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造行業(yè)具有重要的實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單且適合工業(yè)生產(chǎn)的減小Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造缺陷的方法。該方法通過硼微合金化細(xì)化枝晶，同時(shí)使枝晶間液相提前凝固，改變Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼液的凝固特性，有效抑制粗大枝晶干的快速生長(zhǎng)造成的“枝晶架橋”現(xiàn)象，減小和消除縮孔、疏松等鑄造缺陷的產(chǎn)生。其步驟為:在Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼澆注前，向其熔煉的鋼液中添加微量硼合金(例如:硼鐵合金)，所述的Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼的質(zhì)量百分比成分為(17?28) Cr-(3?25)Ni_(l?2.5) S1-(0.5?2) Mn- (O?0.5)Mo-(0.15?0.5)C，加硼后的耐熱鋼液中硼元素的質(zhì)量百分含量為0.02-lwt.%之間，其余為Fe，其中雜質(zhì)S含量低于0.03，雜質(zhì)P含量低于0.04 ;其它元素含量保持基本不變。待其充分熔化并均勻化后進(jìn)行澆注過程。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)在于:通過硼微合金化改變Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鋼液的凝固特性，在澆注冷凝過程中細(xì)化枝晶，同時(shí)使枝晶間液相提前凝固，有效抑制粗大枝晶干的快速生長(zhǎng)造成的“枝晶架橋”現(xiàn)象，從而減小和消除枝晶間因補(bǔ)縮不足引起的縮孔、疏松等鑄造缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:不需要改變鑄造工藝和條件，通過在鋼液熔煉時(shí)添加微量硼合金即可減小后續(xù)鑄造過程中的鑄造缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明提供的方法能有效地解決Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼由于鋼液本身凝固特性致使其在鑄造生產(chǎn)過程中很難有效減輕或消除縮孔和疏松等鑄造缺陷的難題。本發(fā)明方法還可配合其它普通補(bǔ)縮措施使用，效果將更加明顯。
[0008]本發(fā)明方法簡(jiǎn)單可靠，成本低，適用性強(qiáng)，適合Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄件生產(chǎn)應(yīng)用，將有助于提高產(chǎn)品的性能和合格率，對(duì)Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造行業(yè)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是典型Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄件內(nèi)部縮孔與疏松等鑄造缺陷微觀形貌圖(內(nèi)部縮孔與疏松等鑄造缺陷主要在粗大并架橋的枝晶間形成)；
[0010]圖2是硼微合金化對(duì)典型Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄件內(nèi)部微觀縮孔與疏松等鑄造缺陷的影響(硼微合金化細(xì)化枝晶并消除內(nèi)部微觀縮孔與疏松等鑄造缺陷)其中:(a)不含硼；(b)含0.5wt.%硼；
[0011]圖3是硼微合金化后對(duì)Fe-Cr-Ni系列ZG40Cr25Ni20Si2耐熱鋼鑄錠宏觀縮孔的影響(硼微合金化可以增加補(bǔ)縮作用并減小縮孔的體積):(a)不含硼；(b)含0.07wt.%硼；(c)含 0.36wt.%硼

【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
[0013]稱取適量的鐵硼合金，將其投入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT8492-2002規(guī)定的Fe-Cr-Ni系列ZG40Cr25Ni20Si2耐熱鋼煉鋼爐中充分熔煉均勻，使鋼液的化學(xué)成分中硼的質(zhì)量百分含量為0.5wt.%，按工藝條件進(jìn)行澆注即可。
[0014]實(shí)施例2
[0015]稱取適量的鎳硼合金，將其投入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT8492-2002規(guī)定的Fe-Cr-Ni系列ZG40Cr25Nil2Si2耐熱鋼煉鋼爐中充分熔煉均勻，使鋼液的化學(xué)成分中硼的質(zhì)量百分含量為0.03wt.%，按工藝條件進(jìn)行澆注即可。
[0016]實(shí)施例3
[0017]稱取適量的鉻硼合金，將其投入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT8492-2002規(guī)定的Fe-Cr-Ni系列ZG40Cr22Nil0Si2耐熱鋼煉鋼爐中充分熔煉均勻，使鋼液的化學(xué)成分中硼的質(zhì)量百分含量為0.1wt.%，按工藝條件進(jìn)行澆注即可。
【權(quán)利要求】
1.一種減小Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鑄造缺陷的方法，其特征在于:在鑄造前向熔煉的Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼鋼液中添加微量硼合金；所述的Fe-Cr-Ni系列耐熱鋼的質(zhì)量百分比成分為(17 ?28) Cr- (3 ?25) N1- (I ?2.5) S1-(0.5 ?2) Mn- (O ?0.5) Mo- (0.15 ?0.5)C，加入硼合金后的耐熱鋼液中B元素的質(zhì)量百分含量為0.02-1%之間，其余為Fe，其中雜質(zhì)S含量低于0.03,雜質(zhì)P含量低于0.04。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK104404353SQ201410539699
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】丁賢飛, 馮強(qiáng), 劉東方, 鄭運(yùn)榮 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)