CN103131934B - 一种提高30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法，包括配置合金、预热铸型、加热合金并对合金液进行过热处理、以及浇铸合金步骤，从而得到组织均匀细小的不锈钢铸锭。本发明的方法可以较大程度改善不锈钢铸态的组织均匀性，提高等轴晶区域比例，细化晶粒，利于提高低压转子30Cr2Ni4MoV钢的综合力学性能。本发明工艺简单，只需优化铸造工艺参数，即可实现对低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的有效控制；易于操控，适合于工业化生产。

Description

一种提高30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法，尤其涉及一种提高低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织等轴晶比例、细化晶粒，改善铸态组织均匀性的方法；属于铸锭浇铸技术领域。

背景技术

30Cr2Ni4MoV钢由于具有淬透性高、综合力学性能好、热加工工艺性能好等优点，因此被广泛地应用在汽轮机低压转子上，其化学成分如表1所示。近年来，随着电力需求的急剧增加，世界各国在增加发电站的数量的同时，也在不断提高发电机组的功率，其低压转子的截面直径也在不断地增大，这都给冶炼和铸造带来很大的挑战。根据组织遗传规律，铸态组织不但影响到它的压力加工性能，而且还能影响到压力加工后的金属制品的组织和性能，因此改善铸锭的组织是当下工业生产的一项主要任务。

表1.低压转子30Cr2Ni4MoV钢的化学成分(wt.％)

目前，工业生产中普遍使用的提高铸态组织均匀性的方法主要有三种：(1)化学处理法(即孕育和变质)，(2)物理法(即施加机械振动、电磁振动、超声振动等)，(3)热流控制法(即控制浇注方式、熔体过热温度、熔体浇铸温度等)。事实证明，虽然化学处理法和物理法都能细化铸锭组织，但均具有一定的局限性。例如化学法细化剂制备工艺复杂，从而导致生产成本提高，并且容易对母合金造成污染(尤其对成分要求严格的合金体系)，物理法对设备要求太高、设备容易损耗且效果有限。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种成本低廉、简单的提高低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单的提高30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法，本发明的方法可以较大程度上提高等轴晶比例、细化晶粒，从而提高铸锭的综合力学性能。

本发明所述的改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法，具体步骤包括：

1、配置合金

根据合金的成分要求配置合金原料：分别称取碳粉、纯锰、纯钼、纯镍、纯铬、纯钒、纯铁为合金原料；由于合金中元素C、Cr、Mn等元素容易烧损，因此这些元素均按表1所示合金成分要求的上限配置上述各合金原料；优选地，碳粉、纯锰、纯钼、纯镍、纯铬、纯钒、纯铁配置重量比为30:40:55:350:200:12:9313；

2、预热铸型

对铸型进行预热，其预热温度为650℃～800℃；

3、熔炼合金并对合金液进行过热处理

本发明熔炼过程采用中频感应炉，待合金熔炼结束后对合金液进行过热处理，合金过热温度控制在1580℃～1630℃之间，过热时间3～10min；

4、浇铸合金

合金液过热处理结束之后，感应炉立即停止加热，让合金液迅速冷却，待合金温度降到1570℃～1600℃时进行浇铸，即可得到组织均匀细小的铸锭。

在本发明的较佳实施方式中，合金中元素C、Cr、Mn的配置比例为30:200:40。

在本发明的另一较佳实施方式中，为了除气、防止氧化，整个过程都是在真空中进行。尤其是步骤3)中所述熔炼合金并对合金液进行过热处理过程均在30～100Pa下进行。

在本发明中，所述方法的关键在于各个铸造参数(铸型预热温度、熔体过热温度以及熔体浇铸温度)之间的协调。

本发明的方法具有如下效果：

本发明所述的改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法可以较大程度改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性，尤其是可以较大程度上提高等轴晶比例，细化晶粒。本发明的方法简单，只需优化铸造工艺参数(熔体过热温度、模壳预热温度、浇铸温度)，即可实现对低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的有效控制。采用本发明的工艺方法，可较大程度地增加铸态组织中等轴晶区域比例，从而获得组织均匀细小的合金铸锭，有利于提高低压转子30Cr2Ni4MoV钢的综合力学性能。本发明工艺简单，易于操控，适合于工业化的推广和使用。

具体实施方式

本发明的改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法可以较大程度上提高等轴晶比例，细化晶粒。在本发明的具体实施方式中，所述方法只需确定好浇铸工艺参数(熔体过热温度、模壳预热温度、浇铸温度)，即可实现对低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的有效控制。

在本发明的具体实施例中，所使用的中频感应炉为本领域常用的仪器，本发明对此没有特别限制。

实施例1：

1、配置合金

配置合金的原料为：碳粉、纯锰、纯钼、纯镍、纯铬、纯钒、纯铁，合金总重量为10Kg，各原料的质量比为30:40:55:350:200:12:9313。

2、对铸型进行预热

铸型是以400目的工业镁砂和硅溶胶为原料制作成的，铸型尺寸为φ100mm×250mm，将模壳放入电阻炉内进行预热，预热温度设定为750℃；

3、加热合金并对合金液进行过热处理

利用中频感应炉对合金进行加热，待到合金熔化后，对合金液进行过热处理，过热温度为1600℃，过热时间为8min。

4、浇铸合金

合金液熔体过热处理结束后，关闭中频感应炉，让合金迅速冷却，待合金温度降到1590℃时进行浇铸，得到组织均匀细小的铸锭。

5、铸锭检测

将制得的铸锭取出，沿直径纵向剖开，用砂纸将表面磨光后，用用氯化亚铁和盐酸水溶液对距离底部70mm的横截面进行宏观金像腐蚀。经检测，铸锭宏观组织中，发现该区域90％以为都为等轴晶区。

实施例2：

1、配置合金。

配置合金的原料为：碳粉、纯锰、纯钼、纯镍、纯铬、纯钒、纯铁，合金总重量为20Kg，各原料的质量比为30:40:55:350:200:12:9313。

2、对铸型进行预热

铸型是以400目的工业镁砂和硅溶胶为原料制作成的，铸型尺寸为φ150mm×300mm，利用电阻炉对模壳进行预热，预热温度设定为800℃；

3、加热合金并对合金液进行过热处理

利用中频感应炉对合金进行加热，待到合金熔化后，对合金液进行过热处理，过热温度为1620℃之间，过热时间为8min，熔炼过程真空保持在30～100Pa；

4、浇铸合金

合金液过热处理结束后，关闭中频感应炉，让合金迅速冷却，待合金温度降到1600℃时进行浇铸；，得到组织均匀细小的铸锭。

5、铸锭检测

将制得的铸锭取出，沿直径纵向剖开，先用砂纸将表面磨光后，然后用氯化亚铁和盐酸水溶液对距离底部60mm的横截面进行宏观腐蚀，发现铸锭宏观组织中，等轴晶区超过了整个截面面积的90％。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种改善低压转子30Cr2Ni4MoV钢铸态组织均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)配置合金

以碳粉、纯锰、纯钼、纯镍、纯铬、纯钒、纯铁为原料，按照30Cr2Ni4MoV钢成分要求配置所述各合金原料；

步骤2)预热铸型

采用砂模为铸型并对其进行预热，所述预热温度为650℃～800℃；

步骤3)加热合金并对合金液进行过热处理

对合金进行加热熔化后，再对合金液进行过热处理，所述过热处理温度为1580℃～1630℃，过热时间3～10min；

步骤4)浇铸合金

所述合金液过热处理结束后，立即停止加热，迅速冷却所述合金液，待温度降到1570℃～1600℃时进行浇铸，得到组织均匀细小的铸锭。

2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中所述加热合金并对合金液进行过热处理，以及熔炼过程均在30～100Pa下进行。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述各原料碳粉、纯锰、纯钼、纯镍、纯铬、纯钒、纯铁的配置重量比为30:40:55:350:200:12:9313。