CN103614610B - 一种耐候钢锭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐候钢锭的制备方法,是针对耐候钢的特殊技术要求,采用在真空感应熔炼炉内,在氩气保护下加热熔炼铁碳合金,然后添加耐候增强增韧物质进行精炼,经浇铸成锭、加热锻造、中温退火,制成圆棒形耐候钢锭,此制备方法工艺先进,数据翔实精确,耐候钢的化学物理性能、力学性能稳定,晶粒度为12.3μm,抗拉强度达836MPa,屈服强度达721MPa,冲击韧性达354J,在3.5%NaCl溶液中腐蚀速率能降低73%,是十分理想的耐候钢锭的制备方法。

Description

一种耐候钢锭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐候钢锭的制备方法,属黑色金属熔炼制备及应用的技术领域。
背景技术
耐候钢是一种适宜气候变化的结构钢,由于气候的冷热变化,雨雪雾冰的浸渍、风砂的吹袭、海水的腐蚀拍打,都会使钢材发生力学性能、化学物理性能的变化,以致造成钢材硬度降低、脆性增大、耐磨性变差、抗拉强度减弱,使机件无法正常使用,甚至引发事故。
耐候钢一般用于制造火车车厢、集装箱及移动设备,这些设备大都要求具备高强度、高韧性、耐腐蚀性,既能承载有效载荷,又能保证不变形,还要适合各种气候条件,这就给耐候钢的制备提出了更高的要求。
在制备耐候钢的过程中,为了达到耐候的高要求,有的采用改变配料法、施压法、表面处理法、化学镀层法等,但这些方法都存在不同程度的弊端,以致达不到耐候钢的要求,阻碍了耐候钢技术的发展和应用。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足,采用在耐候钢熔炼过程中掺杂增强、增韧、耐腐蚀物质,经真空熔炼、氩气保护、浇注成型、冲击锻造、中温退火,制成耐候钢锭,以大幅度提高耐候钢的强度、韧性,使耐候钢更加适应在恶劣气候条件下应用。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为:铁、硅、铜、镍、铈、锰、石墨、铬铁合金、磷铁合金、硫化亚铁、氩气,其组合准备用量如下:
以克、毫米、厘米3为计量单位
耐候钢锭的制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制:
(2)熔炼浇铸耐候钢
耐候钢的熔炼、浇铸是在真空感应熔炼炉中进行的,是在加热熔炼、添加合金元素、精炼过程中,在外水循环冷却、氩气保护下完成的;
①清理、清洁熔炼用镁砂坩埚
用金属铲、金属刷清理熔炼炉内的镁砂坩埚内部,使坩埚内洁净;
②制备砂型铸锭模具
砂型模具呈矩形,砂形型腔为圆柱形腔体,尺寸为Φ40mm×300mm;砂型铸锭模具要经干燥处理,干燥温度200℃,干燥时间180min;
③置放砂型模具
将砂型模具置于真空感应熔炼炉内,熔炼坩埚出液口对准砂型模具浇口;
④熔炼铁碳合金
将铁3000g±10g、石墨粉3.4g±0.1g加入坩埚中;
⑤将硅粉16g±0.1g、铜粉7.7g±0.1g、镍粉4g±0.1g、铈粉30g±0.1g、锰粉11.5g±0.1g、铬铁合金块21.5g±0.1g、磷铁合金块8.9g±0.1g、硫化亚铁粉0.26g±0.01g放入熔炼炉的加料箱内;
⑥关闭真空感应熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达10Pa;然后向炉内输入氩气,氩气输入速度1000cm3/min,使炉内压强恒定在0.1MPa;
⑦开启真空感应熔炼炉加热器,加热熔炼炉,升温速度40℃/min,熔炼温度1600℃±5℃,熔炼时间50min,熔炼后成铁碳合金熔液;
⑧添加耐候材料,进行精炼
将硅粉、铜粉、镍粉、铈粉、锰粉、铬铁合金块、磷铁合金块、硫化亚铁粉由加料箱加入熔炼坩埚内,进行精炼,精炼温度1600℃±5℃,精炼时间10min,精炼后成耐候钢熔液;
⑨浇铸
调节精炼温度,使钢液温度降至1550℃±5℃,开启熔炼坩埚的出液电磁阀对准砂型模具浇口,进行浇铸,浇满为止;
⑩冷却
关闭熔炼炉加热器,停止加热,使砂型模具内的熔液随炉冷却至25℃;
(3)开炉、开模取出耐候钢锭
关闭氩气阀,停止输氩气;
开启真空感应熔炼炉,取出砂型模具;
开启砂型模具,取出铸锭,即耐候钢铸锭;
(4)锻造
将耐候钢铸锭置于电炉中加热,达到锻造温度1100℃±10℃后取出,置于锻锤下进行锻造,初锻温度1100℃±10℃,终锻温度900℃±10℃,锻造压力为30MPa,锻造时间25min,锻造后成Φ100mm×50mm的耐候钢锭;
(5)中温退火
将锻造后的耐候钢锭置于电阻炉内进行退火处理,温度为550℃,保温时间60min,取出后在空气中冷却;
(6)检测,分析,表征
对制备的耐候钢锭的形貌、色泽、力学性能进行检测、分析、表征;
用金相显微镜进行晶粒度分析;
用X射线衍射仪进行腐蚀产物分析;
用场发射扫描电子显微镜进行腐蚀产物形貌观察;
结论:耐候钢锭为黑色圆棒形,晶粒度为12.3μm,抗拉强度达836MPa,屈服强度达721MPa,冲击韧性达354J。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对耐候钢的特殊技术要求,采用在真空感应熔炼炉内,在氩气保护下加热熔炼铁碳合金,然后添加耐候增强增韧物质进行精炼,经浇铸成锭、加热加压锻造、中温退火,制成圆棒形耐候钢锭,此制备方法工艺先进,数据翔实精确,耐候钢锭的化学物理性能、力学性能稳定,晶粒度为12.3μm,抗拉强度达836MPa,屈服强度达721MPa,冲击韧性达354J,在3.5%NaCl溶液中腐蚀速率降低73%,是十分理想的耐候钢的制备方法。
附图说明
图1、熔炼,精炼,浇铸耐候钢状态图
图2、耐候钢锭横切面形貌图
图3、模拟海洋气候条件下耐候钢衍射图谱
图4、模拟海洋气候条件下耐候钢表面腐蚀形貌图
图中所示,附图标记清单如下:
1、真空感应熔炼炉;2、炉座;3、炉盖;4、镁砂熔炼坩埚;5、感应线圈;6、出液管;7、电磁阀;8、砂型模具;9、模具浇口;10、加料箱;11、磁力搅拌器;12、坩埚吊杆;13、出气管;14、观察窗;15、外水循环冷却管;16、真空泵;17、真空管;18、氩气瓶;19、氩气阀;20、氩气管;21、氩气;22、精炼熔夜;23、铸锭;24、显示屏;25、指示灯;26、电源开关;27、熔炼温度控制器;28、电磁阀控制器;29、真空泵控制器;30、第一固定架;31、第二固定架;32、炉腔;33、加料管;34、磁力搅拌控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示,为熔炼、精炼、浇铸耐候钢状态图,各部位置、连接关系要正确,按量配比,按序操作。
制备、熔炼、精炼使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫米、厘米3为计量单位。
耐候钢的熔炼、精炼、浇铸是在真空感应熔炼炉内进行的,是在加热熔炼、精炼、添加耐候材料的过程中,在外水循环冷却、氩气保护下完成的;
真空感应熔炼炉为立式,在真空感应熔炼炉1的下部为炉座2、上部为炉盖3;在真空感应熔炼炉1的炉腔32内的左上部设有镁砂熔炼坩埚4,并由坩埚吊杆12吊装在炉盖3上,熔炼坩埚4内为精炼熔液22,镁砂熔炼坩埚4的右下部设有出液管6、电磁阀7;在炉腔32内的右下部设有砂型模具8,砂型模具8上部设有模具浇口9,砂型模具8内为铸锭23;炉腔32内由氩气21充填;在真空感应熔炼炉1的外部由外水循环冷却管15环绕;在真空感应熔炼炉1的左下部设有真空泵16,并通过真空管17与炉腔32联通;在真空感应熔炼炉1的右上部设有出气管13;在炉盖3上左部设有加料箱10,并通过加料管33深入镁砂熔炼坩埚4内,加料管33由第一固定架30固定;在炉盖3的中部设有磁力搅拌器11,并伸入镁砂熔炼坩埚4内,并由第二固定架31固定;在炉盖3的右部设有观察窗14;在真空感应熔炼炉1的左外部设有氩气瓶18、氩气阀19、氩气管20,并伸入炉腔32内;在炉座2上设有显示屏24、指示灯25、电源开关26、熔炼温度控制器27、电磁阀门控制器28、真空泵控制器29、磁力搅拌控制器34。
图2所示,为耐候钢锭横切面形貌图,图内可见金相组织晶粒细小,致密性好。
图3所示,为模拟海洋气候条件下耐候钢衍射图谱,图中可见腐蚀产物中有Fe/Cr、γ-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4和FeOOH物质。
图4所示,为模拟海洋气候条件下耐候钢表面腐蚀形貌,图中可见:表面腐蚀物有层状凸起、团装聚集、聚集颗粒形状和雪花针状,Fe3O4存在于基体/锈层的界面处,以层状生长,有积聚成颗粒的倾向,这些颗粒由一个核积聚许多晶体而成;γ-Fe2O3是以团装物出现;γ-FeOOH以类似雪花的折断面的聚形出现;α-FeOOH由于具有多孔结构,故以针状或长方形片状生长。

Claims (2)

1.一种耐候钢锭的制备方法,其特征在于:使用的化学物质材料为:铁、硅、铜、镍、铈、锰、石墨、铬铁合金、磷铁合金、硫化亚铁、氩气,其组合准备用量如下:
以克、毫米、厘米3为计量单位
耐候钢锭的制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制:
(2)熔炼浇铸耐候钢
耐候钢的熔炼、浇铸是在真空感应熔炼炉中进行的,是在加热熔炼、添加合金元素、精炼过程中,在外水循环冷却、氩气保护下完成的;
①清理、清洁熔炼用镁砂坩埚
用金属铲、金属刷清理熔炼炉内的镁砂坩埚内部,使坩埚内洁净;
②制备砂型铸锭模具
砂型模具呈矩形,砂形型腔为圆柱形腔体,尺寸为Φ40mm×300mm;砂型铸锭模具要经干燥处理,干燥温度200℃,干燥时间180min;
③置放砂型模具
将砂型模具置于真空感应熔炼炉内,熔炼坩埚出液口对准砂型模具浇口;
④熔炼铁碳合金
将铁3000g±10g、石墨粉3.4g±0.1g加入坩埚中;
⑤将硅粉16g±0.1g、铜粉7.7g±0.1g、镍粉4g±0.1g、铈粉30g±0.1g、锰粉11.5g±0.1g、铬铁合金块21.5g±0.1g、磷铁合金块8.9g±0.1g、硫化亚铁粉0.26g±0.01g放入熔炼炉的加料箱内;
⑥关闭真空感应熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达10Pa;然后向炉内输入氩气,氩气输入速度1000cm3/min,使炉内压强恒定在0.1MPa;
⑦开启真空感应熔炼炉加热器,加热熔炼炉,升温速度40℃/min,熔炼温度1600℃±5℃,熔炼时间50min,熔炼后成铁碳合金熔液;
⑧添加耐候材料,进行精炼
将硅粉、铜粉、镍粉、铈粉、锰粉、铬铁合金块、磷铁合金块、硫化亚铁粉由加料箱加入熔炼坩埚内,进行精炼,精炼温度1600℃±5℃,精炼时间10min,精炼后成耐候钢熔液;
⑨浇铸
调节精炼温度,使钢液温度降至1550℃±5℃,开启熔炼坩埚的出液电磁阀对准砂型模具浇口,进行浇铸,浇满为止;
⑩冷却
关闭熔炼炉加热器,停止加热,使砂型模具内的熔液随炉冷却至25℃;
(3)开炉、开模取出耐候钢锭
关闭氩气阀,停止输氩气;
开启真空感应熔炼炉,取出砂型模具;
开启砂型模具,取出铸锭,即耐候钢铸锭;
(4)锻造
将耐候钢铸锭置于电炉中加热,达到锻造温度1100℃±10℃后取出,置于锻锤下进行锻造,初锻温度1100℃±10℃,终锻温度900℃±10℃,锻造压力为30MPa,锻造时间25min,锻造后成Φ100mm×50mm的耐候钢锭;
(5)中温退火
将锻造后的耐候钢锭置于电阻炉内进行退火处理,温度为550℃,保温时间60min,取出后在空气中冷却;
(6)检测,分析,表征
对制备的耐候钢锭的形貌、色泽、力学性能进行检测、分析、表征;
用金相显微镜进行晶粒度分析;
用X射线衍射仪进行腐蚀产物分析;
用场发射扫描电子显微镜进行腐蚀产物形貌观察;
结论:耐候钢锭为黑色圆棒形,晶粒度为12.3μm,抗拉强度达836MPa,屈服强度达721MPa,冲击韧性达354J。
2.根据权利要求1所述的一种耐候钢锭的制备方法,其特征在于:
耐候钢的熔炼、精炼、浇铸是在真空感应熔炼炉内进行的,是在加热熔炼、精炼、添加耐候材料的过程中,在外水循环冷却、氩气保护下完成的;
真空感应熔炼炉为立式,在真空感应熔炼炉(1)的下部为炉座(2),上部为炉盖(3);在真空感应熔炼炉(1)的炉腔(32)内的左上部设有镁砂熔炼坩埚(4),并由坩埚吊杆(12)吊装在炉盖(3)上,熔炼坩埚(4)内为精炼熔液(22),镁砂熔炼坩埚(4)的右下部设有出液管(6)、电磁阀(7);在炉腔(32)内的右下部设有砂型模具(8),砂型模具(8)上部设有模具浇口(9),砂型模具(8)内为铸锭(23);炉腔(32)内由氩气(21)充填;在真空感应熔炼炉(1)的外部由外水循环冷却管(15)环绕;在真空感应熔炼炉(1)的左下部设有真空泵(16),并通过真空管(17)与炉腔(32)联通;在真空感应熔炼炉(1)的右上部设有出气管砂型模具(13);在炉盖(3)上左部设有加料箱(10),并通过加料管(33)深入镁砂熔炼坩埚(4)内,加料管(33)由第一固定架(30)固定;在炉盖(3)的中部设有磁力搅拌器(11),并伸入镁砂熔炼坩埚内,并由第二固定架(31)固定;在炉盖(3)的右部设有观察窗(14);在真空感应熔炼炉(1)左部设有氩气瓶(18)、氩气阀(19)、氩气管(20),并伸入炉腔(32)内;在炉座(2)上设有显示屏(24)、指示灯(25)、电源开关(26)、熔炼温度控制器(27)、电磁阀门控制器(28)、真空泵控制器(29)、磁力搅拌控制器(34)。
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