CN104001907B - 一种细化铸件一次晶粒度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种细化铸件一次晶粒度的方法。该细化铸件一次晶粒度的方法，包括以下制备步骤：步骤1.给钢液中加入脱氧剂脱氧；步骤2.加入钢液总重量的0.2％-0.4％的稀土合金。本发明提供的方法能够在较低的成本下，有效地细化铸件的一次晶粒度，同时能够降低钢液中的硫对铸件的有害作用。

Description

一种细化铸件一次晶粒度的方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种细化铸件一次晶粒度的方法。

背景技术

钢液在浇注时形成的一次晶粒度对钢材的性能影响很大，因此时形成的晶界间富集了大量的杂质和低熔点物质，所以即使后续热处理也不能改变这些杂质和低熔点物质的分布。

为此传统的做法就是提高过冷度来细化晶粒或者使用机械震动、超声波等方法来使粗大的枝晶碎短，并作为异质核心来形核长大。

但是，增加过冷度的方法要么需要额外的冷源，要么在工艺上十分苛刻，往往不能尽如人意，甚至常常出现意想不到的新问题。

而且机械震动和超声波等借助外力的方法因实用性不强，在现实中应用得很少。

而且，还有一些方法是给脱氧后的钢液中加入0.2％左右的稀土，该方法的优点是加入比例很小的稀土就能有效化细化铸件的一次晶粒度，相对工艺措施简单，成本较低。缺点是加入方式不当可能产生爆炸或效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可操作性强，晶粒细化明显的细化铸件一次晶粒度的方法。

本发明的目的是这样实现的，一种细化铸件一次晶粒度的方法，包括以下制备步骤：

步骤1.给钢液中加入脱氧剂脱氧；

优选地，可以给钢液中加入铝丝进行脱氧。铝丝的加入量为钢液总量的0.1％-0.3％。更优选地，铝丝的加入量为钢液总量的0.12％-0.25％。

步骤2.加入钢液总重量的0.2％-0.4％的稀土合金。

钢脱氧之后，反应生成的固体氧化物会上浮到钢液表面，先将其捞出，再加入钢液总重量的0.2％-0.4％的稀土合金，优选，稀土合金为含铈25-35％、含硅65-75％的稀土合金。更优选地，所述稀土合金为含铈28-32％、含硅68-72％的稀土合金。

因为这种稀土合金具有很活泼的化学性质，极易产生氧化反应，故要求必须在脱氧反应进行之后才能加入，否则会产生喷溅甚至爆炸。

因为它会与钢液内的硫元素等形成高熔点物质，而且这些高熔点物质呈圆球形，在铸件中是最理想的一种异物形状，当这种高熔点物质随钢液一起进入铸型后首先从钢液中析出，这种高熔点物质硫化物弥散分布在钢液内部，当钢液浇注进砂型时，内部的悬浮固体硫化物也因流体粘性而附着在钢水中一起进入砂型，并弥散分布在钢液中起到异质核心的作用，钢液以这些高温析出的异质核心为能量富集点长大，这与其它核心一起使钢液在大量的点上同时结晶。

结晶的第一步是形核，因为固体硫化物弥散悬浮在钢液内，当温度降低到一定程度时，固体悬浮硫化物表面富集大量起伏不定的能量，这些能量促使钢液依托硫化物为核心形成一个待长大的核心，这就是第一步形核的过程；结晶的第二步是核心长大，这时核心与之接触的钢液一起逐步形成独立方向上的枝晶，伴随着溶质再分配，逐渐发达的枝晶在能量起伏部位出现垂直方向的二次枝晶并逐渐长大，按同样方式形成三次枝晶；第三步是晶界的形成，当枝晶像大树一样逐渐长大并不断分叉后，会与相邻的晶粒接触并形成晶界，最后低熔点物质在最后形成的晶界与晶界之前凝固，形成各种形状的晶间夹渣物，扼杀了枝晶进一步长大的空间和条件，此时枝晶相互接触，避免了多次枝晶的形成，从而细化了一次晶粒度，此外还可以降低硫元素的有害作用。

所以，通过本发明提供的方法能够在较低的成本下，有效地细化铸件的一次晶粒度，同时能够降低钢液中的硫对铸件的有害作用。

附图说明

图1为在200倍视场下，按照传统工艺制成的铸件的产品金相图；

图2为在200倍视场下，根据本发明提供的一种细化铸件一次晶粒度的方法制成的铸件的金相图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

一种细化铸件一次晶粒度的方法，包括以下制备步骤：

步骤1.给钢液中加入脱氧剂脱氧；

优选地，可以给钢液中加入铝丝进行脱氧。铝丝的加入量为钢液总量的0.1％-0.3％。更优选地，铝丝的加入量为钢液总量的0.12％-0.25％。

步骤2.加入钢液总重量的0.2％-0.4％的稀土合金。

钢脱氧之后，反应生成的固体氧化物会上浮到钢液表面，先将其捞出，再加入钢液总重量的0.2％-0.4％的稀土合金，优选，稀土合金为含25-35％、含硅65-75％的稀土合金。更优选地，所述稀土合金为含铈28-32％、含硅68-72％的稀土合金。

因为铈、硅稀土合金具有很活泼的化学性质，极易产生氧化反应，故要求必须在脱氧反应进行之后才能加入，否则会产生喷溅甚至爆炸。

而且它会与钢液内的硫元素等形成高熔点物质，而且这些高熔点物质呈圆球形，在铸件中是最理想的一种异物形状，当这种高熔点物质随钢液一起进入铸型后首先从钢液中析出，这种高熔点物质硫化物弥散分布在钢液内部，当钢液浇注进砂型时，内部的悬浮固体硫化物也因流体粘性而附着在钢水中一起进入砂型，并弥散分布在钢液中起到异质核心的作用，钢液以这些高温析出的异质核心为能量富集点长大，这与其它核心一起使钢液在大量的点上同时结晶。

结晶的第一步是形核，因为固体硫化物弥散悬浮在钢液内，当温度降低到一定程度时，固体悬浮硫化物表面富集大量起伏不定的能量，这些能量促使钢液依托硫化物为核心形成一个待长大的核心，这就是第一步形核的过程；结晶的第二步是核心长大，这时核心与之接触的钢液一起逐步形成独立方向上的枝晶，伴随着溶质再分配，逐渐发达的枝晶在能量起伏部位出现垂直方向的二次枝晶并逐渐长大，按同样方式形成三次枝晶；第三步是晶界的形成，当枝晶像大树一样逐渐长大并不断分叉后，会与相邻的晶粒接触并形成晶界，最后低熔点物质在最后形成的晶界与晶界之前凝固，形成各种形状的晶间夹渣物，扼杀了枝晶进一步长大的空间和条件，此时枝晶相互接触，避免了多次枝晶的形成，从而细化了一次晶粒度，此外还可以降低硫元素的有害作用。

所以，所以，通过本发明提供的方法能够在较低的成本下，有效地细化铸件的一次晶粒度，同时能够降低钢液中的硫对铸件的有害作用。

实施例1:

一种细化铸件一次晶粒度的方法，将铝丝作为脱氧剂加入钢液中，铝丝的加入量为钢液总量的0.1％。等到氧化还原反应完成后，钢液表面会浮出生成的固体氧化物，将这些固体氧化物清理之后，给给钢液中加入钢液总重量的0.2％的含铈25％、含硅65％的稀土合金，待反应完全。

实施例2:

一种细化铸件一次晶粒度的方法，将铝丝作为脱氧剂加入钢液中，铝丝的加入量为钢液总量的0.2％。等到氧化还原反应完成后，钢液表面会浮出生成的固体氧化物，将这些固体氧化物清理之后，给给钢液中加入钢液总重量的0.2％的含铈30％、含硅70％的稀土合金，待反应完全。

实施例3:

一种细化铸件一次晶粒度的方法，将铝丝作为脱氧剂加入钢液中，铝丝的加入量为钢液总量的0.3％。等到氧化还原反应完成后，钢液表面会浮出生成的固体氧化物，将这些固体氧化物清理之后，给给钢液中加入钢液总重量0.3％的含铈35％、含硅75％的稀土合金，待反应完全。

实验例1：

以25#钢为例，分别采用新老工艺进行重新浇注成型。

其中老工艺是采用中频感应电炉熔炼后加0.1％铝丝脱氧后浇注成型；新工艺是使用本发明实施例3所提供方案，采用中频感应电炉熔炼后加0.1％铝丝脱氧，再添加0.3％的铈、硅稀土合金后浇注成型，其金相图对比如附图1和2，其性能数据对比如下表：

从以上的数据对比来看，新工艺晶粒度细化后，对屈服强度和抗拉强度分别提高了12.8％和3.2％，对延伸率、收缩率及抗冲击值分别提高17％、17.9％、45％，对硬度提高了0.19％，尤其对于抗冲击性能有大幅度地提高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种细化铸件一次晶粒度的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

步骤1.给钢液中加入钢液总量的0.1％-0.3％的铝丝脱氧；

步骤2.加入钢液总重量的0.2％-0.4％的稀土合金；

所述稀土合金为含铈25-35％、含硅65-75％的稀土合金。

2.根据权利要求1所述的一种细化铸件一次晶粒度的方法，其特征在于：

步骤1中，所述脱氧剂为铝丝，其加入量为钢液总量的0.12％-0.25％。

3.根据权利要求1所述的一种细化铸件一次晶粒度的方法，其特征在于：

步骤2中，所述稀土合金为含铈28-32％、含硅68-72％的稀土合金。