CN115821149B - 一种解决铸钢类产品裂纹的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决铸钢类产品裂纹的方法，属于铸造领域，包括熔炼工艺，包括以下步骤：S1：备料：对回炉料和各种合金称重；S2：建立熔池：加入回炉料，低功率加热炉料，升温，逐步提升功率进行熔炼，加入低碳钢，逐步提高功率；S3：熔炼回炉料及合金：熔池上方加入回炉料，加入氧化钙，回炉料，加入增碳剂、硅铁、电解锰、低碳铬铁、电解镍、铌铁、氮化铬铁、硫铁、废钢、钢屑块，加入回炉料，熔炼完成，扒渣；S4：光谱分析：根据光谱分析结果，对成分进行调整；S5：钢水净化：钢水表面浮渣扒净。本发明严格控制熔炼工艺，并在裂纹处设置冷铁，改进后，迈凯伦P16废气室裂纹比例为0％，PC3Q‑9430‑AA平台旁裂纹比例为0％，提高产品合格率。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，更具体地说，本发明涉及一种解决铸钢类产品裂纹的方法。
背景技术
铸钢类产品具有较好耐磨、耐热、耐蚀性能及良好的焊接性能。铸钢类产品迈凯伦P16、福特右手排气管PC3Q-9430-AA在生产过程中经常出现裂纹缺陷，其中一些微裂纹肉眼不可见，检测难度大，潜在风险巨大。铸钢件裂纹可分为热裂纹和冷裂纹，本铸钢类产品产生较多的是热裂纹，在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的，分为外热裂纹、内热裂纹和皮下热裂纹，外热裂纹存在于铸件表面，一般肉眼能看到，而内热裂纹和皮下裂纹隐藏在铸件内部，无法目视检查到。因此，需要研发一种解决铸钢类产品裂纹的方法。
公开号为CN105328395A的专利文献公开了一种高强度铸钢件裂纹消除方法；所述方法包括裂纹标识、打端部止裂孔、清理裂纹、碳弧气刨法清除裂纹、缺陷坑冷却、补焊修型步骤，通过设计合理的裂纹处理流程及过程参数，避免裂纹周边产生大量的高温热量导致热应力和组织应力集中，从而不仅修复了原始裂纹，而且避免了二次裂纹的产生，但是，该方法采用的是标识、清理、修补等方法消除裂纹，无法解决裂纹的产生。
公开号为CN113802057A的专利公开了一种铸钢产品裂纹缺陷的控制方法，主要通过对铸钢产品材料的化学成分进行优化控制，并在化学成分设计时引入碳当量Cep和冷裂纹敏感指数Pcm，综合控制CrMoV材料的强度，同时使得铸钢产品的裂纹缺陷量降低了30％～50％，这样避免了由于产生裂纹而需要进行修复或返修的工序，显著的节约了生产成本、缩短生产周期，这种控制方法仅仅通过成分控制，效果还有待提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种解决铸钢类产品裂纹的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种解决铸钢类产品裂纹的方法，包括熔炼工艺，所述熔炼工艺包括以下步骤：
S1：备料：对回炉料和各种合金称重；
S2：建立熔池：第一次加入回炉料，低功率200Kw加热炉料，使炉料红热后，2小时内匀速升温至1000-1100℃，保温1小时，然后逐步提升功率进行熔炼，加入低碳钢，根据钢水增加逐步提高功率；
S3：熔炼回炉料及合金：熔池上方第二次加入回炉料，覆盖熔池后，第一次加入氧化钙，第三次加入回炉料后，加入增碳剂、硅铁、电解锰、低碳铬铁、电解镍、铌铁、氮化铬铁、硫铁、废钢、钢屑块，第四次加入回炉料；炉内熔炼一半钢水时，第五次加入回炉料，第二次加入氧化钙，直到回炉料熔炼完成，扒渣；
S4：光谱分析：将光谱试样模具放置到表面干净的钢板上，使用取样勺子在钢水表面150mm以下取样浇铸光谱试样，待试样凝固后，将试样模具敲开，试样放水中冷却，冷却完成后送光谱室做光谱分析；根据光谱分析结果，对成分进行调整，调整完成后，钢水表面覆盖除渣剂，盖好炉渣，低功率保温；
S5：钢水净化：钢水温度在1650-1700℃时，盖好炉盖，断电静置10min，将钢水表面浮渣扒净；快速将钢水升温，快速扒渣，钢水表面无浮渣后，出炉。
进一步的，所述低碳钢表面无氧化、油污和水渍。
进一步的，所述回炉料入炉前进行抛丸处理。
进一步的，所述钢水中化学成分的百分含量为：C：0.3-0.5％，Si：1-2.5％，Mn：≤2％，Cr：21-23％，Mo：≤0.5％，Ni：9.6-13.5％，P：≤0.04％，S：≤0.03％，Nb：1.35-1.55％，Co：≤1％，W：≤0.6％，Cu：≤0.25％，V：≤0.12％，剩余部分为Fe。
进一步的，所述步骤S4中，钢水在中频炉内保温超过30分钟时，需要对钢水成分进行复检。
进一步的，所述步骤S5中，快速升温的温度为1680-1720℃
进一步的，在铸型上设有冷铁。
进一步的，所述冷铁设置在所述铸型的废气室或排气管上。
进一步的，所述冷铁设置在所述废气室的内表面。
进一步的，所述冷铁设置在所述排气管的排气通道平台一侧的外表面。
进一步的，各原料的质量百分数为：回炉料65-86％、低碳钢0-4％、氧化钙0.2-0.3％、增碳剂0-0.1％、硅铁0.1-0.4％、电解锰0.1-0.4％、低碳铬铁1.5-8％、电解镍0.2-2.6％、铌铁0.2-1.2％、氮化铬铁0-0.6％、硫铁0.03-0.1％、废钢5-18％、钢屑块5-10％。
热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。热裂纹是铸钢件、可锻铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。热裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，其形状粗细不均，曲折而不规则。外裂纹是最为常见的，它与冷裂纹明显的区别是其形成在铸件的表面呈单条或多条裂纹，裂纹的长度短，走向扭曲，互不连续，表面呈黑色的氧化色。外裂纹常产生在铸件的拐角处、截面厚度急剧变化处或局部疑固缓慢处、容易产生应力集中的地方。其特征是表面宽内部窄，呈撕裂状。有时断口会贯穿整个铸件断面。热裂纹的另一特征是裂纹沿晶粒边界分布。内裂纹一般发生在铸件内部最后凝固的部位裂纹形状很不规则，断面常伴有树枝晶，通常情况下，内裂纹不会延伸到铸件表面。
熔炼，是将金属材料及其它辅助材料投入加热炉溶化并调质，炉料在高温炉内物料发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。熔炼过程对最终金属材料的性质影响尤为关键，在熔炼过程中不同熔剂的加入，熔炼条件的不同都会影响产品的性质，目前，为了减少铸钢裂纹的产生，本领域技术人员常见的做法是控制硫、磷的含量，而没有对其他成分的含量进行限定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明回炉料必须抛丸，减少炉料中夹杂物的含量，落砂后是整箱铸件通过抛丸机抛丸3min，由于浇注系统未刷涂料，表面较粗糙，灰分较大，故对切割后的回炉料二次抛丸15-20min，以此减少炉料的遗传效应。使用表面干净的冒口，低碳钢表面无氧化、油污和水渍，减少杂质。
回炉料少加勤加，避免一次性冷料加入过多，便于控制加料温度。严格控制钢水成分的含量，细化晶粒，降低P和S的含量，防止晶界强度小于晶内强度，在收缩应力的作用下形成的晶界裂纹，铬提高珠光体含量，镍钼可以促进石墨细化，提高硬度、耐磨性能明显，调整铬、镍、钼含量，细化晶粒，同时，增加了铌，细化晶粒，提高抗裂性能。
根据光谱分析结果，分析监控钢水成分，钢水在中频炉内保温超过30分钟后，对钢水成分再次分析复检，严格监控，确保每一批次钢水成分符合要求。采用合理的熔炼工艺，防止产生裂纹。
在铸型的裂纹出设置冷铁，冷铁主要作用是改变产品该区域的凝固温度，激冷作用，使该处优先冷却，防止裂纹产生，同时，冷铁也有细化晶粒、提高局部高温强度的作用，有利于减少热裂纹。
采用本发明的技术方案改进后，迈凯伦P16废气室裂纹比例0％，PC3Q-9430-AA平台旁裂纹比例0％，提高了产品合格率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明废气室冷铁设置位置的结构示意图。
图2是本发明排气管冷铁设置位置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-2，一种解决铸钢类产品裂纹的方法，在铸型上设有冷铁。P16废气室1裂纹处增加冷铁2；PC3Q-9430-AA冷铁2设置在所述排气管3的排气通道平台一侧的外表面，裂纹处冷铁优化：由覆砂冷铁更改为不覆砂冷铁。冷铁材质是普通灰铁球铁，覆盖裂纹位置。同时，在裂纹处增加0.5mm的壁厚。
调整熔炼工艺，所述熔炼工艺包括以下步骤：
S1：备料：对回炉料和各种合金称重；
S2：建立熔池：第一次加入回炉料，低功率200Kw加热炉料，使炉料红热后，2小时内匀速升温至1000-1100℃，保温1小时，然后逐步提升功率进行熔炼，加入低碳钢，根据钢水增加逐步提高功率；低碳钢表面无氧化、油污和水渍，回炉料入炉前进行抛丸处理，减少炉料中夹杂物的含量，落砂后是整箱铸件通过抛丸机抛丸3min，由于浇注系统未刷涂料，表面较粗糙，灰分较大，故对切割后的回炉料二次抛丸15-20min，使用表面干净的冒口；
S3：熔炼回炉料及合金：熔池上方第二次加入回炉料，覆盖熔池后，第一次加入氧化钙，第三次加入回炉料后，加入增碳剂、硅铁、电解锰、低碳铬铁、电解镍、铌铁、氮化铬铁、硫铁、废钢、钢屑块，第四次加入回炉料；炉内熔炼一半钢水时，第五次加入回炉料，第二次加入氧化钙，直到回炉料熔炼完成，扒渣；
S4：光谱分析：将光谱试样模具放置到表面干净的钢板上，使用取样勺子在钢水表面150mm以下取样浇铸光谱试样，待试样凝固后，将试样模具敲开，试样放水中冷却，冷却完成后送光谱室做光谱分析；根据光谱分析结果，对成分进行调整，调整完成后，钢水表面覆盖除渣剂，盖好炉渣，低功率保温；钢水在中频炉内保温超过30分钟时，需要对钢水成分进行复检；
S5：钢水净化：钢水温度在1650-1700℃时，盖好炉盖，断电静置10min，将钢水表面浮渣扒净；快速将钢水升温1680-1720℃，快速扒渣，钢水表面无浮渣后，出炉。
所述钢水中化学成分的百分含量为：C：0.3-0.5％，Si：1-2.5％，Mn：≤2％，Cr：21-23％，Mo：≤0.5％，Ni：9.6-13.5％，P：≤0.04％，S：≤0.03％，Nb：1.35-1.55％，Co：≤1％，W：≤0.6％，Cu：≤0.25％，V：≤0.12％，剩余部分为Fe。
原料的质量分数为：回炉料65-86％、低碳钢0-4％、氧化钙0.2-0.3％、增碳剂0-0.1％、硅铁0.1-0.4％、电解锰0.1-0.4％、低碳铬铁1.5-8％、电解镍0.2-2.6％、铌铁0.2-1.2％、氮化铬铁0-0.6％、硫铁0.03-0.1％、废钢5-18％、钢屑块5-10％。
回炉料分五次添加，第一次添加1/5，第二次添加覆盖熔池后，后三次平均加完，氧化钙两次各加一半。
其中，实施例1-7的不同之处在于，原料的配比不同，详见下表1，钢水中各成分的百分含量见下表2，其余为铁。
表1实施例1-7各原料的质量分数(％)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 回炉料 | 65 | 68 | 70 | 75 | 78 | 80 | 86 |
| 低碳钢 | 4 | 1 | 1.5 | 2 | 3 | 2.5 | 0 |
| 氧化钙 | 0.2 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.2 |
| 增碳剂 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.05 | 0.07 | 0 |
| 硅铁 | 0.4 | 0.3 | 0.4 | 0.3 | 0.2 | 0.3 | 0.1 |
| 电解锰 | 0.4 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.2 |
| 低碳铬铁 | 1.5 | 2 | 8 | 5 | 1.5 | 2.8 | 1.8 |
| 电解镍 | 2 | 2.6 | 1.1 | 0.2 | 0.7 | 0.3 | 1 |
| 铌铁 | 0.2 | 0.3 | 0.2 | 1.1 | 0.6 | 1.2 | 0.5 |
| 氮化铬铁 | 0.2 | 0.2 | 0 | 0.6 | 0.4 | 0.5 | 0.1 |
| 硫铁 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.05 | 0.03 | 0.1 |
| 废钢 | 18 | 15 | 11 | 9 | 6 | 6 | 5 |
| 钢屑块 | 8 | 10 | 7 | 6 | 9 | 6 | 5 |
表2实施例1-7钢水成分的百分数(％)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| C | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.3 |
| Si | 2.5 | 1.5 | 2.4 | 1.5 | 1.2 | 2 | 2.2 |
| Mn | 2 | 1.1 | 1.2 | 1.5 | 1.1 | 1 | 1.3 |
| Cr | 21 | 22 | 23 | 21 | 21 | 22 | 22 |
| Mo | 0.4 | 0.2 | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.3 |
| Ni | 11.3 | 13.5 | 9.8 | 12.8 | 9.6 | 9.8 | 10.5 |
| P | 0.03 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.02 |
| S | 0.01 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 0.03 |
| Nb | 1.45 | 1.5 | 1.43 | 1.55 | 1.38 | 1.45 | 1.35 |
| Co | 0.8 | 0.8 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.6 | 0.5 |
| W | 0.4 | 0.2 | 0.3 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.6 |
| Cu | 0.15 | 0.2 | 0.23 | 0.15 | 0.18 | 0.25 | 0.1 |
| V | 0.1 | 0.12 | 0.11 | 0.08 | 0.1 | 0.09 | 0.1 |
原工艺，所述钢水中化学成分的百分含量为：C：0.3-0.5％，Si：1-2.5％，Mn：≤2％，Cr：21-23％，Mo：≤0.5％，Ni：9-11％，P：≤0.04％，S：≤0.03％，Nb：≤1-1.5％，Co：≤1％，W：≤0.6％，Cu：≤0.25％，V：≤0.12％，剩余部分为Fe。调整钢水中Ni和Nb的含量，P16成分调整Ni：12.8-13.5，Nb：1.45-1.55，按照实施例1-4，PC3Q-9430-AA成分调整Ni：9.6-10.5，Nb：1.35-1.45，按照实施例5-7，迈凯伦P16废气室内腔无裂纹。PC3Q-9430-AA内腔荧光无裂纹。而改进前，迈凯伦P16废气室裂纹比例12％，废气室内腔肉眼可见裂纹；PC3Q-9430-AA平台旁裂纹比例50％，内腔荧光裂纹，肉眼不可见。采用本申请的技术方案改进后，迈凯伦P16废气室裂纹比例0％，PC3Q-9430-AA平台旁裂纹比例0％。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种解决铸钢类产品裂纹的方法，其特征在于：包括熔炼工艺，所述熔炼工艺包括以下步骤：
S1：备料：对回炉料和各种合金称重；
S2：建立熔池：第一次加入回炉料，低功率200Kw加热炉料，使炉料红热后，2小时内匀速升温至1000-1100℃，保温1小时，然后逐步提升功率进行熔炼，加入低碳钢，根据钢水增加逐步提高功率；
S3：熔炼回炉料及合金：熔池上方第二次加入回炉料，覆盖熔池后，第一次加入氧化钙，第三次加入回炉料后，加入增碳剂、硅铁、电解锰、低碳铬铁、电解镍、铌铁、氮化铬铁、硫铁、废钢、钢屑块，第四次加入回炉料；炉内熔炼一半钢水时，第五次加入回炉料，第二次加入氧化钙，直到回炉料熔炼完成，扒渣；
S4：光谱分析：将光谱试样模具放置到表面干净的钢板上，使用取样勺子在钢水表面150mm以下取样浇铸光谱试样，待试样凝固后，将试样模具敲开，试样放水中冷却，冷却完成后送光谱室做光谱分析；根据光谱分析结果，对成分进行调整，调整完成后，钢水表面覆盖除渣剂，盖好炉渣，低功率保温；
S5：钢水净化：钢水温度在1650-1700℃时，盖好炉盖，断电静置10min，将钢水表面浮渣扒净；快速将钢水升温，快速扒渣，钢水表面无浮渣后，出炉；
所述钢水中化学成分的百分含量为：C：0.3-0.5％，Si：1-2.5％，Mn：≤2％，Cr：21-23％，Mo：≤0.5％，Ni：9.6-13.5％，P：≤0.04％，S：≤0.03％，Nb：1.35-1.55％，Co：≤1％，W：≤0.6％，Cu：≤0.25％，V：≤0.12％，剩余部分为Fe；
各原料的质量百分数为：回炉料65-86％、低碳钢0-4％、氧化钙0.2-0.3％、增碳剂0-0.1％、硅铁0.1-0.4％、电解锰0.1-0.4％、低碳铬铁1.5-8％、电解镍0.2-2.6％、铌铁0.2-1.2％、氮化铬铁0-0.6％、硫铁0.03-0.1％、废钢5-18％、钢屑块5-10％；
在铸型上设有冷铁，所述铸型为废气室或排气管；所述冷铁设置在所述废气室的内表面；所述冷铁设置在所述排气管的排气通道平台一侧的外表面。
2.根据权利要求1所述的解决铸钢类产品裂纹的方法，其特征在于：所述低碳钢表面无氧化、油污和水渍。
3.根据权利要求2所述的解决铸钢类产品裂纹的方法，其特征在于：所述回炉料入炉前进行抛丸处理。
4.根据权利要求3所述的解决铸钢类产品裂纹的方法，其特征在于：所述步骤S4中，钢水在中频炉内保温超过30分钟时，需要对钢水成分进行复检。
5.根据权利要求4所述的解决铸钢类产品裂纹的方法，其特征在于：所述步骤S5中，快速升温的温度为1680-1720℃。
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