CN116213682A - 一种稀土钢及其组织优化方法 - Google Patents

一种稀土钢及其组织优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116213682A
CN116213682A CN202210941162.XA CN202210941162A CN116213682A CN 116213682 A CN116213682 A CN 116213682A CN 202210941162 A CN202210941162 A CN 202210941162A CN 116213682 A CN116213682 A CN 116213682A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rare earth
steel
electromagnetic field
optimization method
mechanical vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210941162.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张鸣一
王力杰
孙凌夫
石智成
李淑利
李海豹
宋亚辉
雷燕
陈赓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inner Mongolia Metal Material Research Institute
Original Assignee
Inner Mongolia Metal Material Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inner Mongolia Metal Material Research Institute filed Critical Inner Mongolia Metal Material Research Institute
Priority to CN202210941162.XA priority Critical patent/CN116213682A/zh
Publication of CN116213682A publication Critical patent/CN116213682A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/02—Use of electric or magnetic effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/08—Shaking, vibrating, or turning of moulds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/04—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

本发明提供了一种稀土钢及其组织优化方法，属于金属材料制备技术领域。本发明提供的稀土钢的组织优化方法包括如下步骤：将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；将得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；所述电磁场的施加时间为开始至凝固完成，所述机械振动的施加时间为6～10min；将得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场。本发明提供的的稀土钢的组织优化方法制备得到的稀土钢中柱状晶得到细化，等轴晶的晶粒细小，组织均匀。

Description

一种稀土钢及其组织优化方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，尤其涉及一种稀土钢及其组织优化方法。
背景技术
金属凝固后的晶粒尺寸对铸锭或铸件的性能有显著影响，尤其在制备高品质钢时，铸态组织的晶粒尺寸与均匀度带来的组织遗传对其性能的影响尤为明显。金属液浇入锭模中，凝固过程中从凝固表面到中心会形成不同形状的凝固组织，分别为：表面细晶粒区、柱状晶粒区和中心等轴晶粒区。表面细晶粒区的组织较致密，故力学性能较好。柱状晶粒区的组织比较致密，不像等轴晶粒那样容易形成显微缩松，但在垂直于模壁处发展起来的两排相邻的柱状晶的交界面上强度、塑性较差，在锻、轧加工时，容易沿此脆弱面开裂。而等轴晶粒各个方向的性能较为均匀，无脆弱的分界面，取向不同的晶粒互相咬合，使裂纹不易扩展。因此，在生产中常希望得到均匀、细小的等轴晶粒。
目前，现有技术中获得均匀、细小的等轴晶粒的有效方法之一通常是在钢中加入稀土，一方面可净化钢液，同时还可以细化组织。然而，钢中稀土的加入量通常为微量，而且熔炼过程中易烧损，无法使其在钢中快速均匀分散；此外，稀土净化钢液的过程中，稀土会与钢液中的杂质元素如O、S等形成稀土化合物，如果熔炼过程中不及时去除，会以夹杂物的形式存在于钢液中，并在凝固过程中作为初始形核点，导致晶粒粗大。因此，单纯采用稀土对钢组织的优化程度有限。
因此，亟需提供一种稀土钢的组织优化方法，能够使稀土钢的组织得到有效优化，使其形成细小等轴晶且避免形成粗大柱状晶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土钢及其组织优化方法，本发明提供的组织优化方法制备得到的稀土钢铸锭中柱状晶晶粒得到细化，等轴晶的晶粒细小，组织均匀。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种稀土钢的组织优化方法，包括如下步骤：
(1)将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；所述电磁场的施加时间为开始至凝固完成，所述机械振动的施加时间为6～10min；
(3)将所述步骤(2)得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场。
优选地，所述步骤(1)中的原料包括基体钢的原料和稀土原料；所述稀土原料为稀土-锰中间合金。
优选地，所述稀土-锰中间合金的加入量按照公式①进行计算；
m稀土-锰中间合金＝(稀土钢中的稀土质量含量设定值×拟炼稀土钢的质量)/[稀土-锰中间合金的稀土含量×稀土钢的稀土收得率经验值×(1-κ)] 公式①；
其中，稀土钢中的稀土质量含量设定值为0.02～0.12％；稀土钢的稀土收得率经验值的取值范围为65～80％；κ为稀土收得率的校正系数，也即配料误差值，所述κ的取值范围为0.0082～0.0087。
优选地，所述步骤(2)中电磁场的方向与钢液表面平行，电磁场的电流为180～320A/m，电磁场的频率为3～5Hz。
优选地，所述步骤(2)中机械振动的方向与钢液表面垂直，机械振动的频率为6～10Hz，机械振动的振幅为0.3～1mm，机械振动的激振力为5～10kN。
优选地，所述步骤(3)中退火处理的过程包括：先以3～5℃/min的升温速率升温至350～450℃进行保温4～8min，再以2～4℃/min的升温速率升温至650～720℃进行保温25～40min。
优选地，所述步骤(3)中退火处理的冷却方式为炉冷至200℃出炉空冷至室温。
优选地，所述步骤(3)中电磁场的施加时间由退火处理的过程中升温至650～720℃时开始并持续10～15min。
优选地，所述步骤(3)中电磁场的电流为160～300A/m，电磁场的频率为2～4Hz。
本发明还提供了上述技术方案所述的组织优化方法制备得到的稀土钢。
本发明的技术方案提供了一种稀土钢的组织优化方法，包括如下步骤：将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；将得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；所所述电磁场的施加时间为开始至凝固完成，所述机械振动的施加时间为6～10min；将得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场。本发明通过在凝固过程中施加电磁场和机械振动并控制二者的施加时机和施加时间，能够凝固全程使合金元素在电磁场的作用下快速扩散，避免元素偏析，更有利于提高组织均匀性；同时施加机械振动能够抑制凝固初期的粗大晶粒的形成，缩短枝晶间距，使组织更细化；在退火过程中施加电磁场，能够提高合金元素的扩散速率，降低退火温度并缩短退火时间，更有利于获得晶粒细小且组织均匀的稀土钢。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备得到的稀土钢，其金相显微图显示稀土钢中不存在粗大稀土夹杂物与粗大晶粒和枝晶，组织均匀且致密。
本发明提供的组织优化方法简单易行，参数易控，节能环保，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的稀土钢铸锭心部等轴晶晶粒的光学金相显微照片；
图2为本发明对比例1制备的不加电磁场及机械振动的钢铸锭心部等轴晶晶粒的光学金相显微照片；
图3为本发明实施例1制备的稀土钢铸锭边部柱状晶晶粒的光学金相显微照片；
图4为本发明对比例1制备的不加电磁场及机械振动的钢铸锭边部柱状晶晶粒的光学金相显微照片。
具体实施方式
本发明提供了一种稀土钢的组织优化方法，包括如下步骤：
(1)将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；所述电磁场的施加时间为开始至凝固完成，所述机械振动的施加时间为6～10min；
(3)将所述步骤(2)得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场。
本发明将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液。
在本发明中，所述原料优选包括基体钢的原料和稀土原料。
本发明对所述基体钢的原料的种类以及原料的来源没有特殊限定，按照基体钢的牌号或者设计成分进行配料即可。在本发明中，所述基体钢的牌号优选包括30MnCrNiMo钢、Mn18Cr2钢、35CrNiMnV钢或H13钢。
在本发明中，所述稀土原料优选为稀土-锰中间合金；所述稀土-锰中间合金优选包括质量百分数为30～70％的稀土。本发明通过选择稀土-锰中间合金作为稀土原料并控制稀土的含量在上述范围内，能够改善稀土的氧化并获得较高的熔点，减少稀土烧损。
本发明对所述稀土的种类没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的稀土元素即可。在本发明中，所述稀土优选包括铈、镧或钇，更优选为铈。
本发明对所述稀土-锰中间合金的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的制备中间合金的方法即可。
在本发明中，所述稀土-锰中间合金的加入量优选按照公式①进行计算；
m稀土-锰中间合金＝(稀土钢中的稀土质量含量设定值×拟炼稀土钢的质量)/[稀土-锰中间合金的稀土含量×稀土钢的稀土收得率经验值×(1-κ)] 公式①；
其中，稀土钢中的稀土质量含量设定值为0.02～0.12％；稀土钢的稀土收得率经验值的取值范围为65～80％；κ为稀土收得率的校正系数，也即配料误差值，所述κ的取值范围为0.0082～0.0087。本发明通过按照上述公式①的计算方式计算稀土-锰中间合金的加入量，能够使稀土钢中的稀土含量更接近设定值，获得更高的稀土收得率，从而利用稀土对钢的组织实现细化。
在本发明中，所述稀土-锰中间合金的粒径优选为≤0.5μm，更优选为0.1μm～0.5μm。在本发明中，当所述稀土-锰中间合金的粒径不满足上述要求时，本发明优选对所述稀土-锰中间合金进行机械破碎和/或球磨。本发明对所述机械破碎和球磨的操作没有特殊限定，能够制备得到要求粒径的稀土-锰中间合金即可。本发明通过控制稀土-锰中间合金的粒径在上述范围内，可以使稀土-锰中间合金快速熔融并均匀混合在钢液中，更有利于细化钢的晶粒，有效提高钢的力学性能。
在本发明中，所述稀土-锰中间合金在使用前优选进行干燥。本发明对所述干燥的操作没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的干燥方式能够有效去除水分即可。本发明通过对稀土-锰中间合金进行干燥处理，可以避免在其使用时将氢、氧等杂质引入钢中。
在本发明中，所述稀土-锰中间合金优选采用纯铁皮包覆后使用。本发明通过将稀土-锰中间合金采用纯铁皮包覆后使用可以避免稀土使用前的氧化，从而避免将氧等杂质引入钢中。
在本发明中，所述熔化的方式优选为先将基体钢的原料熔化，然后加入稀土原料进行熔炼。本发明采用上述加料顺序，能够降低稀土的烧损率。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为1610～1640℃。本发明对所述熔炼的时间没有特殊限定，能够使熔炼后的钢液均匀即可。
在本发明中，所述熔炼的氛围优选为真空通入惰性气体；所述真空的真空度优选为5×10-3～5×10-2Pa。
得到钢液后，将所述钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭。
在本发明中，所述浇铸的温度优选为1570～1620℃，更优选为1600℃。本发明通过控制浇铸温度在上述范围内，能够使钢液具有较高的流动性，在浇铸时可以快速充填模具，减少浇不足、缩孔等铸造缺陷。
在本发明中，所述浇铸使用的模具优选为铸铁坩埚。本发明通过选择铸铁坩埚作为浇铸模具，利用铸铁具有比钢更低的热膨胀系数，能够使钢凝固后更容易脱模。
在本发明中，所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动。
在本发明中，所述电磁场的方向优选与钢液表面平行；所述电磁场的电流优选为180～320A/m，更优选为200～300A/m，最优选为220～250A/m；所述电磁场的频率优选为3～5Hz，更优选为4Hz。本发明通过控制电磁场的参数在上述范围内，更有利于提高合金元素的扩散速率，避免凝固过程中元素偏析，抑制柱状晶的形成而有利于获得细小等轴晶，有效提高稀土钢的组织均匀性，更有利于提高稀土钢的力学性能。
在本发明中，所述机械振动的方向优选与钢液表面垂直；所述机械振动的频率优选为6～10Hz，更优选为7～9Hz，最优选为8Hz；所述机械振动的振幅优选为0.3～1mm，更优选为0.5～0.8mm；所述机械振动的激振力优选为5～10kN，更优选为6～9kN，最优选为7～8kN。本发明通过控制机械振动的参数在上述范围内，能够有效破碎钢液凝固过程中形成的粗大晶粒和粗大枝晶，抑制柱状晶的形成而有利于获得细小等轴晶，有效细化稀土钢的组织，更有利于提高稀土钢的力学性能。
在本发明中，所述电磁场的施加时间为开始至凝固完成，优选为30～50min；所述机械振动的施加时间为6～10min，优选为7～9min。本发明通过控制电磁场与机械振动的时间在上述范围内，能够在凝固初期使电磁场与机械振动共同作用，有效避免凝固初期处于半凝固状态时元素偏析并控制晶粒初始形成与生长，从而显著细化晶粒，在凝固后期稀土钢已经处于固态，利用电磁场的作用继续对其进行处理可以使溶质原子均匀弥散分布在组织中，进一步提高稀土钢的组织均匀性。
在本发明中，所述凝固的氛围优选为真空通入惰性气体；所述真空的真空度优选为1×10-2～6×10-2Pa。
得到稀土钢铸锭后，本发明将所述稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢。
在本发明中，所述退火处理的过程中施加电磁场。
在本发明中，所述退火处理优选包括：先以3～5℃/min的升温速率升温至350～450℃进行保温4～8min，再以2～4℃/min的升温速率升温至650～720℃进行保温25～40min；更优选包括：先以4℃/min的升温速率升温至400℃进行保温6min，再以3℃/min的升温速率升温至700℃进行保温30min。本发明通过控制退火处理的过程及其参数在上述范围内，能够消除稀土钢的铸造应力，细化晶粒，使组织更加均匀。
在本发明中，所述电磁场的施加时间优选由退火处理的过程中升温至650～720℃时开始并持续10～15min；更优选由退火处理的过程中升温至680～700℃时开始并持续12～14min。本发明通过在退火处理的过程中施加电磁场并控制其施加时机与施加时间，能够使合金元素在电磁场的作用下快速扩散，实现组织均匀化，同时电磁场的施加可以降低退火处理的保温温度并缩短保温时间，避免稀土钢的晶粒在较高温度下粗化。
在本发明中，所述退火处理过程中的电磁场的电流优选为160～300A/m，更优选为200～250A/m；所述电磁场的频率优选为2～4Hz，更优选为3Hz。本发明通过控制退火处理过程中的电磁场的参数在上述范围内，能够使稀土钢的铸锭中的合金元素快速扩散并抑制晶粒粗化，从而更有利于细化稀土钢的晶粒并均匀组织。
本发明对退火处理过程中的电磁场的方向没有特殊要求，能够保证稀土钢铸锭处于电磁场内即可。
在本发明中，所述退火处理的氛围优选为真空通入惰性气体；所述真空的真空度优选为1×10-1～1Pa。
在本发明中，所述退火处理的冷却方式优选为炉冷至200℃出炉空冷至室温。
本发明还提供了上述技术方案所述的组织优化方法制备得到的稀土钢。
本发明提供的稀土钢中的柱状晶得以显著细化，且等轴晶的晶粒细小，组织均匀。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下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
本实施例提供了一种稀土钢的组织优化方法，具体为以下步骤：
(1)将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；
其中，稀土钢的原料为基体钢的原料(基体钢为30MnCrNiMo)和稀土原料(稀土铈质量含量为70％的铈-锰中间合金)；将块状稀土原料进行机械碎化，得到10mm以下的颗粒料；采用行星式球磨机对颗粒料进行进行研磨，对球磨罐进行抽真空处理，真空度达到1×10-1Pa时，充入惰性气体，真空度保持到5×10-1Pa，球磨机公转速度260r/min，自转速度560r/min，研磨90min，行星盘设置10min的正、逆向间隔交替运行；对研磨后的粉料进行筛分，选出≤0.5μm的粉料，进行干燥贮存备用；根据稀土设计含量为0.080％的稀土钢成分进行配料，稀土-锰中间合金的加入量为：(0.080％×100Kg)/[70％×80％×(1-κ)]＝0.1440～0.1441Kg(κ取值范围为0.0082～0.0087)；称得加入的稀土-锰中间的质量为0.1441Kg；
将100Kg稀土钢的原料在真空中频感应炉内进行熔炼，抽真空至真空度达到10- 3Pa，然后通入惰性气体，使真空度保持在5×10-3Pa；熔炼温度为1610℃，原料按烧损难易顺序加入，先加入基体钢的原料，然后加入稀土原料，稀土-锰中间合金粉末用纯铁皮包裹，并配纯铁配重块，最后加入，金属全部熔清后保温8min后得到钢液。
(2)将所述步骤(1)得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；
其中，浇铸的温度为1570℃，浇铸模具采用铸铁坩埚，坩埚内部设置为倒锥状，上部放置筛盘，金属液通过筛盘过滤后进入铸铁坩埚；
在铸铁坩埚上设置平行于钢液表面的横向电磁场，下部加装二维振动台施加振动方向垂直于钢液表面的机械振动；钢液浇铸完成后，同时开启横向电磁场及纵向的振动台，电磁场电流控制在200A/m，频率控制在3Hz，机械振动频率为6Hz，振幅0.5mm，激振力6kN，机械振动时间6min，电磁场保持开启直至钢液凝固；
从浇铸到钢凝固的过程中，通入惰性气体，使真空度保持在1×10-2Pa，钢凝固后持续通入惰性气体，直至内部压力与外部压力平衡，保持30min，出炉得到稀土钢铸锭。
(3)将所述步骤(2)得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场；
其中，采用真空热处理炉对稀土钢铸锭进行退火处理，真空度1×10-1Pa，退火处理的过程为：①先以3℃/min的升温速率升温至400℃保温4min，②再以3℃/min的升温速率升温至680℃，开启电磁场并持续12min，关闭电磁场后再继续保温18min(680℃的退火温度下保温30min)，③先随炉冷却，真空度保持1×10-1Pa，炉内温度冷却至200℃以下出炉空冷至室温，得到稀土钢。
实施例2
本实施例提供了一种稀土钢的组织优化方法，具体如下步骤：
(1)将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；
其中，稀土钢的原料为基体钢的原料(基体钢为30MnCrNiMo)和稀土原料(稀土铈质量含量为50％的铈-锰中间合金)；将块状稀土原料进行机械碎化，得到10mm以下的颗粒料；采用行星式球磨机对颗粒料进行进行研磨，对球磨罐进行抽真空处理，真空度达到2×10-1Pa时，充入惰性气体，真空度保持到5×10-1Pa，球磨机公转速度280r/min，自转速度580r/min，研磨100min，行星盘设置12min的正、逆向间隔交替运行；对研磨后的粉料进行筛分，选出≤0.5μm的粉料，进行干燥贮存备用；根据稀土设计含量为0.080％的稀土钢成分进行配料，稀土-锰中间合金的加入量为：(0.080％×100Kg)/[50％×72％×(1-κ)]＝0.2240～0.2242Kg(κ取值范围为0.0082～0.0087)；称得加入的稀土-锰中间的质量为0.2242Kg；
将100Kg稀土钢的原料在真空中频感应炉内进行熔炼，抽真空至真空度达到10- 3Pa，然后通入惰性气体，使真空度保持在5×10-3Pa；熔炼温度为1620℃，原料按烧损难易顺序加入，先加入基体钢的原料，然后加入稀土原料，稀土-锰中间合金粉末用纯铁皮包裹，并配纯铁配重块，最后加入，金属全部熔清后保温8min后得到钢液。
(2)将所述步骤(1)得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；
其中，浇铸的温度为1590℃，浇铸模具采用铸铁坩埚，坩埚内部设置为倒锥状，上部放置筛盘，金属液通过筛盘过滤后进入铸铁坩埚；
在铸铁坩埚上设置平行于钢液表面的横向电磁场，下部加装二维振动台施加振动方向垂直于钢液表面的机械振动；钢液浇铸完成后，同时开启横向电磁场及纵向的振动台，电磁场电流控制在230A/m，频率控制在4Hz，机械振动频率为6Hz，振幅0.8mm，激振力6kN，机械振动时间6min，电磁场保持开启直至钢液凝固；
从浇铸到钢凝固的过程中，通入惰性气体，使真空度保持在1×10-2Pa，钢凝固后持续通入惰性气体，直至内部压力与外部压力平衡，保持30min，出炉得到稀土钢铸锭。
(3)将所述步骤(2)得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场。
其中，采用真空热处理炉对稀土钢铸锭进行退火处理，真空度1×10-1Pa，退火处理的过程为：①先以4℃/min的升温速率升温至400℃保温4min，②再以3℃/min的升温速率升温至680℃，开启电磁场并持续12min，关闭电磁场后再继续保温20min(680℃的退火温度下保温32min)，③先随炉冷却，真空度保持1×10-1Pa，炉内温度冷却至200℃以下出炉空冷至室温，得到稀土钢。
实施例3
本实施例提供了一种稀土钢的组织优化方法，具体为以下步骤：
(1)将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；
其中，稀土钢的原料为基体钢的原料(基体钢为30MnCrNiMo)和稀土原料(稀土铈质量含量为30％的铈-锰中间合金)；将块状稀土原料进行机械碎化，得到10mm以下的颗粒料；采用行星式球磨机对颗粒料进行进行研磨，对球磨罐进行抽真空处理，真空度达到1×10-1Pa时，充入惰性气体，真空度保持到5×10-1Pa，球磨机公转速度300r/min，自转速度600r/min，研磨110min，行星盘设置10min的正、逆向间隔交替运行；对研磨后的粉料进行筛分，选出≤0.5μm的粉料，进行干燥贮存备用；根据稀土设计含量为0.080％的稀土钢成分进行配料，稀土-锰中间合金的加入量为：(0.080％×100Kg)/[30％×60％×(1-κ)]＝0.4481～0.4483Kg(κ取值范围为0.0082～0.0087)；称得加入的稀土-锰中间的质量为0.4481Kg；
将100Kg稀土钢的原料在真空中频感应炉内进行熔炼，抽真空至真空度达到10- 3Pa，然后通入惰性气体，使真空度保持在5×10-3Pa；熔炼温度为1630℃，原料按烧损难易顺序加入，先加入基体钢的原料，然后加入稀土原料，稀土-锰中间合金粉末用纯铁皮包裹，并配纯铁配重块，最后加入，金属全部熔清后保温8min后得到钢液。
(2)将所述步骤(1)得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；
其中，浇铸的温度为1620℃，浇铸模具采用铸铁坩埚，坩埚内部设置为倒锥状，上部放置筛盘，金属液通过筛盘过滤后进入铸铁坩埚；
在铸铁坩埚上设置平行于钢液表面的横向电磁场，下部加装二维振动台施加振动方向垂直于钢液表面的机械振动；钢液浇铸完成后，同时开启横向电磁场及纵向的振动台，电磁场电流控制在300A/m，频率控制在5Hz，机械振动频率为9Hz，振幅0.8mm，激振力10kN，机械振动时间6min，电磁场保持开启直至钢液凝固；
从浇铸到钢凝固的过程中，通入惰性气体，使真空度保持在1×10-2Pa，钢凝固后持续通入惰性气体，直至内部压力与外部压力平衡，保持30min，出炉得到稀土钢铸锭。
(3)将所述步骤(2)得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场；
其中，采用真空热处理炉对稀土钢铸锭进行退火处理，真空度1×10-1Pa，退火处理的过程为：①先以3℃/min的升温速率升温至400℃保温4min，②再以3℃/min的升温速率升温至680℃，开启电磁场并持续12min，关闭电磁场后再继续保温18min(680℃的退火温度下保温30min)，③先随炉冷却，真空度保持1×10-1Pa，炉内温度冷却至200℃以下出炉空冷至室温，得到稀土钢。
对比例1
本对比例提供的稀土钢的制备方法相对于实施例1省略步骤(2)中的凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动，同时省略步骤(3)中的退火处理的过程中施加电磁场，其余技术特征与实施例1相同。
将实施例1～3制备的得到的稀土钢和对比例1得到的不含稀土的钢进行表面清理及“掐头去尾”处理，然后对处理后的实施例1和对比例1得到的稀土钢的心部组织采用光学显微镜进行金相组织观察，观察得到的光学金相显微照片分别如图1和图2所示。同时，对处理后的实施例1和对比例1得到的稀土钢的边部组织采用光学显微镜进行金相组织观察，观察得到的光学金相显微照片分别如图3和图4所示。
由图1～2可以看出，经过本发明的组织优化方法制备得到的稀土钢的等轴晶粒得到显著细化，心部无柱状晶，且等轴晶晶粒细小，组织均匀；而图2与图1在相同放大倍数下的晶粒尺寸明显粗大，且大小不均。
由图3～4可以看出，经过本发明的组织优化方法制备得到的稀土钢的边部柱状晶晶粒得到显著细化，组织均匀；而图4与图2在相同放大倍数下的晶粒尺寸明显粗大，且大小不均。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种稀土钢的组织优化方法，包括如下步骤：
(1)将稀土钢的原料进行熔炼，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液浇铸后进行凝固，得到稀土钢铸锭；所述凝固的过程中同时施加电磁场和机械振动；所述电磁场的施加时间为开始至凝固完成，所述机械振动的施加时间为6～10min；
(3)将所述步骤(2)得到的稀土钢铸锭进行退火处理，得到稀土钢；所述退火处理的过程中施加电磁场。
2.如权利要求1所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中的原料包括基体钢的原料和稀土原料；所述稀土原料为稀土-锰中间合金。
3.如权利要求2所述的组织优化方法，其特征在于，所述稀土-锰中间合金的加入量按照公式①进行计算；
m稀土-锰中间合金＝(稀土钢中的稀土质量含量设定值×拟炼稀土钢的质量)/[稀土-锰中间合金的稀土含量×稀土钢的稀土收得率经验值×(1-κ)]公式①；
其中，稀土钢中的稀土质量含量设定值为0.02～0.12％；稀土钢的稀土收得率经验值的取值范围为65～80％；κ为稀土收得率的校正系数，也即配料误差值，所述κ的取值范围为0.0082～0.0087。
4.如权利要求1所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中电磁场的方向与钢液表面平行，电磁场的电流为180～320A/m，电磁场的频率为3～5Hz。
5.如权利要求1所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中机械振动的方向与钢液表面垂直，机械振动的频率为6～10Hz，机械振动的振幅为0.3～1mm，机械振动的激振力为5～10kN。
6.如权利要求1所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中退火处理的过程包括：先以3～5℃/min的升温速率升温至350～450℃进行保温4～8min，再以2～4℃/min的升温速率升温至650～720℃进行保温25～40min。
7.如权利要求1或6所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中退火处理的冷却方式为炉冷至200℃出炉空冷至室温。
8.如权利要求1所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中电磁场的施加时间由退火处理的过程中升温至650～720℃时开始并持续10～15min。
9.如权利要求1或8所述的组织优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中电磁场的电流为160～300A/m，电磁场的频率为2～4Hz。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的组织优化方法制备得到的稀土钢。
CN202210941162.XA 2022-08-08 2022-08-08 一种稀土钢及其组织优化方法 Pending CN116213682A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210941162.XA CN116213682A (zh) 2022-08-08 2022-08-08 一种稀土钢及其组织优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210941162.XA CN116213682A (zh) 2022-08-08 2022-08-08 一种稀土钢及其组织优化方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116213682A true CN116213682A (zh) 2023-06-06

Family

ID=86589812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210941162.XA Pending CN116213682A (zh) 2022-08-08 2022-08-08 一种稀土钢及其组织优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116213682A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110983262B (zh) 一种铝钪合金靶材的制备方法
WO2021018203A1 (zh) 一种非真空下引连铸铜铁合金扁锭的生产工艺
CN110284030B (zh) 一种超声波辅助铸造装置及制造铝锂合金的方法
CN110144472B (zh) 一种锰铜减振合金的真空感应熔炼方法
CN110819873B (zh) 一种添加纳米氧化钇的高Nb-TiAl合金及其制备方法
KR101264219B1 (ko) 마그네슘계 합금 및 그 제조방법
CN109957688B (zh) 一种Al-Zn-Mg大规格扁铸锭的制备方法
CN113502422B (zh) 高强韧镁锂合金及其制备方法
EP0460234B1 (en) Sheet of titanium-aluminum intermetallic compound and process for producing the same
CN108149040A (zh) 真空压铸铝硅镁锰合金的成分与热处理工艺优化方法
CN114058912A (zh) 一种高比强度、比刚度铝锂合金厚壁环形件及其制备方法
KR20160033645A (ko) 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법
CN116213682A (zh) 一种稀土钢及其组织优化方法
CN114672744B (zh) 一种内生多孔钛增强镁基非晶复合材料及其制备方法
CN212371158U (zh) 一种变形镁合金铸锭坯的铸造装置
CN1261265C (zh) NdFeB快冷厚带的低温氢破碎工艺
CN114000020A (zh) 一种大规格模锻件用铸锭及其制备方法
JPH05277656A (ja) Ｔｉ３ Ａｌ基金属間化合物を含む合金の薄板およびその製造方法
CN111957924A (zh) 一种变形镁合金铸锭坯的铸造装置和低压反重力铸造方法
CN111910092A (zh) 一种铝铌硼中间合金的制备方法及铝铌硼中间合金
CN113512675B (zh) 一种Ti-Zr-RE-Mg稀土镁合金晶粒细化剂及其制备方法
CN115612913B (zh) 一种TiO2纳米颗粒增强热轧钢筋的制备方法
CN115627399B (zh) 一种低稀土高强度Mg98.5Y1Zn0.5镁合金的制备方法
CN114686717B (zh) 一种高熵合金的制备方法
CN116875844B (zh) 一种盘轴一体涡轮盘及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination