CN105364029A

CN105364029A - 一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法

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Publication number: CN105364029A
Application number: CN201510900912.9A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 鞠江; 魏世忠; 符定梅; 雷永平; 李耳; 周向阳; 成小乐; 屈银虎
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: CN105364029B

Abstract

一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，属于铸钢技术领域。钢水熔炼过程中，先在炉内采用硅铁和锰铁以及硅钙钡合金预脱氧，当钢水升温至1620-1650℃时出炉至钢包，在钢包内加入多元铝铁合金块脱氧，然后向钢包内用喂丝机加入铝包合金丝，铝包合金丝由外皮金属铝带和粉芯材料两部分组成，钢包内钢水经扒渣、静置后，当温度降至1490-1520℃时，浇入大型铸型，钢水浇注24-48小时后开箱入缓冷坑，当铸件温度低于120℃后出坑切割浇口和冒口，即可获得凝固组织细小和夹杂物少的厚壁铸钢件。

Description

一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法

技术领域

本发明公开了一种铸钢件凝固组织细化和净化方法，特别涉及一种厚壁铸钢件的凝固组织细化和净化方法，属于铸钢技术领域。

背景技术

随着我国工业技术的飞速发展，对大型球磨机、渣浆泵、轧钢机等需求量不断增加，导致大型球磨机端盖、轧钢机牌坊、渣浆泵壳体、大型铸钢轧辊等需求不断增加，因上述铸钢件壁厚大，凝固时间长，以往这些大型铸钢件铸造成形过程中存在夹杂物多、凝固组织粗大等不足，导致上述铸钢件力学性能大幅度降低，使用安全性下降，易造成设备的停机检修，由此而产生了巨大的经济损失。

为了提高铸钢力学性能性能，中国发明专利CN104818426公开了一种高强度微合金化稀土铸钢，所述铸钢的主要化学成分包括C、Si、Mn、Nb、Ti、Re、La、Ce、P、S、铁以及微量杂质元素，所述C、Si、Mn、Nb、Ti、Re、P、S的质量百分含量分别为C0.30％～0.40％，Si0.60％～0.80％，Mn1.10％～1.40％，Nb0.03％～0.09％，Ti0.01～0.08％，Re0.01％～0.20％，La0.01％～0.10％，Ce0.01％～0.15％，P≤0.035％，S≤0.010％。该发明的优点在于微合金化稀土铸钢可以在不明显降低塑性和韧性的条件下，显著提高屈服强度和抗拉强度。

中国发明专利CN104911504还公开了一种用于特大型破碎机的高强度高抗磨铸钢件，其特征在于，该铸钢件化学组成的重量百分比为：C1.31～1.40，Si0.50～0.90，Mn17.5～19.0，P≤0.040，S≤0.020，Cr1.00～1.40，Ni≤0.60，Mo≤0.50，B0.005～0.010，Al0.08～0.12，Ti0.10～0.18，La0.05～0.09，Ce0.05～0.10，V0.05～0.10，其余为Fe和不可避免的微量杂质。还公开了一种用于生产上述铸钢件的工艺，使所述铸钢件具有较好的韧性和耐磨性，使用寿命长，适用于特大型破碎机中。中国发明专利CN104878311还公开了一种用于超超临界火电机组的铸钢零部件，其特征在于，该铸钢零部件化学组成的重量百分比为：C0.15～0.20，Si≤0.60，Mn0.4～0.8，P≤0.02，S≤0.015，Cr2.2～2.5，Ni≤0.5，Mo0.5～0.8，Cu≤0.5，V0.3～0.4，其余为Fe和不可避免的微量杂质。还公开了一种用于生产上述铸钢零部件的工艺，使所述铸钢零部件具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能以及较强的韧性，适用于超超临界火电机组中。中国发明专利CN104988425还公开了一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢，以质量百分比计，该超高强度高韧性低碳马氏体铸钢的化学成分为：C：0.10％～0.25％，Cr：0.5％～1.5％，Mn：0.5％～2.5％，Si：0.5％～2％，Mo：0.1％～0.5％，V：0.1％～0.5％，Ni：0.1％～0.4％，Cu：0.1％～0.3％，Ca：0.05％～0.1％，P≤0.02％，S：≤0.02％，余量为铁。方法包括：1)按比例先将原料钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温至原料熔化成钢水，向钢水中依次加入钼铁、钒铁、电解镍、纯铜及锰铁，保温直至加入的成分均匀化，得到钢液；2)将钢液加热后加入铝脱氧，然后向钢液中加入硅钙线，进行浇铸；3)将浇铸所得的铸件保温后水淬处理，再经回火处理，制得超高强度高韧性低碳马氏体铸钢。该马氏体铸钢综合力学性能优异；该制备方法操作简单，节能环保，适合工业化大规模生产。中国发明专利CN103436808还公开了一种低碳当量高强韧性铸钢及其制备方法。低碳当量高强韧性铸钢化学成分重量百分比为：C0.14～0.18％，Si0.30-0.60％，Mn1.00-1.20％，Cr0.40-0.60％，Ni0.70-0.80％，Mo0.20-0.30％，P≤0.025％，S≤0.020％，V0.02-0.03％，Nb0.03-0.05％，Cu≤0.20％，余量为Fe。制备方法为采用电弧炉和AOD炉二次冶炼后并进行高温热处理。该发明有益效果为：将微合金化技术引入低碳铸钢生产，在保持焊接性能良好的情况下，大幅提高材料强度和低温韧性；采用电弧炉-AOD炉双联熔炼，在电弧炉提高氧化期脱碳量，去除钢水中的磷等有害元素；在AOD炉进行二次脱氧，吹氩气精炼，尽可能去除钢水中的氧化夹杂及N、H、O等气体，大幅度提高钢水洁净度；调质前采用高温预处理工艺，细化晶粒，为最终热处理创造条件。中国发明专利CN104404366还公开了一种高强韧性推力杆支架铸钢件配方,其化学成分按重量百分比(wt％)含有C：0.3～0.45％、Si：＜1.0％、Mn：≤1.0％、P：0.03％、S：0.03％、Nb：0.04～0.08％，余量为Fe。通过适当降低材质的碳含量，提高铸钢件心部的韧性，在材料中加入微量的合金元素铌，起到细化晶粒和沉淀强化作用，提高材质的机械性能的作用。该发明还公开了一种高强韧性推力杆支架铸钢件生产工艺，包括以下步骤：1)钢水冶炼；2)浇注成型；3)热处理。该发明的一种高强韧性推力杆支架铸钢件生产工艺，通过优化铸造工艺，提高工件表面和内在质量。中国发明专利CN104195449还公开了一种高强度高韧性铸钢材及其制造方法和铸造品。所述高强度高韧性铸钢材具有的组成包含0.25至0.30质量％的C、0.20至0.40质量％的Si、0.50至1.10质量％的Mn、2.20至2.80质量％的Ni、0.25至0.60质量％的Cr、0.05至0.10质量％的Al、0.20至0.50质量％的Cu、0.20至0.40质量％的Mo，还包含Fe和不可避免的杂质。由于该发明的高强度高韧性铸钢材具有特定的组成，所以即使在大型铸钢材中，在淬火时通过空气冷却或风扇冷却也可以获得充分高的强度和韧性而无需实施塑性加工且无需实施液体冷却如水冷却或油冷却。中国发明专利CN104195462还公开了一种超高强度铸钢及其制造方法，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.04-0.06％、硅0.3-0.5％、锰0.04-0.06％、钙0.4-0.7％、铈0.003-0.004％、镁0.2-0.3％、钼0.7-0.8％、硼0.023-0.026％、铌0.18-0.23％、钛0.001-0.0032％、硫≤0.25％、磷0.03-0.04％、余量为铁；该发明的铸钢材料中添加了钼、硼、铌和钛合金元素，使钢材具有良好强度、韧性及力学性能；该发明的生产工艺具有独特的热处理工艺，生产效率高、节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。中国发明专利CN104131231还公开了一种采煤机摇臂用低碳微合金化铸钢，由以下质量百分比的成分组成：C0.22％～0.30％，Si0.30％～0.45％，Mn1.10～1.20％，Cr0.20％～0.40％，Ni0.20％～0.35％，Mo0.30％～0.45％，Al0.03％～0.06％，Ce0.03％～0.04％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。该发明还提供了一种制备该铸钢的方法。该发明通过对铸钢进行成分的筛选和配比的优化，并且对铸钢寻求最佳热处理工艺，最终获得强硬度高、冲击韧性优良、碳当量低、生产成本低的低碳微合金化铸钢，更能符合采煤机大型摇臂用钢的需要。中国发明专利CN103952632还公开了一种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢，按照质量百分比由以下成份组成：C0.22％-0.3％，Mn0.7％-0.9％，Cr0.8％-1％，Mo0.2％-0.3％，Si0.2％-0.4％，Re0.01％-0.015％，S≤0.02％，P≤0.025％，Cu≤0.4％，Ni≤0.4％，W≤0.1％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。该发明还公开了该种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢的制备方法。本发明的铸钢，具有强度高、抗冲压耐磨性能、冲击韧性和焊接性能良好的特性，完全满足了石油钻采设备泥浆泵主要的承压件空气包、排出管路和滤网外壳的使用要求。中国发明专利CN103469115还公开了一种叉车转向节用铸钢材料及其制备方法，其中含有下列重量百分比的元素成分：碳0.15-0.35、硅1.2-1.4、锰4.2-4.5、磷0.01-0.03、硫0.015-0.04、铬3.2-3.5、铜0.1-0.3、钒1.2-1.4、钼0.4-0.6、钨2.5-2.7、Ni0.3-0.4、As0.2-0.3、Hf0.6-0.8、Bi0.1-0.15、Be0.26-0.36、Pb0.23-0.29、余量为铁。该发明铸钢材料能够满足耐磨又有较高冲击韧性和强度，具有铸件初始硬度高，屈服强度高、不易变形断裂的特点。中国发明专利CN103397269还公开了一种低成本高强度耐磨铸钢，其特征在于，所述铸钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.10-0.16、锰0.35-0.50、硅0.75-0.90、磷≤0.040、硫≤0.040、铬1.35-1.65、镍0.15-0.25、铜0.2-0.3、Ti0.08-0.10、Ta0.04-0.06、Hf0.01-0.02、Nb0.04-0.06、V0.2-0.4、Mo0.05-0.07、基质为铁。该发明超高强度铸钢的机械性能为：拉伸强度1080MPa，屈服强度873MPa，延伸率14％，断面收缩率27％，冲击吸收功56J，冲击韧性66J/cm²，硬度291HB。

但是，上述使铸钢组织细化和净化的方法，工艺复杂，且对厚壁铸钢件而言，其细化和净化效果不明显，导致厚壁铸钢件的性能无法大幅度提高。

发明内容

本发明针对厚壁铸钢件中存在的上述问题，提出在炉内采用硅铁和锰铁以及硅钙钡合金预脱氧基础上，将终脱氧和细化凝固组织工艺结合成一起，在钢包内进行，从而实现厚壁铸钢件凝固组织的细化和净化。

本发明的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，具体工艺步骤是：

(1)先在电炉内熔炼铸钢材料，当钢水温度升至1560-1590℃时，分别加入占炉内钢水质量分数0.3-0.6％的硅铁和0.5-0.7％的锰铁预脱氧，当钢水温度升至1580-1610℃时，继续加入占炉内钢水质量分数0.25-0.50％的硅钙钡合金预脱氧，当钢水炉前调整成分合格后将其升温至1620-1650℃时出炉至钢包，钢包内预先加入了多元铝铁合金块，多元铝铁合金块的化学组成及质量分数为：45-48％Al,<0.40％C,16-18％Si,6.0-7.5％Ca,余量Fe；多元铝铁合金块的尺寸为(100～150)mm×(200～250)mm×(30～50)mm，多元铝铁合金块加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.12-0.18％；

(2)当步骤(1)钢包内钢水温度降至1580-1610℃时，继续向钢包内用喂丝机加入铝包合金丝，铝包合金丝由外皮金属铝带和粉芯材料两部分组成，其中粉芯材料包括120-180nm的铌铁粉、20-50μm的钒氮合金粉、20-50μm的稀土硅铁粉和20-50μm的铜镁合金粉，各种合金粉末占粉芯材料的质量分数比如下：铌铁粉25-30％，钒氮合金粉30-35％，稀土硅铁粉25-30％，铜镁合金粉10-15％，粉芯材料占铝包合金丝总质量的55-60％，铝包合金丝加入量占钢包内钢水质量分数的0.20-0.35％；

(3)步骤(2)中的钢包内钢水经扒渣、静置后，当温度降至1490-1520℃时，浇入大型铸型，钢水浇注24-48小时后开箱入缓冷坑，当铸件温度低于120℃后出坑切割浇口和冒口，即可获得凝固组织细小和夹杂物少的厚壁铸钢件。

如上所述的锰铁的化学成分质量分数为：0.5-1.5％C,75-82％Mn,<2.5％Si,<0.2％P,<0.02％S,余量为Fe。

如上所述的硅铁的化学成分质量分数为：72～80％的Si，<0.2％的C，≤0.02％的S，≤0.04％的P，余量为Fe。

如上所述的硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45％的Si、10～12％的Ca、10～12％的Ba、≤0.8％的C、≤0.04％的P、≤0.06％的S，余量为Fe。

如上所述的铌铁粉的化学成分质量分数为：50-60％Nb,<2.0％Si,<1.0％C,<0.05％S,<0.04％P,余量为Fe。

如上所述的氮化钒铁粉的化学成分质量分数为：53-58％V,10-12％N,<0.6％C,<2.5％Si,<0.08％P,<0.05％S,<2.0％Al,余量Fe。

如上所述的铜镁合金粉的化学成分质量分数为：20-25％Mg,75-80％Cu。

如上所述的稀土硅铁粉的化学成分质量分数为：27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe。

铝包合金丝的制备方法是将上述粉芯材料放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的金属铝带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形，继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至Φ6.5-8.0mm即可满足要求。

本发明铸钢先在电炉内熔炼，工艺简便，生产效率高。当钢水温度升至1560-1590℃时，分别加入占炉内钢水质量分数0.3-0.6％的硅铁和0.5-0.7％的锰铁预脱氧，当钢水温度升至1580-1610℃时，继续加入占炉内钢水质量分数0.25-0.50％的硅钙钡合金预脱氧，这样可以确保炉内钢水具有较少的含氧量。但是铸钢熔化温度高，且铸钢中碳含量较低，容易吸氧，导致钢水在冶炼后期氧含量超标。为此本发明在经过0.3-0.6％的硅铁、0.5-0.7％的锰铁和0.25-0.50％的硅钙钡合金预脱氧后，当钢水炉前调整成分合格后将其升温至1620-1650℃时出炉至钢包，钢包内预先加入了多元铝铁合金块，多元铝铁合金块的化学组成及质量分数％为：45-48Al,<0.40C,16-18Si,6.0-7.5Ca,余量Fe，多元铝铁合金块的尺寸为100～150mm×200～250mm×30～50mm，多元铝铁合金块加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.12-0.18％，加入上述多元铝铁合金块，可以大幅度较少钢水中的氧。

本发明当钢包内钢水温度降至1580-1610℃时，继续向钢包内用喂丝机加入铝包合金丝，铝包合金丝由外皮金属铝带和粉芯材料两部分组成，其中粉芯材料包括120-180nm的铌铁粉、20-50μm的钒氮合金粉、20-50μm的稀土硅铁粉和20-50μm的铜镁合金粉，各种合金粉末占粉芯材料的质量分数比如下：铌铁粉25-30％，钒氮合金粉30-35％，稀土硅铁粉25-30％，铜镁合金粉10-15％，粉芯材料占铝包合金丝总质量的55-60％；其中加入了120-180nm的铌铁粉和20-50μm的钒氮合金粉，可以使铌与氮以及钢液中的碳化合生成高熔点的且颗粒尺寸细小Nb(C,N)，可以作为钢初生结晶相的凝固核心，促进铸钢凝固组织的细化。钒氮合金粉中的钒和氮可在钢水中结合生成高熔点的VN，有利于凝固组织的细化。加入稀土硅铁粉除了细化凝固组织，还有促进夹杂物形态和分布改进的作用。此外，加入20-50μm的铜镁合金粉，除了利用镁的脱氧脱硫作用减少夹杂物外，特别是镁在高温钢水中反应剧烈，带动钢水具有明显的运动效果，有助于减少纳米铌铁粉的聚集，促进铸钢件凝固组织的改善。

本发明铝包合金丝的制备方法是将上述粉芯材料放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的金属铝带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形，继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至Φ6.5-8.0mm即可满足要求，铝包合金丝加入量占钢包内钢水质量分数的0.20-0.35％，具有制备工艺简便特点，便于实现规模化制备。在此基础上，对钢包内钢水经扒渣、静置后，当温度降至1490-1520℃时，浇入大型铸型，钢水浇注24-48小时后开箱入缓冷坑，可以降低铸造应力，防止大型铸钢件变形和开裂。当铸件温度低于120℃后出坑切割浇口和冒口，即可获得凝固组织细小和夹杂物少的厚壁铸钢件。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1)本发明冶炼和炉外处理钢水工艺简便；

2)本发明对厚壁铸钢件凝固组织具有明显的细化和净化效果，导致铸件力学性能大幅度提高；

3)本发明减少了铸件废品率，推广应用具有很好的经济效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

一种含碳量0.45％、壁厚260mm的碳钢铸件的凝固组织细化和净化方法，其特征是先在电炉内采用硅铁和锰铁以及硅钙钡合金预脱氧，将终脱氧和细化凝固组织工艺结合成一起，在钢包内进行，具体工艺步骤是：

①先在3吨电炉内熔炼铸钢材料，当钢水温度升至1563℃时，分别加入占炉内钢水质量分数0.3％的硅铁(硅铁的化学成分质量分数为：72.54％的Si，0.11％的C，0.014％的S，0.027％的P，余量为Fe)和0.7％的锰铁(锰铁的化学成分质量分数为：1.37％C,81.50％Mn,1.66％Si,0.15％P,0.017％S,余量为Fe)预脱氧，当钢水温度升至1582℃时，继续加入占炉内钢水质量分数0.40％的硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40.93％的Si、10.50％的Ca、11.84％的Ba、0.51％的C、0.024％的P、0.047％的S，余量为Fe)预脱氧，当钢水炉前调整成分合格后将其升温至1621℃时出炉至钢包，钢包内预先加入了多元铝铁合金块，多元铝铁合金块的化学组成及质量分数％为：45.76Al,0.19C,16.54Si,7.45Ca,余量Fe，多元铝铁合金块的尺寸为100～150mm×200～250mm×30～50mm，多元铝铁合金块加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.12％；

②当步骤①钢包内钢水温度降至1585℃时，继续向钢包内用喂丝机加入铝包合金丝，铝包合金丝由外皮金属铝带和粉芯材料两部分组成，其中粉芯材料包括120-180nm的铌铁粉(铌铁粉的化学成分质量分数为：51.23％Nb,1.35％Si,0.67％C,0.037％S,0.028％P,余量为Fe)，20-50μm的钒氮合金粉(氮化钒铁粉的化学成分质量分数为：53.41％V,10.36％N,0.55％C,1.04％Si,0.052％P,0.035％S,1.16％Al,余量Fe)，20-50μm的稀土硅铁粉(稀土硅铁粉的化学成分质量分数为：27.41％RE,38.86％Si,1.48％Mn,3.06％Ca,1.24％Ti，余量为Fe)和20-50μm的铜镁合金粉(铜镁合金粉的化学成分质量分数为：20％Mg,80％Cu。)，各种合金粉末占粉芯材料的质量分数比如下：铌铁粉25％，钒氮合金粉35％，稀土硅铁粉30％，铜镁合金粉10％，粉芯材料占铝包合金丝总质量的55％，铝包合金丝的制备方法是将上述粉芯材料放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的金属铝带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形，继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至Φ8.0mm即可满足要求，铝包合金丝加入量占钢包内钢水质量分数的0.20％；

③步骤②中的钢包内钢水经扒渣、静置后，当温度降至1493℃时，浇入大型铸型，钢水浇注26小时后开箱入缓冷坑，当铸件温度低于120℃后出坑切割浇口和冒口，即可获得凝固组织细小和夹杂物少的厚壁铸钢件，其平均抗拉强度比普通方法生产的厚壁铸钢件提高35.7％，平均冲击韧性比普通方法生产的厚壁铸钢件提高50.3％。

实施例2：

一种含碳量0.29％、壁厚290mm的碳钢铸件的凝固组织细化和净化方法，其特征是先在电炉内采用硅铁和锰铁以及硅钙钡合金预脱氧，将终脱氧和细化凝固组织工艺结合成一起，在钢包内进行，具体工艺步骤是：

①先在5吨电炉内熔炼铸钢材料，当钢水温度升至1587℃时，分别加入占炉内钢水质量分数0.6％的硅铁(硅铁的化学成分质量分数为：79.57％的Si，0.15％的C，0.009％的S，0.021％的P，余量为Fe)和0.5％的锰铁(锰铁的化学成分质量分数为：0.59％C,75.42％Mn,2.07％Si,0.12％P,0.012％S,余量为Fe)预脱氧，当钢水温度升至1609℃时，继续加入占炉内钢水质量分数0.50％的硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数为：44.81％的Si、11.96％的Ca、10.04％的Ba、0.37％的C、0.034％的P、0.048％的S，余量为Fe)预脱氧，当钢水炉前调整成分合格后将其升温至1646℃时出炉至钢包，钢包内预先加入了多元铝铁合金块，多元铝铁合金块的化学组成及质量分数％为：47.65Al,0.30C,17.62Si,6.08Ca,余量Fe，多元铝铁合金块的尺寸为100～150mm×200～250mm×30～50mm，多元铝铁合金块加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.18％；

②当步骤①钢包内钢水温度降至1607℃时，继续向钢包内用喂丝机加入铝包合金丝，铝包合金丝由外皮金属铝带和粉芯材料两部分组成，其中粉芯材料包括120-180nm的铌铁粉(铌铁粉的化学成分质量分数为：59.48％Nb,1.16％Si,0.39％C,0.028％S,0.031％P,余量为Fe)，20-50μm的钒氮合金粉(氮化钒铁粉的化学成分质量分数为：57.90％V,11.85％N,0.29％C,1.85％Si,0.067％P,0.019％S,1.73％Al,余量Fe)，20-50μm的稀土硅铁粉(稀土硅铁粉的化学成分质量分数为：29.21％RE,41.84％Si,2.37％Mn,3.91％Ca,2.66％Ti，余量为Fe)和20-50μm的铜镁合金粉(铜镁合金粉的化学成分质量分数为：25％Mg,75％Cu。)，各种合金粉末占粉芯材料的质量分数比如下：铌铁粉30％，钒氮合金粉30％，稀土硅铁粉25％，铜镁合金粉15％，粉芯材料占铝包合金丝总质量的60％，铝包合金丝的制备方法是将上述粉芯材料放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的金属铝带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形，继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至Φ6.5mm即可满足要求，铝包合金丝加入量占钢包内钢水质量分数的0.35％；

③步骤②中的钢包内钢水经扒渣、静置后，当温度降至1518℃时，浇入大型铸型，钢水浇注48小时后开箱入缓冷坑，当铸件温度低于120℃后出坑切割浇口和冒口，即可获得凝固组织细小和夹杂物少的厚壁铸钢件，其平均抗拉强度比普通方法生产的厚壁铸钢件提高37.2％，平均冲击韧性比普通方法生产的厚壁铸钢件提高54.9％。

实施例3：

一种含碳量0.36％、壁厚340mm的低合金钢铸件的凝固组织细化和净化方法，其特征是先在电炉内采用硅铁和锰铁以及硅钙钡合金预脱氧，将终脱氧和细化凝固组织工艺结合成一起，在钢包内进行，具体工艺步骤是：

①先在3吨电炉内熔炼铸钢材料，当钢水温度升至1581℃时，分别加入占炉内钢水质量分数0.5％的硅铁(硅铁的化学成分质量分数为：75.37％的Si，0.12％的C，0.013％的S，0.025％的P，余量为Fe)和0.6％的锰铁(锰铁的化学成分质量分数为：0.78％C,78.41％Mn,1.06％Si,0.10％P,0.015％S,余量为Fe)预脱氧，当钢水温度升至1592℃时，继续加入占炉内钢水质量分数0.25％的硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数为：42.53％的Si、10.91％的Ca、10.86％的Ba、0.52％的C、0.028％的P、0.033％的S，余量为Fe)预脱氧，当钢水炉前调整成分合格后将其升温至1637℃时出炉至钢包，钢包内预先加入了多元铝铁合金块，多元铝铁合金块的化学组成及质量分数％为：47.24Al,0.10C,17.15Si,6.99Ca,余量Fe，多元铝铁合金块的尺寸为100～150mm×200～250mm×30～50mm，多元铝铁合金块加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.15％；

②当步骤①钢包内钢水温度降至1594℃时，继续向钢包内用喂丝机加入铝包合金丝，铝包合金丝由外皮金属铝带和粉芯材料两部分组成，其中粉芯材料包括120-180nm的铌铁粉(铌铁粉的化学成分质量分数为：55.92％Nb,1.59％Si,0.71％C,0.038％S,0.027％P,余量为Fe)，20-50μm的钒氮合金粉(氮化钒铁粉的化学成分质量分数为：56.53％V,10.92％N,0.27％C,1.60％Si,0.071％P,0.046％S,1.69％Al,余量Fe)，20-50μm的稀土硅铁粉(稀土硅铁粉的化学成分质量分数为：28.50％RE,39.87％Si,1.38％Mn,2.64％Ca,2.59％Ti，余量为Fe)和20-50μm的铜镁合金粉(铜镁合金粉的化学成分质量分数为：23％Mg,77％Cu。)，各种合金粉末占粉芯材料的质量分数比如下：铌铁粉28％，钒氮合金粉32％，稀土硅铁粉28％，铜镁合金粉12％，粉芯材料占铝包合金丝总质量的58％，铝包合金丝的制备方法是将上述粉芯材料放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的金属铝带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形，继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至Φ8.0mm即可满足要求，铝包合金丝加入量占钢包内钢水质量分数的0.27％；

③步骤②中的钢包内钢水经扒渣、静置后，当温度降至1499℃时，浇入大型铸型，钢水浇注40小时后开箱入缓冷坑，当铸件温度低于120℃后出坑切割浇口和冒口，即可获得凝固组织细小和夹杂物少的厚壁铸钢件，其平均抗拉强度比普通方法生产的厚壁铸钢件提高38.0％，平均冲击韧性比普通方法生产的厚壁铸钢件提高57.5％。

本发明用于生产厚壁铸钢件，凝固组织明显细化，夹杂物少，导致其抗拉强度和冲击韧性大幅度提高，确保了大型厚壁铸钢件的安全应用，推广本发明成果具有良好的经济和社会效益。

Claims

1.一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，具体工艺步骤是：

2.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，锰铁的化学成分质量分数为：0.5-1.5％C,75-82％Mn,<2.5％Si,<0.2％P,<0.02％S,余量为Fe。

3.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，硅铁的化学成分质量分数为：72～80％的Si，<0.2％的C，≤0.02％的S，≤0.04％的P，余量为Fe。

4.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45％的Si、10～12％的Ca、10～12％的Ba、≤0.8％的C、≤0.04％的P、≤0.06％的S，余量为Fe。

5.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，铌铁粉的化学成分质量分数为：50-60％Nb,<2.0％Si,<1.0％C,<0.05％S,<0.04％P,余量为Fe。

6.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，氮化钒铁粉的化学成分质量分数为：53-58％V,10-12％N,<0.6％C,<2.5％Si,<0.08％P,<0.05％S,<2.0％Al,余量Fe。

7.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，铜镁合金粉的化学成分质量分数为：20-25％Mg,75-80％Cu。

8.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，稀土硅铁粉的化学成分质量分数为：27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe。

9.按照权利要求1所述的一种厚壁铸钢件凝固组织细化和净化方法，其特征在于，铝包合金丝的制备方法是将上述粉芯材料放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的金属铝带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形，继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至Φ6.5-8.0mm即可满足要求。

10.按照权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的一种厚壁铸钢件。