适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺的制作方法

本发明涉及金属冶炼以及连续铸钢领域，尤其是一种适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺。

背景技术：

随着连铸浇注工艺的普及以及连铸圆坯产品的快速发展，其在针对风电法兰等环型锻件的加工过程中由于连铸圆坯相对于环锻件属于近终型坯料，其加工工艺得以节省，致使其加工效率提高，同时可适用于大批量的生产加工。然而，通过连铸圆坯加工所得的环形锻件往往会在靠近其中心区域出现裂纹，致使其合格率难以得到保证。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺，其可使得成型后的连铸圆坯避免其内部中心等轴晶区面积过大，进而使得通过连铸圆坯加工所得的环型锻件部裂纹现象得以消除。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺，其包括有如下工艺步骤：

1)取适量废钢置于电炉之中通过电极对其加热，在加热过程中兑入铁水，以对电炉内物料进行冶炼；

2)将步骤1）中冶炼所得的钢水置于精炼设备中进行精炼处理；

3)将盛装有步骤2）中精炼所得的钢水的钢包置于连铸回转台之上，将钢水导入至圆形结晶器之中进行结晶处理直至坯件成型，并对于成型后的坯件进行冷却处理；

所述步骤3）中，钢水于连铸设备之中包含有对于钢水的电磁搅拌工艺，其包括有结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌，其中，结晶器电磁搅拌至多为100A/2Hz，凝固末端电磁搅拌的参数至多为400A/6Hz；坯件进行冷却过程中采用气雾喷淋冷却的方式对其进行冷却，其喷淋长度至少为1.65米，喷淋过程中的比水量至少为0.12L/kg。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，废钢与铁水之间的重量百分比为：废钢15至30％、铁水70至85％；所述步骤2）中，步骤1）中冶炼所得钢水导出时，钢水中磷的含量至多为0.008％，碳的含量为0.05％至0.10％。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，废钢与铁水于电炉内进行冶炼过程中采用偏心炉底出钢方式进行出钢。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中，钢水的精炼处理包括有：

2.1）将步骤1）中冶炼所得钢水导入钢包炉内进行精炼，精炼过程向钢包炉内导入氩气进行搅拌处理；

2.2）将步骤2.1）中所得钢水导入真空脱气炉中进行精炼处理；

2.3）对于步骤2.2）中处理后的钢水进行吹软氩处理，吹软氩时间至少为15分钟。

作为本发明的一种改进，所述步骤2.2）中，真空脱气炉内的高真空度至少为67Pa；钢水于真空脱气炉之中进行高真空度处理的时间至少为15分钟。

采用上述工艺步骤，其通过对于钢水冶炼过程中的冶炼工艺及其参数进行改进，使得用于进行连铸浇注的钢水纯净度得以改善，致使通过上述钢水连铸浇注所得的圆坯的质量得以提高。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中，完成精炼处理的钢水由如下组分按其重量百分比构成：C：0.15％～0.17％、Si：0.22％～0.28％、Mn：1.32％～1.40％、P：≤0.013％、S：≤0.005％、Nb：0.025％～0.040％、V：0.030％～0.050％、Al：0.025％～0.035％、B：0.0010％～0.0018％、H：≤0.0002％、O：≤0.0025％、N：0.0080％～0.0110％、As：≤0.015％、Sn：≤0.01％、Sb：≤0.01％、Pb：≤0.01％、Bi：≤0.01％、Cr：≤0.1％、Ni：≤0.1％、Cu：≤0.1％、Mo：≤0.1％、Ti：≤0.1％。

作为本发明的一种改进，所述完成精炼处理的钢水之中，As、Sn、Sb、Pb、Bi的重量百分比之和至多为0.035％。

采用上述技术方案，其可通过以上述组分构成的钢水进行圆坯的连铸浇注，从而通过不同组分之间的相互配合，以使得钢水以及成型的圆坯质量得以改善，以避免圆坯在环型锻件加工过程中，由于其材料性能不佳以导致内部裂纹的出现。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，将盛装有步骤2）中精炼所得的钢水的钢包置于连铸回转台之上，并将钢水通过长水口氩封保护的方式导入至中间包之中；位于中间包内的钢水通过内装式浸入式水口导入至圆形结晶器之中。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）之中，钢水在进行连铸浇注过程中采用保护渣覆盖。

采用上述技术方案的适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺，其可依次通过钢水的冶炼、精炼以及连铸浇注处理，以实现圆坯的生产加工；冶炼过程中，其通过兑入铁水进行冶炼可提高冶炼速度的同时控制钢中有害元素。成型后的坯件在宏观角度下，其由外至内依次分布有细小等轴晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。在连铸圆坯成型过程中，细小等轴区和柱状晶区由于受到强冷而形成，故其相对比较密实，而中心等轴晶区由于温度梯度小，在凝固后期形成粗大的等轴晶粒，上述粗大等轴晶粒之间由低熔点的液体填充。当加工温度低于临界温度时低熔点液体突然凝固，其凝固收缩后产生缝隙，致使连铸坯件在宏观上于中心等轴晶区区域形成疏松现象。

上述圆坯在连铸浇注过程中，其首先通过结晶器电磁搅拌以使得钢水在结晶过程中的温度得以均匀化，并促进钢水中的气泡和夹杂物上浮，以提高成型后的圆坯表面质量，同时，本申请中对于结晶器电磁搅拌的强度进行控制，避免因其搅拌强度过大而可能导致的钢水液相中的结晶率提高，致使其圆坯在低倍观察下的中心等轴晶区面积过大。与此同时，上述连铸浇注工艺进一步采用末端电磁搅拌以在加工过程中的糊状区温度得以均匀，并通过对末端电磁搅拌的强度进行控制，以使得糊状区中的低熔点杂质集中于糊状区中部区域，致使其后期可在环形锻件冲孔过程中将其消除，以间接提高了采用本申请中的连铸圆坯进行铸造的环形锻件的探伤合格率。

与此同时，上述圆坯在连铸浇注过程中进一步对于其冷却工艺进行控制，即延长冷却长度并增加冷却过程中的比水量；上述冷却工艺的改善一方面可提高连铸圆坯中凝固前沿与表面之间的温度梯度，致使其在低倍观察下有助于连铸圆坯内部柱状晶区的发展，以缩小中心等轴晶区的面积，致使中心等轴晶区集中于环形锻件加工过程中冲孔范围内，以避免环形锻件内部大颗粒等轴晶粒出现的可能。

综合上述分析，本申请中的适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺通过对于电磁搅拌以及冷却工艺的改进，使得成型后的坯件在低倍观察下，其柱状晶区的面积得以增加，致使中心等轴晶区的面积得以减小并集中于坯件的中心区域，即对应于环型锻件加工过程中的冲孔区域内。上述连铸圆坯中，中心等轴晶区形成的粗大等轴晶粒可在环型锻件加工过程中，通过冲孔将其一并去除，以避免成型后的环型锻件之中存留有粗大等轴晶粒，进而在改善连铸圆坯的疏松状态的前提下，有效避免环型锻件内部出现裂纹现象。

附图说明

图1为现有的连铸圆坯生产工艺所得连铸圆坯在低倍组织下的纵向剖视图；

图2为本申请的连铸圆坯生产工艺所得连铸圆坯在低倍组织下的纵向剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种适用于加工环型锻件的连铸圆坯生产工艺，其包括有如下工艺步骤：

1)取适量废钢置于电炉之中通过电极对其加热，在加热过程中兑入铁水，以对电炉内物料进行冶炼；

2)将步骤1）中冶炼所得的钢水置于精炼设备中进行精炼处理；

3)将盛装有步骤2）中精炼所得的钢水的钢包置于连铸回转台之上，将钢水导入至圆形结晶器之中进行结晶处理直至坯件成型，并对于成型后的坯件进行冷却处理；

所述步骤3）中，钢水于连铸设备之中包含有对于钢水的电磁搅拌工艺，其包括有结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌，其中，结晶器电磁搅拌至多为100A/2Hz，凝固末端电磁搅拌的参数至多为400A/6Hz；坯件进行冷却过程中采用气雾喷淋冷却的方式对其进行冷却，其喷淋长度至少为1.65米，喷淋过程中的比水量至少为0.12L/kg。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，废钢与铁水之间的重量百分比为：废钢15％、铁水85％；所述步骤2）中，步骤1）中冶炼所得钢水导出时，钢水中磷的含量至多为0.008％，碳的含量为0.05％。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，废钢与铁水于电炉内进行冶炼过程中采用偏心炉底出钢方式进行出钢。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中，钢水的精炼处理包括有：

2.1）将步骤1）中冶炼所得钢水导入钢包炉内进行精炼，精炼过程向钢包炉内导入氩气进行搅拌处理；

2.2）将步骤2.1）中所得钢水导入真空脱气炉中进行精炼处理；

2.3）对于步骤2.2）中处理后的钢水进行吹软氩处理，吹软氩时间至少为15分钟。

作为本发明的一种改进，所述步骤2.2）中，真空脱气炉内的高真空度至少为67Pa；钢水于真空脱气炉之中进行高真空度处理的时间至少为15分钟。

采用上述工艺步骤，其通过对于钢水冶炼过程中的冶炼工艺及其参数进行改进，使得用于进行连铸浇注的钢水纯净度得以改善，致使通过上述钢水连铸浇注所得的圆坯的质量得以提高。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中，完成精炼处理的钢水由如下组分按其重量百分比构成：C：0.15％、Si：0.22％、Mn：1.32％、P：0.013％、S：0.005％、Nb：0.025％、V：0.030％％、Al：0.025％％、B：0.0010％％、H：0.0002％、O：0.0025％、N：0.0080％、As：0.015％、Sn：0.01％、Sb：0.01％、Pb：0.01％、Bi：0.01％、Cr：0.1％、Ni：0.1％、Cu：0.1％、Mo：0.1％、Ti：0.1％。

作为本发明的一种改进，所述完成精炼处理的钢水之中，As、Sn、Sb、Pb、Bi的重量百分比之和至多为0.035％。

采用上述技术方案，其可通过以上述组分构成的钢水进行圆坯的连铸浇注，从而通过不同组分之间的相互配合，以使得钢水以及成型的圆坯质量得以改善，以避免圆坯在环型锻件加工过程中，由于其材料性能不佳以导致内部裂纹的出现。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，将盛装有步骤2）中精炼所得的钢水的钢包置于连铸回转台之上，并将钢水通过长水口氩封保护的方式导入至中间包之中；位于中间包内的钢水通过内装式浸入式水口导入至圆形结晶器之中。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）之中，钢水在进行连铸浇注过程中采用保护渣覆盖。

以φ700mm规格的连铸圆坯进行分析，针对采用原有工艺铸造的连铸圆坯所加工所得的环形锻件样品进行分析；对于环形锻件样品进行探伤检测即可发现其内部缺陷分布在距内环侧20～30mm的圆周之上，缺陷本体宽度在30～50mm之间，且呈连续性。为进一步获悉上述缺陷产生的原因，对于环形锻件样品进行低倍酸洗检验，发现样品表面存在多个微裂纹，裂纹存在于样品内部缺陷区域范围内，其呈发纹状，且裂纹区域的边界线清晰明显。基于上述分析可知，环形锻件样品在探伤过程中所检测到的缺陷是由于裂纹产生。

进一步对于用于生产的环形锻件样品的连铸圆坯进行分析，通过低倍组织观察可知，连铸圆坯内部其由外至内依次分布有细小等轴晶区、柱状晶区和中心等轴晶区；其中，细小等轴晶区与柱状晶区的晶粒细小而密实，并且其在连铸圆坯进行镦粗与捻环时在外部受力状态下得以进一步的紧实处理，而避免该区域的连铸圆坯产生疏松状态；而中心等轴晶区由于其晶粒较大，且其分布于连铸圆坯靠近中心区域，故使得其无法在外力作用下得以闭合，以使得连铸圆坯在中心等轴晶区对应区域形成疏松状态。

对比之下，采用上述技术方案的适用于环型锻件加工的连铸圆坯生产工艺，其可依次通过钢水的冶炼、精炼以及连铸浇注处理，以实现圆坯的生产加工。成型后的坯件在宏观角度下，其由外至内依次分布有细小等轴晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。在连铸圆坯成型过程中，细小等轴区和柱状晶区由于受到强冷而形成，故其相对比较密实，而中心等轴晶区由于温度梯度小，在凝固后期形成粗大的等轴晶粒，上述粗大等轴晶粒之间由低熔点的液体填充。当加工温度低于临界温度时低熔点液体突然凝固，其凝固收缩后产生缝隙，致使连铸坯件在宏观上于中心等轴晶区域形成疏松现象。

上述圆坯在连铸浇注过程中，其首先通过结晶器电磁搅拌以使得钢水在结晶过程中的温度得以均匀化，并促进钢水中的气泡和夹杂物上浮，以提高成型后的圆坯表面质量，同时，本申请中对于结晶器电磁搅拌的强度所进行的控制，避免因其搅拌强度过大而可能导致的钢水液相中的结晶率提高，致使其圆坯在低倍组织观察下的中心等轴晶区面积过大。与此同时，上述连铸浇注工艺进一步采用末端电磁搅拌以在加工过程中的糊状区温度得以均匀，并通过对于末端电磁搅拌的强度控制，以使得糊状区中的低熔点杂质集中于糊状区中部区域，致使其后期可在环形锻件冲孔过程中将其消除，以间接提高了采用本申请中的连铸圆坯进行铸造的环形锻件的探伤合格率。

与此同时，上述圆坯在连铸浇注过程中进一步对于其冷却工艺进行控制，即延长冷却长度并增加冷却过程中的比水量；上述冷却工艺的改善一方面可提高连铸圆坯中凝固前沿与表面之间的温度梯度，致使其在低倍组织观察下有助于连铸圆坯内部柱状晶区的发展，以缩小中心等轴晶区的面积，致使中心等轴晶区集中于环形锻件加工过程中冲孔范围内，以避免环形锻件内部大颗粒等轴晶粒出现的可能。

综合上述分析，本申请中的适用于环型锻件加工的连铸圆坯生产工艺通过对于电磁搅拌以及冷却工艺的改进，使得成型后的坯件在低倍观察下，其柱状晶区的面积得以增加，致使中心等轴晶区的面积得以减小并集中于坯件的中心区域，即对应于环型锻件加工过程中的冲孔区域内。上述连铸圆坯中，中心等轴晶区对应形成的粗大等轴晶粒可在环型锻件加工过程中，通过冲孔将其一并去除，以避免成型后的环型锻件之中存留有粗大等轴晶粒，进而在改善连铸圆坯的疏松状态的前提下，有效避免环型锻件内部出现裂纹现象。

图1为采用现有的连铸圆坯生产工艺所得连铸圆坯在低倍组织下的纵向剖视图，图2为采用本申请的连铸圆坯生产工艺所得连铸圆坯在低倍组织下的纵向剖视图，由图1与图2的对比可获知，图2中间区域的中心等轴晶带面积明显较于图1中中间区域的中心等轴晶带面积得以减小（由265mm减小至57.5mm），故此，采用本申请中的连铸圆坯生产工艺所得连铸圆坯，其中心等轴晶带面积可得以减小。

实施例2

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，废钢与铁水之间的重量百分比为：废钢30％、铁水70％；所述步骤2）中，步骤1）中冶炼所得钢水导出时，钢水中磷的含量至多为0.008％，碳的含量为0.10％。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中，完成精炼处理的钢水由如下组分按其重量百分比构成：C：0.17％、Si：0.28％、Mn：1.40％、P：0.010％、S：0.003％、Nb：0.040％、V：0.050％、Al：0.035％、B：0.0018％、H：0.0001％、O：0.0018％、N：0.0110％、As：0.012％、Sn：0.01％、Sb：0.01％、Pb：0.01％、Bi：0.01％、Cr：0.1％、Ni：0.1％、Cu：0.1％、Mo：0.1％、Ti：0.1％。

本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。

实施例3

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，废钢与铁水之间的重量百分比为：废钢23％、铁水78％；所述步骤2）中，步骤1）中冶炼所得钢水导出时，钢水中磷的含量至多为0.008％，碳的含量为0.08％。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中，完成精炼处理的钢水由如下组分按其重量百分比构成：C：0.16％、Si：0.25％、Mn：1.36％、P：0.013％、S：0.005％、Nb：0.030％、V：0.040％、Al：0.030％、B：0.0015％、H：0.0002％、O：0.0025％、N：0.010％、As：0.015％、Sn：0.01％、Sb：0.01％、Pb：0.01％、Bi：0.01％、Cr：0.1％、Ni：0.1％、Cu：0.1％、Mo：0.1％、Ti：0.1％。

本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。