專利名稱：高錳鋼熔煉工藝及高錳鋼鑄件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種合金結(jié)構(gòu)鋼特別是高錳鋼的熔煉工藝技術(shù)以及使用該技術(shù)澆注的高錳鋼鑄件。
背景技術(shù)：
高錳鋼系奧氏體耐磨鋼，其基體具有一般材料很難達(dá)到的高塑高韌性，高錳鋼鑄件經(jīng)常被用作一些耐磨耐損耐沖擊的機(jī)械零部件。對(duì)高錳鋼熔煉的傳統(tǒng)工藝，機(jī)械工業(yè)出版社1997年出版《鑄造手冊(cè)第二分冊(cè)鑄鋼》一書(shū)中有較為詳細(xì)的描述，其工藝要求在爐料化清后加入烤紅的錳鐵并要充分?jǐn)嚢桎撘?；另?003年第3期的《新技術(shù)新工藝》熱加工技術(shù)上刊載了由昆明理工大學(xué)和攀鋼集團(tuán)機(jī)制公司合著的文章“高錳鋼熔煉工藝對(duì)夾雜物的影響”，該文章強(qiáng)調(diào)合金化錳鐵應(yīng)在預(yù)脫氧后加入，合金化錳鐵應(yīng)充分預(yù)熱，分批加入，每批加入后要進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?br> 傳統(tǒng)的工藝對(duì)普通民用高錳鋼的熔煉和鑄造基本能滿足要求，民用高錳鋼鑄件都是在粗糙的環(huán)境中工作，如破碎機(jī)、履帶等，因而對(duì)鑄件的表面及內(nèi)在缺陷要求不高。但在航空零件的制造中，使用上述工藝就難以鑄造出能滿足我國(guó)航空工業(yè)有關(guān)結(jié)構(gòu)鋼熔模鑄件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，目測(cè)和熒光檢查時(shí)大多存在表面凹下缺陷、夾渣及裂紋現(xiàn)象，不能滿足高質(zhì)量要求的航空零件使用要求。
分析出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因，在高錳鋼的熔煉中，鋼液中的自由氧與錳、鐵和碳元素結(jié)合生成氧化錳、氧化鐵和一氧化碳、二氧化碳?xì)怏w，氣體逸出鋼液，氧化鐵在1420℃時(shí)即可溶解，F(xiàn)e元素被鋼液中的C和Mn所取代還原，因而鋼液中的氧化物大都是氧化錳，氧化錳是一種密度大，分解溫度高(約1650℃)，不易清除的氧化渣，傳統(tǒng)工藝要求對(duì)鋼液要充分?jǐn)嚢?，必然?huì)增加鋼液中的自由氧，而導(dǎo)致更多的氧化錳渣形成。眾所周知的是鋼液中的含渣量是影響鑄件質(zhì)量的重要原因，因此盡可能的減少鋼液中氧化錳渣的含量是提高高錳鋼鑄件質(zhì)量的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)工藝的分析，要提高高錳鋼鑄件的質(zhì)量，重點(diǎn)是在高錳鋼的熔煉中控制爐內(nèi)渣的形成和如何排除爐內(nèi)渣。本發(fā)明的目的就是提供一種利用感應(yīng)電爐熔煉高錳鋼的新工藝以及使用該工藝方法所鑄造的高質(zhì)量高錳鋼鑄件。
高錳鋼的基本元素為Fe，主要元素為Mn(10％-14％)和C(1％-1.4％)，熔煉時(shí)通常采用錳鐵、碎電極碳和鋼棒為原料，其特征在于在覆蓋劑的保護(hù)下，首先將錳鐵和碎電極一次性裝入爐內(nèi)，然后再將鋼棒置于錳鐵和和碎電極上，隨即高功率送電熔化，整個(gè)熔化過(guò)程中金屬液始終處于覆蓋劑的保護(hù)之下，不允許攪拌液面，待全部原料化清后更換覆蓋劑，迅速升溫至1500℃-1680℃加入一種晶粒細(xì)化劑，停止加溫靜置2-6分鐘后出爐澆注高錳鋼鑄件。
高錳鋼熔煉時(shí)，原料中也可以有一定比例的回爐料，回爐料的加入是和鋼棒一起置于錳鐵和碎電極之上。
所述的覆蓋劑是一種碳酸鹽類物質(zhì)如MeC03，該鹽類物質(zhì)中的金屬元素(Me)與氧的親合力比錳強(qiáng)，同時(shí)要求其金屬氧化物密度小，熔點(diǎn)高，高溫下不流散，也就是形成的氧化物渣易浮在合金液面上被清除，該覆蓋劑的主要成分可以是碳酸鎂或碳酸鋰。
所述的晶粒細(xì)化劑是一種金屬元素，其與氧的親合力比錳強(qiáng)，同時(shí)其形成的氧化物是一種致密的高熔點(diǎn)微粒，可以大量的作為高錳鋼合金的結(jié)晶核心，防止因鋼液的高溫靜置而導(dǎo)致的高錳鋼晶粒粗大，影響鑄件質(zhì)量。
本發(fā)明的高錳鋼熔煉工藝，在熔清過(guò)程中，升溫的初期100℃-200℃時(shí)爐內(nèi)的原料基本上是固體不易氧化，而原料中的自由氧首先隨潮濕空氣的蒸發(fā)而減少，隨著爐溫的進(jìn)一步升高，位于爐底的合金化錳鐵和碳逐步熔化，由于在熔煉過(guò)程中鋼液始終處于覆蓋劑的保護(hù)下，禁止攪拌破壞液面，最大程度的減少了空氣中的氧與鋼液接觸，使鋼液中氧化錳渣的生成減低到最少。
傳統(tǒng)工藝只所以對(duì)鋼液要進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，是因?yàn)殄i鐵在鋼液熔化后加入，鋼液的密度比錳鐵小很多，錳鐵自然下沉，而錳的比熱容(481.48J/Kg.℃)大于鐵的比熱容(460.55J/Kg.℃)熔化速度慢可能造成合金的偏析和金屬錳結(jié)凍，為避免偏析和結(jié)凍，傳統(tǒng)工藝采取對(duì)錳鐵預(yù)熱燒紅并分批加入熔化的鋼液中，同時(shí)對(duì)鋼液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁沟每諝庵械难醮罅窟M(jìn)入鋼液與金屬錳結(jié)合形成氧化錳渣，最終影響高錳鋼鑄件的質(zhì)量。
本發(fā)明的高錳鋼熔煉方法，雖然錳鐵在爐內(nèi)熔煉的時(shí)間較長(zhǎng)，但錳鐵處在嚴(yán)格的與氧隔離狀態(tài)下，因此錳鐵反而比現(xiàn)有工藝燒損少，形成的氧化錳渣也少；同時(shí)，因?yàn)槲挥跔t底的錳鐵和碳電極首先受熱熔化成液體，位于其上的鋼棒逐漸熔化滑入爐底，將錳鐵熔液擠向上部，趨于均勻狀態(tài)，避免了通過(guò)攪拌實(shí)現(xiàn)各合金元素之間的均勻融合。實(shí)踐中我們共熔煉了7爐，從未出現(xiàn)合金化學(xué)成分不合格的現(xiàn)象，也未出現(xiàn)錳大量燒損現(xiàn)象。使用該熔煉方法澆注的高錳鋼鑄件經(jīng)過(guò)熱處理后，鑄件的表面光滑，其顯微組織為均一的奧氏體，多余的碳化物完全溶解于奧氏體中，熒光檢測(cè)鑄件表面的夾渣和氣孔其最大直徑小于3毫米，夾渣和氣孔的數(shù)量在25平方厘米的表面上不超過(guò)3個(gè)，氣孔之間的距離大于15毫米。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，發(fā)明工藝最大限度的降低了氧化錳渣的形成，大大提高了高錳鋼鑄件的質(zhì)量，滿足了我國(guó)航空工業(yè)有關(guān)結(jié)構(gòu)鋼熔模鑄件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(HB5001-92)的要求。
具體實(shí)施例使用中頻感應(yīng)電爐熔煉高錳鋼合金，主要原料有碳素鋼GB699，規(guī)格φ80mm×250mm；錳鐵GB3795 FeMn84C0.4，塊度≤5×10×30；純鋁GB1196；覆蓋劑選用的是除渣劑，主要成分是碳酸鎂。
裝爐時(shí)，爐底裝入一層覆蓋劑，將計(jì)算所需的錳鐵(含燒損)及計(jì)算所需的碳(含燒損)以碎電極的形式加入爐內(nèi)，在錳鐵和碳電極之上再撒上一層覆蓋劑，然后將碳素鋼鋼棒以及回爐料垂直擠緊插入錳鐵和碎電極上，隨即高功率送電熔化，整個(gè)熔化過(guò)程中金屬液始終處于覆蓋劑保護(hù)之下，不允許輕易破壞液面，待爐內(nèi)原料全部化清后，將金屬液面的覆蓋劑扒掉，同時(shí)迅速換上新的覆蓋劑蓋上，將爐溫升至1600℃時(shí)向爐內(nèi)加入占金屬液重量0.03％～0.08％的金屬鋁，停電靜置4分鐘后出爐澆注。
如果鋼液先注入澆包，則在澆包內(nèi)預(yù)先放入0.01％的純鋁。放入純鋁的目的是防止鋼液在倒包過(guò)程中帶入空氣中的氧與錳反應(yīng)生成氧化錳渣。
使用上述熔煉方法澆注的高錳鋼鑄件經(jīng)過(guò)熱處理后，鑄件的表面光滑，其顯微組織為均一的奧氏體，多余的碳化物完全溶解于奧氏體中，熒光檢測(cè)鑄件表面符合我國(guó)航空工業(yè)有關(guān)結(jié)構(gòu)鋼熔模鑄件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(HB5001-92)的要求。
權(quán)利要求
1.高錳鋼合金熔煉工藝，主要原料有錳鐵、碳、鋼棒和覆蓋劑，利用感應(yīng)電爐熔煉，其特征在于在覆蓋劑的保護(hù)下，首先將錳鐵和碎電極一次性裝入爐內(nèi)，然后再將鋼棒置于錳鐵和碎電極上，隨即高功率送電熔化，整個(gè)熔化過(guò)程中金屬液始終處于覆蓋劑的保護(hù)之下，不允許攪拌液面，待全部原料化清后更換覆蓋劑，迅速升溫至1500℃-1680℃加入一種晶粒細(xì)化劑，停止加溫靜置2-6分鐘后出爐澆注高錳鋼鑄件。
2.權(quán)利要求1所述的熔煉高錳鋼合金技術(shù)，其特征在于所述的覆蓋劑的主要成分是碳酸鹽類，該鹽的金屬元素與氧的親合力比錳強(qiáng)。
3.權(quán)利要求1所述的高錳鋼合金熔煉工藝所澆注的高錳鋼鑄件，其特征在于經(jīng)熱處理后的鑄件表面光滑，其顯微組織為均一的奧氏體，多余的碳化物完全溶解于奧氏體中，熒光檢測(cè)鑄件表面的夾渣和氣孔的最大直徑小于3毫米，夾渣和氣孔的數(shù)量在25平方厘米的表面上不超過(guò)3個(gè)，且?jiàn)A渣與氣孔之間的距離大于15毫米。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種合金結(jié)構(gòu)鋼特別是高錳鋼的熔煉工藝技術(shù)以及使用該技術(shù)澆注的高錳鋼鑄件。高錳鋼的基本元素為Fe，主要元素為Mn(10％－14％)和C(1％－1.4％)，采用錳鐵、碎電極碳和鋼棒為原料，其特征在于在覆蓋劑的保護(hù)下，首先將錳鐵和碎電極一次性裝入爐內(nèi)，然后再將鋼棒置于錳鐵和和碎電極上，隨即高功率送電熔化，整個(gè)熔化過(guò)程中金屬液始終處于覆蓋劑的保護(hù)之下，不允許攪拌液面。
文檔編號(hào)C21C5/00GK1743489SQ20041007383
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者劉中心, 武振林, 王奮剛, 惠西勝 申請(qǐng)人:西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司