一种抑制疏松的凝固最低值的确定方法及其应用、一种奥氏体不锈铸锭的制备方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202310159583.1 申请日 2023-02-24
公开(公告)号 CN116341207A 公开(公告)日 2023-06-27
申请人 东北大学; 辽宁省沈抚改革创新示范区东大工业技术研究院; 申请人类型 学校
发明人 李花兵; 朱红春; 倪卓文; 姜周华; 王宇; 冯浩; 张树才; 第一发明人 李花兵
权利人 东北大学,辽宁省沈抚改革创新示范区东大工业技术研究院 权利人类型 学校
当前权利人 东北大学,辽宁省沈抚改革创新示范区东大工业技术研究院 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:辽宁省 城市 当前专利权人所在城市:辽宁省沈阳市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:辽宁省沈阳市和平区文化路3巷11号 邮编 当前专利权人邮编:110819
主IPC国际分类 G06F30/20 所有IPC国际分类 G06F30/20B22D7/00B22D27/09C21C7/06C22C38/02C22C38/38C22C38/58C22C38/22C22C38/44C22C33/06C23C8/26G06F119/08G06F119/14
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司 专利代理人 朱玲艳;
摘要 本 发明 属于 合金 技术领域,具体涉及一种抑制疏松的 凝固 压 力 最低值的确定方法及其应用、一种奥氏体不锈 钢 铸锭 的制备方法。本发明提供的方法无需在实际生产中进行多次重复性试验,通过模拟铸锭的凝固过程即可确定出抑制疏松 缺陷 所需的凝固压力的最低值,且方法精确高效。
权利要求

1.一种抑制疏松的凝固最低值的确定方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据目标铸锭的凝固时间和凝固压力设定值P设,利用式1确定目标铸锭和铸型之间的界面换热系数h;
根据所述目标铸锭的组成,使用Thermo‑Calc热力学计算软件中的scheil凝固模型计算得到目标铸锭在凝固过程中的值随温度变化率和密度值随温度变化率;
确定目标铸锭的固相线温度点T固和液相线温度点T液;
根据所述界面换热系数h、所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固,采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程;
在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随位置变化的数据点,根据式2确定目标铸锭心部的温度梯度Gr;
在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随时间变化的数据点,拟合得到温度‑时间关系直线方程,所述直线方程的斜率为冷却速率vc;
根据式3得到凝固压力计算值Ps;
当Ps≤P设时,以所述凝固压力设定值P设作为凝固压力最低值;
当Ps>P设时,增大所述凝固压力设定值P设,重复上述得到凝固压力计算值Ps的过程,直至所述Ps≤P设;
其中P设为凝固压力设定值,单位为MPa;所述凝固压力设定值P设的取值范围为>
0.1MPa;
‑2 ‑1
h为界面换热系数,单位为w·m ·℃ ;
t为凝固时间,单位为s;
Gr为温度梯度,单位为℃/m;
vc为冷却速率,单位为℃/s;
fL为枝晶间液相体积分数,取值范围为0.8~0.9;
Ps为凝固压力计算值,单位为MPa。
2.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述确定固相线温度点T固和液相线温度T液的方法包括以下步骤:
在圆柱体铸型外壁垂直高度的一半位置处打一个垂直穿透铸型侧壁的通孔,所述通孔的直径为8mm;将热电偶置于通孔中,所述热电偶的测温点与圆柱体铸型内壁的径向距离为
10mm;
记录液在凝固过程中由热电偶测得的温度变化曲线,将温度变化曲线进行微分处理即得到所述固相线温度T固和液相线温度T液。
3.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程包括:
构建和目标铸锭与铸型的体积相同的模型,所述模型中的铸型材料设定为,将所述界面换热系数h作为所述模型中铸锭和铸型的边界条件,将所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固作为所述模型中铸锭的材料参数;所述模型中铸型和空气的换热条件设定为空冷,空气温度设定为20℃,浇铸温度设定为液相线温度T液+(50~60)℃。
4.权利要求1~3任一项所述确定方法在制备奥氏体不锈钢铸锭中的应用。
5.一种奥氏体不锈钢铸锭的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将不锈钢原料依次进行熔化、脱处理和渗氮处理,得到的钢液在凝固压力下进行浇铸和凝固,得到所述奥氏体不锈钢铸锭;
所述凝固压力为按照权利要求1~3任一项所述的确定方法得到的凝固压力最低值。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述奥氏体不锈钢铸锭包括以下质量百分含量的组分:C≤0.2%,N:0.4~1.2%,Mn:13~20%,Cr:15~22%,Si≤1%,Mo:0~
4.5%,Ni:0~25%,余量为Fe。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述脱氧处理采用的脱氧剂包括电解和镍镁合金
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述熔化的温度为液相线温度T液+(60~80)℃,压力为4~10Pa。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述渗氮处理为气体渗氮处理;
所述气体渗氮处理的压力为0.4~1.0MPa,保压时间为10~20min。
10.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述浇铸的温度为液相线温度T液+(50~60)℃。

说明书全文

一种抑制疏松的凝固最低值的确定方法及其应用、一种

奥氏体不锈铸锭的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于合金技术领域,具体涉及一种抑制疏松的凝固压力最低值的确定方法及其应用、一种奥氏体不锈钢铸锭的制备方法。

背景技术

[0002] 由于奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性和机械性能,被广泛应用于航空航天、石油化工、船舶、医疗器械、能源等领域。但在奥氏体不锈钢铸锭凝固过程中容易形成疏松缺陷。疏松缺陷很难通过后续的热机械处理工艺消除,进而导致最终产品的力学性能受到严重影响,更甚者导致材料直接报废。
[0003] 目前,消除铸锭中疏松缺陷的办法一般是通过添加保温冒口改变补缩条件,但是这种方法对原材料的利用率不高,造成了资源的浪费;或者通过改变铸锭高径比或高宽比的方法,但是为了消除偏析、夹杂物等凝固缺陷,奥氏体不锈钢铸锭一般要经过电渣重熔真空自耗等后续工艺的处理,改变铸锭的高径比或高宽比会导致后续工艺无法进行。因此这些方法并不适用于防止奥氏体不锈钢铸锭中疏松缺陷的产生。
[0004] 针对上述存在问题,可以通过对铸锭施加一个凝固压力来实现防止奥氏体不锈钢铸锭中疏松缺陷的产生。通过在浇铸凝固的过程中施加一个气相的凝固压力,可以改变铸锭与铸模之间的换热条件、抑制疏松的形成。因此,凝固压力数值的确定是生产奥氏体不锈钢铸锭的关键,凝固压力过低会导致无法有效抑制疏松缺陷,而凝固压力过高会加大生产难度,提高生产成本,且易引发安全事故。目前只能在实际生产的过程中进行多次重复试验才能确定出最低的凝固压力,费时又费力。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种抑制疏松的凝固压力最低值的确定方法及其应用、一种奥氏体不锈钢铸锭的制备方法,本发明提供的方法无需在实际生产中进行多次试验即可确定出抑制疏松缺陷所需的凝固压力最低值,且方法精确高效。
[0006] 为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0007] 本发明提供了一种抑制疏松的凝固压力最低值的确定方法,包括以下步骤:
[0008] 根据目标铸锭的凝固时间和凝固压力设定值P设,利用式1确定目标铸锭和铸型之间的界面换热系数h;
[0009] 根据所述目标铸锭的组成,使用Thermo‑Calc热力学计算软件中的scheil凝固模型计算得到目标铸锭在凝固过程中的值随温度变化率和密度值随温度变化率;
[0010] 确定目标铸锭的固相线温度点T固和液相线温度点T液;
[0011] 根据所述界面换热系数h、所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固,采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程;
[0012] 在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随位置变化的数据点,根据式2确定目标铸锭心部的温度梯度Gr;
[0013] 在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随时间变化的数据点,拟合得到温度‑时间关系直线方程,所述直线方程的斜率为冷却速率vc;
[0014] 根据式3得到凝固压力计算值Ps;
[0015] 当Ps≤P设时,以所述凝固压力设定值P设作为凝固压力最低值;
[0016] 当Ps>P设时,增大所述凝固压力设定值P设,重复上述得到凝固压力计算值Ps的过程,直至所述Ps≤P设;
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中P设为凝固压力设定值,单位为MPa;所述凝固压力设定值P设的取值范围为>0.1MPa;
[0021] h为界面换热系数,单位为w·m‑2·℃‑1;
[0022] t为凝固时间,单位为s;
[0023] Gr为温度梯度,单位为℃/m;
[0024] vc为冷却速率,单位为℃/s;
[0025] fL为枝晶间液相体积分数,取值范围为0.8~0.9;
[0026] Ps为凝固压力计算值,单位为MPa。
[0027] 优选的,所述确定固相线温度点T固和液相线温度T液的方法包括以下步骤:
[0028] 在圆柱体铸型外壁垂直高度的一半位置处打一个垂直穿透铸型侧壁的通孔,所述通孔的直径为8mm;将热电偶置于通孔中,所述热电偶的测温点与圆柱体铸型内壁的径向距离为10mm;
[0029] 记录钢液在凝固过程中由热电偶测得的温度变化曲线,将温度变化曲线进行微分处理即得到所述固相线温度T固和液相线温度T液。
[0030] 优选的,所述采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程包括:
[0031] 构建和目标铸锭与铸型的体积相同的模型,所述模型中的铸型材料设定为,将所述界面换热系数h作为所述模型中铸锭和铸型的边界条件,将所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固作为所述模型中铸锭的材料参数;所述模型中铸型和空气的换热条件设定为空冷,空气温度设定为20℃,浇铸温度设定为液相线温度T液+(50~60)℃。
[0032] 本发明还提供了上述技术方案所述确定方法在制备奥氏体不锈钢铸锭中的应用。
[0033] 本发明还提供了一种奥氏体不锈钢铸锭的制备方法,包括以下步骤:
[0034] 将不锈钢原料依次进行熔化、脱处理和渗氮处理,得到的钢液在凝固压力下进行浇铸和凝固,得到所述奥氏体不锈钢铸锭;
[0035] 所述凝固压力为按照上述技术方案所述的确定方法得到的抑制疏松的凝固压力最低值。
[0036] 优选的,所述奥氏体不锈钢铸锭包括以下质量百分含量的组分:C≤0.2%,N:0.4~1.2%,Mn:13~20%,Cr:15~22%,Si≤1%,Mo:0~4.5%,Ni:0~25%,余量为Fe。
[0037] 优选的,所述脱氧处理采用的脱氧剂包括电解和镍镁合金。
[0038] 优选的,所述熔化的温度为液相线温度T液+(60~80)℃,压力为4~10Pa。
[0039] 优选的,所述渗氮处理为气体渗氮处理;
[0040] 所述气体渗氮处理的压力为0.4~1.0MPa,保压时间为10~20min。
[0041] 优选的,所述浇铸的温度为液相线温度T液+(50~60)℃。
[0042] 本发明提供了一种抑制疏松的凝固压力最低值的确定方法,包括以下步骤:根据目标铸锭的凝固时间和凝固压力设定值P设,利用式1确定目标铸锭和铸型之间的界面换热系数h;根据所述目标铸锭的组成,使用Thermo‑Calc热力学计算软件中的scheil凝固模型计算得到目标铸锭在凝固过程中的焓值随温度变化率和密度值随温度变化率;根据所述界面换热系数h、所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固,采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程;在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随位置变化的数据点,根据式2确定目标铸锭心部的温度梯度Gr;在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随时间变化的数据点,拟合得到温度‑时间关系直线方程,所述直线方程的斜率为冷却速率vc;根据式3得到凝固压力计算值Ps;当Ps≤P设时,以所述凝固压力设定值P设作为凝固压力最低值;当Ps>P设时,增大所述凝固压力设定值P设,重复上述得到凝固压力计算值Ps的过程,直至所述Ps≤P设。本发明提供的方法无需在实际生产中进行多次重复性试验,通过模拟铸锭的凝固过程即可确定所需的抑制疏松的凝固压力的最低值,且方法精确高效。附图说明
[0043] 图1为实施例1中凝固压力设定值为0.4MPa时得到的换热系数和时间的变化曲线图;
[0044] 图2为实施例1中凝固压力设定值为0.4MPa时得到的焓值随温度的变化曲线图[0045] 图3为实施例1中凝固压力设定值为0.4MPa时得到的密度值随温度的变化曲线图;
[0046] 图4为实施例1中凝固压力设定值为0.6MPa时得到的换热系数和时间的变化曲线图;
[0047] 图5为实施例1中凝固压力设定值为0.6MPa时得到的焓值随温度的变化曲线图;
[0048] 图6为实施例1中凝固压力设定值为0.6MPa时得到的密度值随温度的变化曲线图;
[0049] 图7为验证试验1中得到的奥氏体不锈钢铸锭的实物图;
[0050] 图8为验证试验2中得到的奥氏体不锈钢铸锭的实物图;
[0051] 图9为本发明提供的确定方法的流程示意图。

具体实施方式

[0052] 本发明提供了一种抑制疏松的凝固压力最低值的确定方法,包括以下步骤:
[0053] 根据目标铸锭的凝固时间和凝固压力设定值P设,利用式1确定目标铸锭和铸型之间的界面换热系数h;
[0054] 根据所述目标铸锭的组成,使用Thermo‑Calc热力学计算软件中的scheil凝固模型计算得到目标铸锭在凝固过程中的焓值随温度变化率和密度值随温度变化率;
[0055] 确定目标铸锭的固相线温度点T固和液相线温度点T液;
[0056] 根据所述界面换热系数h、所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固,采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程;
[0057] 在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随位置变化的数据点,根据式2确定目标铸锭心部的温度梯度Gr;
[0058] 在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随时间变化的数据点,拟合得到温度‑时间关系直线方程,所述直线方程的斜率为冷却速率vc;
[0059] 根据式3得到凝固压力计算值Ps;
[0060] 当Ps≤P设时,以所述凝固压力设定值P设作为凝固压力最低值;
[0061] 当Ps>P设时,增大所述凝固压力设定值P设,重复上述得到凝固压力计算值Ps的过程,直至所述Ps≤P设;
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 其中P设为凝固压力设定值,单位为MPa;所述凝固压力设定值P设的取值范围为>0.1MPa;
[0066] h为界面换热系数,单位为w·m‑2·℃‑1;
[0067] t为凝固时间,单位为s;
[0068] Gr为温度梯度,单位为℃/m;
[0069] vc为冷却速率,单位为℃/s;
[0070] fL为枝晶间液相体积分数,取值范围为0.8~0.9;
[0071] Ps为凝固压力计算值,单位为MPa。
[0072] 本发明提供的确定方法的流程示意图如图9所示。
[0073] 在本发明中,所述P设的初始输入值优选为0.4MPa。
[0074] 在本发明中,所述确定固相线温度点T固和液相线温度T液的方法优选包括以下步骤:
[0075] 在圆柱体铸型外壁垂直高度的一半位置处打一个垂直穿透铸型侧壁的通孔,所述通孔的直径为8mm;将热电偶置于通孔中,所述热电偶的测温点与圆柱体铸型内壁的径向距离为10mm;
[0076] 记录钢液在凝固过程中由热电偶测得的温度变化曲线,将温度变化曲线进行微分处理即得到所述所述固相线温度点T固和液相线温度T液。
[0077] 在本发明中,所述采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程优选包括:
[0078] 构建和目标铸锭与铸型的体积相同的模型,所述模型中的铸型材料设定为铸铁,将所述界面换热系数h作为所述模型中铸锭和铸型的边界条件,将所述焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度点T固作为所述模型中铸锭的材料参数;所述模型中铸型和空气的换热条件设定为空冷,空气温度设定为20℃,浇铸温度设定为液相线温度T液+(50~60)℃。
[0079] 在本发明中,所述温度梯度Gr为铸锭中心部位等温面法线方向上的温度变化速率。
[0080] 在本发明中,当增大所述凝固压力设定值P设进行重复验证时,优选为每次增加0.1MPa。
[0081] 本发明还提供了上述技术方案所述确定方法在制备奥氏体不锈钢铸锭中的应用。本发明按照上述技术方案得到抑制疏松的凝固压力最低值,在所述凝固压力最低值的条件下进行浇铸和凝固。
[0082] 本发明还提供了一种奥氏体不锈钢铸锭的制备方法,包括以下步骤:
[0083] 将不锈钢原料依次进行熔化、脱氧处理和渗氮处理,得到的钢液在凝固压力下进行浇铸和凝固,得到所述奥氏体不锈钢铸锭;
[0084] 所述凝固压力为按照上述技术方案所述的确定方法得到的抑制疏松的凝固压力最低值。
[0085] 在本发明中,所述奥氏体不锈钢铸锭优选包括以下质量百分含量的组分:C≤0.2%,N:0.4~1.2%,Mn:13~20%,Cr:15~22%,Si≤1%,Mo:0~4.5%,Ni:0~25%,余量为Fe。
[0086] 在本发明中,所述不锈钢原料优选包括石墨、工业、工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍和金属锰。在本发明中,若无特殊说明,所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0087] 在本发明中,所述原料中各个组分的成分如表1所示;
[0088] 表1原料中各个组分的成分(wt%)
[0089]
[0090]
[0091] 在本发明中,所述熔化的温度优选为液相线温度T液+(60~80)℃;压力优选为4~10Pa,进一步优选为5~9Pa,更优选为6~8Pa。在本发明中,所述熔化优选在真空条件下进行。
[0092] 在本发明中,所述脱氧处理采用的脱氧剂优选包括电解铝和镍镁合金。在本发明中,所述电解铝的质量优选为所述奥氏体不锈钢铸锭质量的0.06wt%;所述镍镁合金的质量优选为所述奥氏体不锈钢铸锭质量的0.1wt%。在本发明中,所述脱氧处理优选在氩气气氛中进行。
[0093] 在本发明中,所述渗氮处理优选为气体渗氮处理;所述气体渗氮处理的压力优选为0.4~1.0MPa,进一步优选为0.5~0.9,更优选为0.6~0.8;保压时间优选为10~20min,进一步优选为12~18min,更优选为13~15min。
[0094] 在发明中,所述熔化、脱氧处理和渗氮处理均在加压感应炉中进行。
[0095] 在本发明中的具体实施例中,所述熔化、脱氧处理和渗氮处理的过程优选为:
[0096] 将工业纯铁、金属铬、金属钼和金属锰添加到加压感应炉的坩埚中,将石墨、工业硅和脱氧剂添加到加压感应炉的加料仓中;
[0097] 将加压感应炉密封抽真空,通电将所述坩埚中的原料加热熔化,得到熔化液;
[0098] 向加压感应炉中通入氩气,将加料仓中的原料加入所述熔化液中,进行脱氧处理,得到脱氧熔液;
[0099] 向加压感应炉中通入氮气,对所述脱氧熔液进行气体渗氮处理,得到钢液。
[0100] 在本发明具体实施例中,所述加压感应炉的额定加料容量为25kg,实际加料容量为20kg;所述加压感应炉的电源的额定功率为50kW;所述加压感应炉的极限真空度为0.1Pa,最高承受压力为6MPa。
[0101] 在本发明中,所述浇铸的温度优选为液相线温度T液+(50~60)℃。本发明对所述浇铸和凝固的时间没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的即可。在本发明中,所述浇铸和凝固均在凝固压力最低值下进行。在本发明中,所述浇铸和凝固在氩气气氛中进行。在本发明中,所述浇铸和凝固在加压感应炉中进行。
[0102] 在本发明的具体实施例中,所述浇铸和凝固的过程优选为:
[0103] 向所述加压感应炉中通入氩气至凝固压力最低值,将钢液依次进行浇铸和凝固。
[0104] 所述凝固完成后,本发明还优选包括对所述加压感应炉进行放气以及对得到的产物进行冷却至室温。本发明对所述放气和冷却的过程没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
[0105] 为了进一步说明本发明,下面结合附图和实施例对本发明提供的一种抑制疏松的凝固压力最低值的确定方法及其应用、一种奥氏体不锈钢铸锭的制备方法进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0106] 实施例1
[0107] 本实施例中奥氏体不锈钢铸锭为19Cr14Mn4Mo,目标成分如表2所示;
[0108] 表2奥氏体不锈钢铸锭的成分控制范围和控制目标
[0109]
[0110] 取凝固压力设定值为0.4MPa,根据式1确定目标铸锭和铸型之间的界面换热系数h‑0.12=651.77t ,得到的换热系数和时间的变化曲线图如图1所示;
[0111] 根据目标铸锭的组成,使用Thermo‑Calc热力学计算软件中的scheil凝固模型计算得到目标铸锭在凝固过程中的焓值随温度变化率和密度值随温度变化率,其中焓值随温度变化率如图2所示,密度值随温度变化率如图3所示;
[0112] 记录钢液在凝固过程中由热电偶测得的温度变化曲线,将冷却曲线进行微分处理即可得到目标铸锭的固相线温度T固为1336℃和液相线温度T液为1390℃;
[0113] 采用PROCAST软件模拟目标铸锭的凝固过程:构建和目标铸锭与铸型的体积相同的模型,所述模型中的铸型材料设定为铸铁,将得到的界面换热系数h作为所述模型中铸锭和铸型的边界条件,将得到的焓值随温度变化率、密度值随温度变化率和固相线温度T固作为所述模型中铸锭的材料参数;所述模型中铸型和空气的换热条件设定为空冷,空气温度设定为20℃,浇铸温度设定为1450℃;
[0114] 在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随位置变化的数据点,根据式2计算目标铸锭心部的温度梯度Gr为24℃/m;
[0115] 在T固±1℃的范围内,提取若干个目标铸锭心部温度随时间变化的数据点,拟合得到温度‑时间关系直线方程,根据直线方程的斜率得到冷却速率vc为4.524℃/s;
[0116] 将得到的温度梯度Gr和冷却速率vc代入式3中得到凝固压力计算值Ps≥0.51MPa;
[0117] 得到的凝固压力计算值Ps大于凝固压力设定值P设,重新选择凝固压力设定值为0.6MPa;
[0118] 重复上述过程,根据式1得到的界面换热吸收为h=704.53t‑0.12,得到的换热系数和时间的变化曲线图如图4所示;使用Thermo‑Calc热力学计算软件中的scheil凝固模型计算得到目标铸锭在凝固过程中的焓值随温度变化率和密度值随温度变化率,其中焓值随温度变化率如图5所示,密度值随温度变化率如图6所示;
[0119] 确定目标铸锭在凝固模拟过程中的固相线温度点T固为1336℃和液相线温度T液为1390℃;模拟计算得到的温度梯度Gr为24.3℃/m,冷却速率vc为4.925℃/s,代入式3中得到凝固压力计算值Ps≥0.55MPa;
[0120] 得到的凝固压力计算值Ps小于凝固压力设定值P设,以凝固压力设定值0.6MPa作为制备奥氏体不锈钢铸锭19Cr14Mn4Mo的过程中抑制疏松所需的凝固压力最低值。
[0121] 验证试验1
[0122] 根据奥氏体不锈钢铸锭19Cr14Mn4Mo的目标成分,将12119.07单质铁、3831.80g单质铬、800.0g单质钼和3109.08g单质锰添加到加压感应炉的坩埚中,将18.209g石墨、89.834g单质硅、12.0g电解铝和20g镍镁合金添加到加压感应炉的加料仓中;
[0123] 将加压感应炉密封抽真空至5Pa,通电将所述坩埚中的原料加热至1470℃进行熔化,得到熔化液;
[0124] 向加压感应炉中通入氩气至0.02MPa,将加料仓中的原料加入熔化液中,进行脱氧处理,得到脱氧熔液;
[0125] 向加压感应炉中通入氮气至压力为0.4MPa,保压20min,对所述脱氧熔液进行气体渗氮处理,得到钢液;
[0126] 在1450℃下进行浇铸,时间为25s;凝固30min后放气,冷却至室温得到的奥氏体不锈钢铸锭;
[0127] 得到的奥氏体不锈钢铸锭的成分如表3所示;
[0128] 表3得到的奥氏体不锈钢铸锭的化学成分
[0129]  C N Si Mn Cr Mo Fe
控制目标/wt% 0.1 0.91 0.49 14.53 19.02 3.81 余量
[0130] 得到的奥氏体不锈钢铸锭的纵剖面实物图如图7所示,从图7可以看出,在凝固压力为0.4MPa下制备的奥氏体不锈钢铸锭的凝固组织疏松缺陷严重。
[0131] 验证试验2
[0132] 按照验证试验1中的方法进行试验,其中通入氩气至凝固压力为0.6MPa,得到奥氏体不锈钢铸锭;
[0133] 得到的奥氏体不锈钢铸锭的成分如表4所示;
[0134] 表4得到的奥氏体不锈钢铸锭的化学成分
[0135]  C N Si Mn Cr Mo Fe
控制目标/wt% 0.1 0.88 0.52 14.2 18.93 3.92 余量
[0136] 得到的奥氏体不锈钢铸锭的纵剖面实物图如图8所示,从图8可以看出,在凝固压力为0.6MPa下制备的奥氏体不锈钢铸锭的凝固组织致密无疏松存在。
[0137] 尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。
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