由于大部分大锻件是用钢锭直接锻造而成,可以说,高质量的钢锭是生产高质量大锻件的基础。优质钢锭主要是指钢中夹杂物少、钢的纯度高、晶体结构合理、钢锭缺陷少。钢的冶炼和铸造工艺以及钢锭的形状和尺寸对钢锭的质量有着重要的影响。钢锭的主要缺陷有缩孔、气孔、偏析、夹杂物、气孔、裂纹等。目前,提高钢锭冶金质量应注意以下几个问题。
(1) 认真提高炼钢炉料、辅助材料和耐火材料的质量。提高钢水纯度,防止冶炼和铸造过程中的污染。
(2) 积极采用实用的炉外精炼技术。所谓炉外精炼,又称二次炼钢,是将钢水在精炼炉或钢包内精炼提纯,从而提高冶金质量的一步。炉外精炼的方法有很多种,功能各不相同。炉外精炼对提高钢水质量有明显效果。随着锻造技术要求的提高和特殊钢产量的增加,适合我国国情的炉外精炼技术得到了广泛的应用。
例如,大型电站锻件用钢和新型合金钢采用钢包精炼法。将一次钢水混入钢包,进行真空脱气和电弧加热,在电磁搅拌作用下对钢水进行精炼。结果钢液脱氢脱氧率达60%,硫含量降至0.01%~0.001%。力学性能均匀,锻件质量显著提高。
又如,电渣重熔法是将用一般方法熔炼的钢制成自耗电极,重熔成液滴,经洗渣精炼后结晶成电渣锭。脱气率为50%~60%,钢中夹杂物总含量降低到0.01%~0.005%。无明显偏析,组织致密,塑性好,晶体结构合理,污染少。该方法生产的轴承钢使用寿命明显提高。我国拥有世界上200吨大型电渣炉,并成功生产了许多高质量的大型锻件。
(3) 发展电炉炼钢,逐步淘汰平炉炼钢。随着电力工业的发展,电炉炼钢将取代平炉炼钢,使钢水质量得到显著提高。
(4) 改进铸锭工艺,严格控制浇注温度和浇注速度。积极采用加热冒口、保护浇注等技术。推广大钢锭浇注法,减少钢锭底部夹杂物,提高表面质量。
大型重要合金钢锻件常采用真空处理。例如,我国已成功地用真空碳脱氧法生产了许多大型电站锻件。真空碳脱氧是将钢水在真空中浇注,不进行硅和铝的最终脱氧。因此,在真空条件下,未脱氧的钢水通过自身的碳从钢中除去氧气,形成C0和C02排放。脱气效果显著,氢含量降低到0.4~1.2ppm。去除夹杂物效果明显。
总之,提高钢水的纯度和钢锭的冶金质量,不仅为生产优质锻件提供了良好的前提条件,而且对改善锻造工艺和提高钢锭的利用率具有重要作用。
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