铸钢

铸钢件具有较高的强度和良好的韧性,适用于制 造承受重载荷及经受冲击和震动的零件。近几年来, 中国铸钢件产量在铸件占比中稳步增涨,截止2020年 底产量占比升至12.2%。好的铸钢件需要优质的钢液, 通过机械化、自动化、数字化、智能化技术不断发 展及深入应用,工艺技术的不断改进,采用炼钢新技 术,国内外在铸钢熔炼及净化技术水平方面都有很大 的提升,钢液质量不断提高。 铸钢生产上应用最广泛的是电弧炉炼钢,在一 些小型铸钢件的生产中,感应电炉应用也比较普遍。 通过电弧炉炼钢,在钢液中仍存在气体和非金属夹 杂物,微量元素也难以控制,对于质量要求较高的铸 件很难达到标准要求,影响铸钢件性能。随着炉外精 炼技术和真空处理技术的发展,与电弧炉和感应电炉 相配合,形成联合熔炼精炼技术,极大提高了钢液的 纯净度和冶炼,使钢的力学性能,特别是韧性大为提 高,为高强度铸钢、超高强度铸钢、特种铸钢和不锈 钢的生产创造了条件。 国内一些企业和研究单位对铸钢熔炼和净化技术 也开展了很多研究工作,大型铸钢件金属熔炼中成分 的精确控制技术,杂质及有害元素去除技术,真空净 化除气技术等方面都取得了显著成效,对促进大型铸 钢件向高水平、高质量发展有着重要作用。但目前我 国一些钢种的洁净度水平还低于国外先进水平,O、 N、S、P、H等杂质元素总和比国外高20×106 左右。
目前我国铸钢市场产能过剩,市场竞争越来越激烈。劳动力成本和铸造原材料成本的增加,普通铸件 的价格反而越来越低。企业的根本出路是提高技术和 管理水平,生产高质量、高附加值的铸件。目前,铸 钢冶炼领域的发展趋势主要是以下几个方面。

1、钢液熔炼向高纯净度钢液技术发展,严 格控制熔炼过程,控制S≤0.005%、P≤0.012%、 O≤30×10-6和H≤5×10-6。通过钢液精炼,控制微量元 素,提高钢液质量和保证铸件质量稳定性。
2、开展绿色铸造技术,提高清洁化生产水平, 钢液熔炼向智能化方向发展,通过机械化与智能化控 制冶炼过程,减少人为操作过程的不确定性。
3、在冶炼和铸造工艺设计过程中,采用计算机 模拟技术,了解冶炼材料特性,模拟铸件的充型、凝 固过程,从而优化工艺,提高铸件质量。
4、继续开展高端铸件的材料及冶炼工艺研究, 尤其对高端铸件熔炼过程中有害元素及标准成分的优 化问题。完善铸造材料工程应用基础数据,如海工装 备用耐海水腐蚀双相铸造不锈钢材料体系等,建立起 以服役条件为指导的质量及制造体系。
5、开展新型发电设备用大型高端铸钢件铸造技 术,通过技术创新和工艺改进摆脱对部分核电设备用 大型不锈钢铸件和新型火电设备用耐高温铸件进口的 依赖。国内特大型合金钢铸锭熔铸过程内部缺陷控制 技术和极端工作条件下服役过程可靠性仍需攻关。

随着航空航天、军工、化工和高端汽车等行业高 速发展,传统铸造方法已无法满足高品质要求,特种 铸造生产新技术,如电渣熔铸、连轧连铸、消失模铸 造、半固态铸造和激光熔覆等技术得到大力推广。通 过优化铸型制造工艺、改善充填及凝固条件等方法, 实现铸件近净成形、质量优异、尺寸精度高、生产效 率高和环境污染少,并逐步实现自动化、智能化。

电渣熔铸技术 电渣熔铸技术具有组织致密、纯净度高和成分均 匀等特点,应用于综合性能要求较高零部件毛坯。 国外以美国、德国和瑞典等为代表,其电渣重熔装备 和技术较为成熟,并大范围推广应用在航空航天、军 工和核电等行业。我国在理论研究方面,如热平衡计 算、渣系开发和热平衡计算等贡献了较多独创性工 作。沈阳铸造研究所采用电渣熔铸技术制造出水轮机 导叶铸件,具有杂质元素低、组织致密、材料利用率 高等特点,显著提高了产品塑韧性、抗疲劳和抗汽蚀 性能。电渣重熔冶金新技术以电渣连铸、可控气氛和 液态电渣浇注为代表,未来将与钢铁冶金流程紧密结 合,有着广阔应用前景。

连铸连轧技术 中国拥有较多薄板坯连铸连轧生产线,在高效连 铸、电磁连铸技术等方面发展迅速,但双辊薄带连铸 技术距离国外先进水平仍有一定差距。珠钢、宝武钢 铁等企业与科研院所联合开发了薄板坯连铸连轧流程 微合金化技术,实现钢带晶粒和析出物的细化,制备 出高强度和良好塑韧性钢带,已应用于工程机械、 特种设备等领域。河南科技大学开发了半熔态连续铸 轧复合技术,实现低铸轧力下宽幅铜板带和铝液无 氧化短流程复合成形。未来连铸连轧技术将围绕更广 泛高附加值合金、更大规格、高效节能和智能化控制 等方向发展。

消失模铸造技术 消失模铸造技术以近无余量、精确成形的特点, 大量推广应用于形状复杂的管状、箱体和缸体类等, 多用于耐磨、耐热和耐腐蚀等铸钢件。M.R. Barone 等建立了消失模中金属液与泡沫模气体扩散和热量 传递等模型,可较好指导充型凝固过程。为解决铸钢 件增碳问题,除了减少泡沫模型含碳量,富氧燃烧技 术、负压燃烧空壳铸造、排碳法和无薄膜密封等消失 模铸造新技术逐步推广应用。随着中大型规格和综合 性能要求更高铸钢件需求与日俱增,消失模铸造技术 正值快速发展期,未来将重点围绕先进技术、新型泡 沫模材料、材料成分设计、合成涂料、废气环保净化 和智能化生产等方面发展。

半固态铸造技术 半固态铸造技术具有近终成形、生产效率高、组 织均匀和气孔偏析少等特点,广泛应用于汽车、航 空航天和电子等高端零部件领域。近年来利用模锻、 轧制等传统技术与半固态金属流变和触变成形相结 合,开发出复合铸造法和铸锻成形等新技术,可明显 改善材料的组织和性能。英国布鲁内尔大学开发出半 固态金属双螺旋流变挤压工艺,通过双螺旋杆转动产 生较强剪切速率和紊流获得半固态金属浆料,实现多 种金属高效制备成形。北京科技大学研制了高熔点黑 色金属的半固态铸造成形装置,实现了高碳工具钢、 不锈钢等钢种的制备。但是,我国受制于成形设备研 发,距离国外先进水平仍有差距。随着高品质、精密 铸件产品需求增大,未来技术将朝向高性能合金材料 开发、数值模拟仿真、新型制浆及流变成形一体化等 方面发展

激光熔覆技术 激光熔覆技术具有熔覆层组织致密、强度高和高 耐磨性等特点,广泛应用于船舶、航空航天和工程机 械等行业。国际上Trumpf、Rofin和Laserline等公司 技术处于领先,已实现标准化和规范化。美国AeroMet 公司激光熔覆制备的Ti-6A1-4V钛合金飞机零部件疲劳 2022年 第4期/第71卷 专家视野 399 寿命可提高两倍。Zhu等采用激光熔覆与超声波相结 合在45# 钢表面熔覆了Inconel 718合金,熔覆层实现了 晶粒细小、气孔率低和耐磨性能优异。激光熔覆技术 综合了材料、光学及控制工程多学科,未来将围绕数 值模拟、熔覆材料设计、工艺参数和智能化等方面发展。

304、316都是奥氏体不锈钢不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外,可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。其中奥氏体不锈钢综合性能最好,且没有磁性,所以在我们日常生活中的应用最为广泛,304、316都属于奥氏体不锈钢。