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重型装备用超大型高品质铸件的近净成形制造技术
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  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TG24
  • 关键词:
  • 成果简介:
    铸造成形是装备部件毛坯的重要生产方法,铸造技术水平一定程度上代表着一个国家的基础装备工业水平。虽然中国铸件的市场占有率保持世界第一,但中国在铸件整体技术水平与发达国家相比仍有较大差距,主要表现在大型及超大型铸件的出品率低和返修率高、大型复杂曲面铸件合格率低等,造成产品成本居高不下,原材料消耗浪费严重等问题。轧辊是轧机上的主要消耗部件,作为世界产钢第一大国,中国每年需大量各类轧辊。但国内的轧辊制造技术水平与发达国家相比有明显差距,主要是轧辊抗事故能力差、抗热裂性差、耐磨性差等问题。针对上述问题,由河北工业大学、河钢集团及河钢石钢、河钢唐钢公司、华北理工大学组成联合研发团队,利用先进的模拟计算技术结合企业现有技术装备条件,针对超大型厚壁及复杂曲面铸件铸造工艺设计、轧辊成分设计及相关铸造工艺设计等开展研发工作,取得了一系列具有自主知识产权的核心技术成果,共获得专利授权10项,其中发明专利4项;计算机软件著作权登记5项;发表相关专业学术论文7篇。成果自2014年7月在河钢集团及其子公司应用后,平均年创直接经济效益8045.6万元,社会效益显著。主要技术创新点为: (1)基于数值模拟计算优化技术的超大型铸件近净成形制造技术:对轧制装备、锻压装备用简单结构件及船舶用复杂曲面结构等不同结构的超大型铸件铸造工艺过程的充型过程、凝固过程、收缩与补缩过程、缩孔缩松缺陷形成预测、温度场分布、应力场分布模拟计算,设计、优化铸件的浇注系统、冒口系统、浇注及补浇工艺制度、开箱及冒口切割制度、热处理工艺,实现超大型铸件合格率100%,铸造工艺出品率提高约5%,焊接维修率降低约60%的近净成形制造。40万吨船用挂舵臂实现国内首次生产,填补国内空白。船用关键部件通过中国船级社(CCS)、日本船级社(NK)、美国船级社等7家船级社的认证。 (2)基于热力学模拟计算的合金成分设计技术及铸件变质处理的组织控制技术:研发灰铸铁组织细化孕育剂及应用技术、轧辊用高速钢合金铸造工艺;热力学模拟计算设计轧辊成分,并通过试验验证,优化高铬铸钢轧辊、高铬铸铁轧辊、高镍无限冷硬轧辊等轧辊成分;通过成分和组织优化,实现高速钢轧辊、铸钢轧辊、铸铁轧辊等的强度硬度提高(基体强度提高40MPa以上,工作层硬度提高3-5HSD),硬度均匀性改善(工作层硬度差由±3HSD降低到±1HSD),服役性能达到国内领先水平。 (3)基于数值模拟计算的铸造工艺创新与优化:模拟铸钢轧辊凝固补缩过程,研发冒口电加热装置及应用技术、轧辊冒口可调节支撑装置,铸钢轧辊辊颈缺陷消除,强度提高,且工艺出品率由68%提高到83%以上;模拟离心铸造液态金属流场与分布,研发喷淋式离心铸造装置,设计优化复合离心铸造中间层成分及厚度,解决了简单离心铸造轧辊工作层与心部结合薄弱问题和多层复合离心铸造中间层金属分布不均匀问题,实现高质量多层复合离心铸造。
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