CN101036921A - 重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，该工艺应用在高碳钢大方坯的连铸中可，不仅能显著地减轻中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等缺陷，防止铸坯中心裂纹、中间裂纹等内部裂纹，同时还能改善由连铸坯轧成的钢轨的成分均匀性，稳定和提高钢轨力学性能和使用性能，达到高速轨的技术要求。其技术措施如下：控制重轨钢连铸拉速与钢水温度，连铸拉速0.60～0.80m/min，钢液过热度15～40℃；在二次冷却区域采用均匀缓和的控制方式，连铸比水量0.25～0.30L/kg，轻压下区域铸坯表面温度900～1020℃；在轻压下区域控制下压量，轻压下区域铸坯凝固率fs＝30％～100％，总压下量1.6～7.0mm。
Description
技术领域
本发明涉及连铸工艺，特别涉及重轨钢等高碳钢大方坯的动态轻压下工艺，以消除大方坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等。
背景技术
重轨钢属于高碳钢，凝固过程中树枝晶发达，容易在铸坯芯部形成树枝晶“搭桥”，再加上凝固过程选分结晶的作用使枝晶间富集了大量低熔点的溶质，在凝固末期，铸坯凝固末端固液两相区的凝固收缩产生的强大抽吸力引起树枝晶间富集杂质的残余液体向中心流动并充填于其中，从而产生铸坯中心偏析，并伴随有中心疏松和残余缩孔等缺陷。由于中心偏析不能通过后续的轧制或退火处理来消除，并且在高应力条件下，中心偏析和中心缩孔容易引起钢轨轨头产生纵向断裂。同时中心偏析和中心缩孔还直接影响钢轨的焊接性能，尤其是铁路高速化后，为保证行车的安全性和乘车的舒适性，高速铁路均采用无缝线路设计，要求钢轨具有良好的焊接性能，这要求轧制钢轨的连铸坯内部质量优异。因此，研究制定合理的重轨钢连铸工艺，解决重轨钢连铸坯中心偏析、中心疏松等较为严重的技术难题，稳定地生产出高质量的连铸坯，是开发生产优质钢轨的关键环节。
《炼钢》杂志2002年10月(第18卷第5期第35～39页，轻压下技术在高碳钢方坯连铸中的应用，廖永松著)报道了台湾中钢采用静态轻压下技术降低高碳钢220mm×260mm大方坯偏析，在铸坯中心固相率为55％～75％的区域进行轻压下，且轻压下量为4～5mm，P77钢(W(C)＝0.77％)和P82钢(W(C)＝0.82％)铸坯平均碳偏析在过热度≤25℃时由1.17降至1.12，过热度＞25℃时则由1.19降至1.14，并明显改善了大方坯中心疏松，轧后线材的机械性能也相应地得到提高，几乎消除了以往在拉拔过程中存在的杯状断裂现象。同时，该杂志还报道了韩国浦项采用静态轻压下技术改善250mm×300mm大方坯偏析，P70钢(W(C)＝0.70％)、S82钢(W(C)＝0.82％)和SU2钢(W(C)＝1.02％)大方坯的碳中心偏析从1.6降至1.1，磷偏析从3.7降至1.8，而锰偏析从1.5降至1.25，P70线材的拉断率从10％降至4.3％。《特殊钢》杂志2002年12月(第23卷第6期第49～45页，120mm×120mm连铸小方坯轻压下技术的应用，李京社，阎红军，李士琦等著)报道了新兴铸管公司通过采用静态轻压下技术明显减少了120mm×120mm小方坯20MnSi和Q235钢铸坯中心线C、P、S的偏析和中心疏松。
在上述研究中“静态轻压下”工艺未与连铸钢种、连铸拉速、钢液过热度、连铸冷却强度等影响铸坯凝固末端位置的因素结合起来，其轻压下工艺，如轻压下位置、轻压下量、压下速率在连铸浇注过程是固定不变的，而铸坯凝固末端位置是决定轻压下工艺是否合理的一个重要参数，因此，在连铸钢种、连铸拉速、过热度、冷却强度等变化时，采用静态轻压下工艺难以成功减轻和消除连铸坯的中心偏析、中心疏松等中心缺陷。同时，若轻压下工艺不合理将造成铸坯内裂缺陷，而连铸坯轧制重轨的压缩比(一般为10～14)较小，铸坯内裂难以在轧制过程中焊合，因此，国外大方坯连铸轻压下技术仅在硬线钢等压缩比较大的钢种上应用，如《炼钢》杂志2002年10月报道的台湾中钢和韩国浦项钢铁厂采用轻压下的钢种为硬线钢和轮胎芯线钢，《特殊钢》杂志2002年12月报道的新兴铸管公司采用轻压下技术的钢种为20MnSi和Q235等线材用钢，上述钢铸坯与轧材的压缩比均非常大，铸坯内部裂纹可在轧制过程中焊合，而重轨钢铸坯与钢轨的压缩比较小，铸坯内部裂纹难以在轧制过程中焊合，因此，重轨钢连铸应用轻压下技术的风险较大，目前尚未见在重轨钢上应用轻压下工艺技术的报道。由上述研究可见，目前研究的方坯连铸轻压下工艺均属于静态轻压下工艺，且仅仅于硬线钢、轮胎芯线钢等压缩比较大的钢种上，该研究在重轨钢铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等中心缺陷的控制方面，难以发挥较大作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，将该工艺应用在重轨钢等高碳钢大方坯的连铸中可不仅能显著地减轻中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等缺陷，防止铸坯中心裂纹、中间裂纹等内部裂纹，同时还能改善由连铸坯轧成的钢轨的成分均匀性，稳定和提高钢轨力学性能和使用性能，达到350km/h高速轨的技术要求，满足350km/h高速轨国产化的生产需要。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征是：控制重轨钢连铸拉速与钢水温度，连铸拉速0.60～0.80m/min，钢液过热度15～40℃；在二次冷却区域采用均匀缓和的控制方式，连铸比水量0.25～0.30L/kg，轻压下区域铸坯表面温度900～1020℃；在轻压下区域控制下压量，轻压下区域铸坯凝固率fs＝30％～100％，总压下量1.6～7.0mm。
本发明的有益效果是，可显著减轻重轨钢铸坯中心偏析，铸坯中心偏析≤1.0级，铸坯中心碳偏析指数1.01～1.05，平均1.02；可明显改善重轨钢铸坯中心疏松和中心缩孔，铸坯中心疏松≤1.0级、铸坯中心缩孔≤0.5级；可有效防止铸坯中心裂纹、中间裂纹、角部内裂等内部缺陷，铸坯中心裂纹、中间裂纹、角部内裂≤0.5级，且铸坯无内部缺陷的比例达到90％以上；重轨钢连铸坯表面无缺陷率达到100％，实施重轨钢连铸坯热送热装工艺，降低加热炉燃料消耗和铸坯加热过程的氧化烧损；可消除铸坯中心缺陷，提高金属收得率；可改善钢轨成分均匀性，钢轨横断面上任意点成分与熔炼成分的偏差：[C]≤±0.019％，[Si]≤±0.019％，[Mn]≤±0.019％，[P]≤±0.003％，[S]≤±0.002％，满足350km/h高速轨的技术要求。
具体实施方式
下面结合和实施例对本发明进一步说明。
本发明的重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺根据重轨钢成分、连铸拉速、过热度、冷却强度等连铸工艺参数适时确定各轻压下机架间的压下量及各机架间的压下量分配比例，以减轻铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等缺陷，防止铸坯中心裂纹、中间裂纹等内部裂纹，同时还能改善由连铸坯轧成的钢轨的成分均匀性，稳定和提高钢轨力学性能和使用性能，
主要技术措施如下：
(1)制定合理的重轨钢连铸拉速与钢水温度控制制度
连铸拉速0.60～0.80m/min，钢液过热度15～40℃，确保铸坯凝固末端位于轻压下区城，轻压下区域总长度为8.462m，能适应连铸工艺如钢种成分、连铸拉速、过热度、冷却强度等的变化而灵活调节轻压下区域长度及压下量。
(2)在二次冷却区域采用均匀缓和的控制方式
连铸比水量0.25～0.30L/kg，轻压下区铸坯表面温度900～1020℃，确保连铸轻压下区域铸坯具有良好的高温延塑性能，且二冷区铸坯表面最大回热速率≤20℃/m，最大温降速率≤15℃/m。
(3)适时确定各轻压下机架间的压下量及各机架间的压下量分配比例
在轻压下区域，单个轻压下机架的最大压下量≤2.5mm，最大压下率≤1.7mm/m。轻压下机架间压下量分配比例与铸坯凝固率的关系为：
2#机架：δ2＝0.4025fS2+0.0036 3#机架：δ3＝0.3023fS3+0.0524
4#机架：δ4＝0.4847fS4-0.0711 5#机架：δ5＝0.0880fS5+0.1639
6#机架：δ6＝0.6185fS6-0.4376 7#机架：δ7＝0.3000fS7-0.1530。
实施例1：采用本发明工艺来控制U75V重轨钢大方坯质量，大方坯断面尺寸280mm×380mm，U75V重轨钢的主要化学组分如下表所示：
| C | Si | Mn | P | S | V | Al |
| 0.71～0.78 | 0.55～0.75 | 0.80～1.00 | 0.010～0.022 | 0.004～0.020 | 0.06～0.08 | ≤0.004 |
U75V重轨钢连铸的主要工艺参数如下表所示：
| 拉速(m/min) | 中包温度(/℃) | 轻压下区域各单个机架的压下量及总压下量(mm) | ||||||
| 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 总压下量 | ||
| 0.70 | 1494 | 1.46 | 1.76 | 2.22 | 5.44 | |||
| 0.75 | 1490 | 1.21 | 1.46 | 1.65 | 1.63 | 0.85 | 6.77 | |
| 0.80 | 1480 | 1.02 | 1.36 | 1.36 | 1.33 | 1.1 | 0.82 | 6.99 |
| 0.65 | 1506 | 1.48 | 2.41 | 3.89 | ||||
| 0.62 | 1484 | 1.63 | 1.63 | |||||
本发明工艺使用的效果是减轻和消除了大方坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等内部缺陷，铸坯中心偏析评级≤1.0级的比例由41％增至100％，中心疏松评级≤1.0级的比例由28％增至100％，中心缩孔≤0.5级的比例由48％增至100％，铸坯中心碳偏析指数由1.17～1.22降至1.01～1.05，因铸坯中心偏析、中心疏松严重而造成的重轨钢改钢率由10％降至0％，且由连铸坯轧制的钢轨满足350km/h高速轨技术要求，为攀钢钢集团公司在国内率先成功开发且批量生产350km/h高速轨提供了重要的技术保障。
实施例2：采用本发明工艺来控制U71Mn重轨钢大方坯质量，大方坯断面尺寸280mm×380mm，U71Mn重轨钢的主要化学组分见如下表所示：
| C | Si | Mn | P | S | V | Al |
| 0.66～0.76 | 0.15～0.35 | 1.10～1.40 | 0.010～0.023 | 0.005～0.020 | 0.01～0.02 | ≤0.004 |
U71Mn重轨钢连铸的主要工艺参数如下表所示：
| 拉速(m/min) | 中包温度(/℃) | 轻压下区域各单个机架的压下量及总压下量(mm) | ||||||
| 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 总压下量 | ||
| 0.61 | 1484 | 1.61 | 1.61 | |||||
| 0.65 | 1506 | 1.51 | 2.40 | 3.91 | ||||
| 0.71 | 1494 | 1.45 | 1.78 | 2.25 | 5.48 | |||
| 0.75 | 1490 | 1.24 | 1.48 | 1.66 | 1.60 | 0.82 | 6.80 | |
| 0.8 | 1480 | 1.05 | 1.34 | 1.39 | 1.31 | 1.07 | 0.79 | 6.95 |
本发明工艺使用的效果是减轻和消除了大方坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等内部缺陷，铸坯中心偏析评级≤1.0级的比例由43％增至100％，中心疏松评级≤1.0级的比例由31％增至100％，中心缩孔≤0.5级的比例由51％增至100％，铸坯中心碳偏析指数由1.17～1.21降至1.01～1.05，因铸坯中心偏析、中心疏松严重而造成的重轨钢改钢率由9％降至0％，且由连铸坯轧制的钢轨满足350km/h高速轨的技术要求。
Claims (5)
1.重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征是：
控制重轨钢连铸拉速与钢水温度，连铸拉速0.60～0.80m/min，钢液过热度15～40℃；
在二次冷却区域采用均匀缓和的控制方式，连铸比水量0.25～0.30L/kg，轻压下区域铸坯表面温度900～1020℃；
在轻压下区域控制下压量，轻压下区域铸坯凝固率fs＝30％～100％，总压下量1.6～7.0mm。
2.如权利要求1所述的重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征是：轻压下区域总长度为8.462m。
3.如权利要求1所述的重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征是：在二次冷却区域，铸坯表面最大回热速率≤20℃/m，最大温降速率≤15℃/m。
4.如权利要求1所述的重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征是：在轻压下区域，单个轻压下机架的最大压下量≤2.5mm，最大压下率≤1.7mm/m。
5.如权利要求4所述的重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征是：在轻压下区域，轻压下机架间压下量分配比例与铸坯凝固率的关系为：
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