CN101899613A - 一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少中碳含铌钢表面裂纹的方法，包括以下步骤：微合金低线控制：降低Nb的加入量，由先前的0.025％降低到0.015％，精确控制Nb，并采用部分Ti代替Nb避免单独Nb或Ti细化晶粒，改使用Ti-Al，Ti-Nb-Al，Ti-Nb-V-Al组合。氮含量的控制：通过对原料以及设备精度的控制，尽量做到生产中不增氮，以及采用RH真空循环脱气工艺，最终保证[N]＜45ppm；矫直温度的控制：在二冷段配水采用弱冷，总水量减少10％，使矫直温度为950-980℃。采用本发明生产出的中碳含铌的板坯质量得到大幅度提高，其表面裂纹明显减少，产品合格率上升到99.80％左右。判废量由以前的7.5％降到现在的0.4-0.5％。

Description

一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法

技术领域

本发明涉及一种中碳含铌钢的生产方法，具体地说是一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法。

背景技术

在20世纪五六十年代，便广泛对铌微合金化技术进行研究。通常是在普碳钢基础上，减少钢中的含碳量，添加铌增加钢的强度和韧性。其中，石油运输管线钢、高强度板材、汽车用钢、无间隙原子钢和铁素体不锈钢都采用了铌微合金化技术。

除此之外，铌还可以应用于化工领域的热交换器，高温炉构件的加热和屏蔽元件，加工领域的吸气剂和照明领域的钠蒸气灯元件。

目前，在中碳含铌微合金化钢中厚板产品广泛应用于造船、桥梁、建筑和容器制造等行业，近年来成为国内钢铁企业的主要品种，为企业带来了大量的利润，虽然我国中厚板生产技术正逐年得到完善，且取得了很大进步。但在质量方面还存在许多问题，制约了我国中厚板的发展，主要包括：

(1)内在质量比较差。国内中厚板强度和国外同种钢板相比，通常低30-50MPa左右，且性能波动大。钢材纯净度不高，磷、硫、氢等有害元素和夹杂物含量多，时常发生结晶不良现象，使得钢板出现气泡、白点、偏析，进而造成夹杂、内裂、分层等缺陷，降低钢板成材率；

(2)外观质量比较差。主要是板形不良和尺寸偏差。厚度偏差一般可达0.25mm-0.5mm，宽度偏差可达40mm-50mm，长度偏差最大达到50mm；

(3)和国外先进技术相比，我国的厚板连铸比仍较低，仅为百分之十几，日本可达到92％以上；

(4)钢板种类不齐全，即使有该种类，质量也较差，和国外先进水平差距较大；

(5)和国外先进技术相比，我国的生产工艺仍处在落后阶段，操作管理水平低，生产消耗高。

其中表面裂纹是中厚板轧制过程中最常见的缺陷，它造成厚度方向力学性能相比轧向性能差异加大，尤其塑性、韧性严重恶化，导致钢板的冲击韧性，抗疲劳能力变弱，易发生层状撕裂。铸坯出现裂纹，会造成严重危害，重者会导致漏钢或废品，轻者要进行精整。致使钢板的切损增加、改判量上升。这样不但影响铸机生产率，而且影响产品质量，从而增加了生产成本，降低了经济效益。

中厚板表面裂纹主要成因主要是钢中的化学成分如碳、硫以及微量合金元素含量的影响。浸入式水口设计与插入深度将直接影响结晶器内钢流分布，进而影响板坯坯壳生长均匀性。从而水口浸入深度对板坯表面缺陷有明显影响，水口插入太深，虽然这减少液面保护渣卷入的可能性，但也减少了夹杂物上浮、去除的机会，结晶器内的高温区也随着水口浸入深度的增加而下移，这将使钢液向自由液面提供的热量减少，不利于保护渣的熔融，影响保护渣作用的发挥；同时结晶器内高温区的下移，使初生凝固坯壳的再熔化加剧，影响了初生坯壳的均匀生长速度；水口插入太浅钢流可以将液渣裹入凝固前沿，扰动剧烈时甚至会造成自由液面的裸露，增加钢水与空气的接触机会，钢水中因二次氧化而生成的夹杂物进入钢液，使钢中的夹杂物含量增加，最终将影响到连铸坯的质量。所以插入深度既要兼顾减少纵裂纹又要减少裹渣，此外浸人式水口浸人深度对化渣有很大的影响，如中包温度较低，浸人深度就不能太深。

还有在炼钢、连铸工序时操作不当，而在铸锭表面出现的横裂纹、纵裂纹、结疤或皮下气泡等缺陷，在进一步轧制中会演变成裂纹。还可能是在坯料加热制度不合理，钢坯过热或过烧，表面出现脱碳等现象时，会使坯料塑性变差，在轧制时易出现裂纹。当然连铸坯在低温脆性区矫直或剪切时也易产生裂纹。

针对中厚板中碳含铌钢表面裂纹的成因，通常采取的措施是单一地控制钢水中的氮、硫以及微量合金元素的含量，还有调节二冷段的配水量控制矫直温度。然而到目前为止，还没有发现系统地控制氮含量、微合金元素的含量以及二冷段配水量来减少表面裂纹，提高合格率的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，该方法通过控制钢水中氮、微合金的含量以及控制矫直温度来减少中碳含铌钢表面裂纹的产生，提高产品合格率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，其特征在于该方法对微合金进行优化，严格控制N含量，减少碳氮化钛的大量富集超标，对二冷段配水量进行调整来控制矫直温度，降低夹杂的脆性转化；具体包括以下步骤：

1)控制钢中微合金成分：向钢包冶金炉加入合金为Ti-Al，Ti-Nb-Al，Ti-Nb-V-Al组合，Nb的加入量降低在0.015％以下，Ti的加入量保证在0.015％以上；

2)控制钢中的氮含量：通过对原料以及设备精度的控制，做到生产中不增氮，以及采用RH真空循环脱气去除钢液作用，最终保证[N]＜45ppm；

3)控制连铸矫直温度，在二冷段配水采用弱冷，使连铸矫直温度为950-980℃。

本发明对合金成分进行调整，精确控制Nb的使用：Q345、船板、容器板以及A709等产品中的薄规格的产品取消或不加Nb，对中规格厚度(20＜d＜40mm)的高强度钢种，降低Nb的加入量，由先前的0.025％降低到0.015％，精确控制Nb，并采用部分Ti代替Nb，单独使用Ti，容易生成TiN粗大颗粒(TiN容易在钢水凝固过程中析出)；单独使用Nb，Nb(CN)也容易在1100℃～1200℃下析出，建议使用Ti-Al，Ti-Nb-Al，Ti-Nb-V-Al组合，通过Ti固化大部分N，虽然生成的TiN粗大，但在铸坯温度降到1000～1050℃下后，细小的其它氮化物富集在TiN颗粒上，减弱了其对钢高温塑性的危害。但保证Ti含量0.015％以上。降低钢中的氮含量：在转炉吹炼时，将氧枪和吹氮的阀门关掉，防止由于氧气和氮气的渗漏，造成钢种增氮。在底吹氮气管路增加挡板，确保氮气不会污染氩气；将Al粒改为Al粉，快速成渣，防止钢水由于化渣不及时，造成二次吸氮。在原材料控制方面，使用自产石灰，并且在12小时内用完，以防止石灰从空气中吸氮，造成原材料增氮，拉速保持稳定，防止结晶器液面波动，造成卷渣，从而导致钢中氮含量增加。测定氧气的纯度，保证氧气的纯度，防止因氧气纯度不够，造成吹氧时增氮。设备精度控制，要定期对设备进行排查，对于铸机的各项部件，要保持其精准性，LF炉精炼时，一个包换一个垫片，做好Ar封，减少精炼过程中的增氮。适当提高矫直温度：铸坯二冷制度设置不合理时，造成铸坯表面温度局部过低(如整体冷却过强或滴漏等造成局部过冷)，且钢中[N]含量高，碳化物过早析出晶粒粗大，在铸坯回温过程中出现裂纹，或进入矫直时出现裂纹。通过减少而二冷段配水量，来提高矫直温度至950-980℃。

在控制钢水中微合金调整优化和严格控制氮含量成分后，需要对侵入式水口的出口倾角和插入深度进行调整和优化，当水口的倾角在15°时，对液面平稳有利，熔池表面附近向上流动的回流区大小适中，自由液面的湍流和扰动较弱，有利于降低结晶器保护渣卷入的可能性，有利于钢液中夹杂物的上浮去除。水口浸入深度250～270mm左右时，熔池表面附近向上流动的回流区大小适中，自由液面的湍流和扰动减弱，有利于防止结晶器保护渣的卷入，避免由于卷渣而生成新的夹杂物。结晶器内高温区域的位置适宜，向自由液面供给的热量适当，有利于结晶器保护渣的熔融，也有利于初生坯壳的均匀生长；还要对结晶器的液面还需优化加热制度，在现有的基础上，均热时间作了适当的延长，但比冷坯的均热时间短20-30min。对于含Nb钢，采取温装或热装，热装时在现有工艺条件下，适当延长加热时间，如果热装加热时间短，NbN还没有完全固溶，比冷坯短30-20min。还需要对轧制工艺进行调整和优化，由于大板不能进行电子搅拌，对部分板坯采取了动态轻压下技术。对于中板的产品，采用热装和温装相结合的措施。采用温装时堆冷后保持坯温400℃以上，心部500℃左右。中板保温车热装控制坯温在700℃以上，使NbN等析出，而板卷厂的产品采用热装，使坯温控制在800℃以上。

本发明进行微合金化优化，通过严格控制N含量来减少碳氮化钛的大量富集超标而引起表面裂纹；以及对二冷段配水量进行调整来控制矫直温度，降低夹杂的脆性转化。采用本发明生产出的中碳含铌的板坯质量得到大幅度提高，其表面裂纹明显减少，产品合格率上升到99.80％左右，判废量由以前的7.5％降到现在的0.4-0.5％。

具体实施方式：

实施例1

一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，对微合金进行优化，严格控制N含量，减少碳氮化钛的大量富集超标，对二冷段配水量进行调整来控制矫直温度，降低夹杂的脆性转化；具体包括以下步骤：

在转炉吹炼前，对氧气纯度进行测定，尽量在吹氧时，不增氮。在转炉吹炼时，将氧枪和吹氮的阀门关掉，防止由于氧气和氮气的渗漏，造成钢种增氮。使用自制石灰，将钢液倒入钢包精炼炉内即LF炉内，一个包换一个垫片，做好Ar封，减少精炼过程中的增氮。采用RH真空循环脱气去除钢液中的碳、氮、氧元素，当氮含量小于30ppm停止RH炉精炼。LF炉内添加微合金的组合为Ti-Al，且Ti含量为0.020％，Al含量为0.008％。在连铸时，侵入式水口的出口倾角为15°插入深度为250mm，在二冷段采取弱冷制度，减少而冷段配水量后，在二冷段的均匀减水(总水量10％)，提高矫直温度30-40℃，矫直温度为950-980℃。产品合格率上升到99.82％。判废量为0.40％。

实施例2

又一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，具体包括以下步骤：

在转炉吹炼前，对氧气纯度进行测定，尽量在吹氧时，不增氮。在转炉吹炼时，将氧枪和吹氮的阀门关掉，防止由于氧气和氮气的渗漏，造成钢种增氮。使用自制石灰，将钢液倒入钢包精炼炉内即LF炉内，一个包换一个垫片，做好Ar封，减少精炼过程中的增氮。采用RH真空循环脱气去除钢液中的碳、氮、氧元素，当氮含量小于35ppm停止RH炉精炼。LF炉内添加微合金的组合为Ti-Nb-Al，Ti含量0.015％，Nb含量0.012％，Al含量为0.006％。在连铸时，侵入式水口的出口倾角为15°插入深度为260mm，在二冷段采取弱冷制度，减少而冷段配水量后，在二冷段的均匀减水(总水量10％)，提高矫直温度30-40℃，矫直温度为950-980℃。产品合格率上升到99.56％。判废量为0.51％。

实施例3

又一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，具体包括以下步骤：

在转炉吹炼前，对氧气纯度进行测定，尽量在吹氧时，不增氮。在转炉吹炼时，将氧枪和吹氮的阀门关掉，防止由于氧气和氮气的渗漏，造成钢种增氮。使用自制石灰，将钢液倒

入钢包精炼炉内即LF炉内，一个包换一个垫片，做好Ar封，减少精炼过程中的增氮。采用RH真空循环脱气去除钢液中的碳、氮、氧元素，当氮含量小于40ppm停止RH炉精炼。LF炉内添加微合金的组合为Ti-Nb-V-Al，且Ti含量0.025％Nb含量0.008％，V含量0.004％Al含量为0.008％。在连铸时，侵入式水口的出口倾角为15°插入深度为270mm，在二冷段采取弱冷制度，减少而冷段配水量后，在二冷段的均匀减水(总水量10％)，提高矫直温度30-40℃，矫直温度为950-980℃。产品合格率上升到99.76％。判废量为0.42％。

本发明进行微合金化优化，严格控制N含量，减少碳氮化钛的大量富集超标而引起表面裂纹；对二冷段配水量进行调整来控制矫直温度，降低夹杂的脆性转化。采用本发明能减少表面裂纹、提高产品合格率。产品合格率上升到99.80％左右，判废量由7.5％降到0.4-0.5％。

Claims (2)

1.一种中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，其特征在于该方法对微合金进行优化，严格控制N含量，减少碳氮化钛的大量富集超标，对二冷段配水量进行调整来控制矫直温度，降低夹杂的脆性转化；具体包括以下步骤：

1)控制钢中微合金成分：向钢包冶金炉加入合金为Ti-Al，Ti-Nb-Al，Ti-Nb-V-Al组合，Nb的加入量降低在0.015％以下，Ti的加入量保证在0.015％以上；

2)控制钢中的氮含量：通过对原料以及设备精度的控制，做到生产中不增氮，以及采用RH真空循环脱气去除钢液作用，最终保证[N]＜45ppm；

3)控制连铸矫直温度，在二冷段配水采用弱冷，使连铸矫直温度为950-980℃。

2.根据权利要求1所述的中碳含铌钢减少表面裂纹的方法，其特征在于：步骤3)中，连铸时，侵入式水口的出口倾角为15°插入深度为250～270mm。