CN102248145B - 一种对连铸钢坯保温以消除宏观c偏析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金领域，特别是涉及一种连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法。具体步骤包括1.1钢种保温温度的确定：1.2根据Fe-C相图确定钢种加热状态下的固态相变（α→γ）温度T₂；1.3将连铸钢坯在加热炉内，在低于T₂温度20℃下，保温40h，然后升至T₁温度40h，保温结束后随炉冷却即可。本方法通过热力学计算，组织分析和实验室实验，提出了一种保温方法，可以较为高效的增加C的扩散均匀化效率。设备易得，操作简单，适合大规模工业生产。

Description

一种对连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法

技术领域

本发明属于冶金领域，特别是涉及一种连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法。

背景技术

宏观偏析，是指连铸坯或铸锭中宏观尺度上化学成分不均匀的现象(如中心偏析、R/2偏析、黑斑等)，可造成钢件组织和性能的不均匀性，影响着成品的质量，是一种应当尽量去消除的内部缺陷。

目前，降低铸坯宏观偏析的手段主要集中于连铸阶段，如低过热度、优化比水量、电磁搅拌、轻压下等。然而，事实证明，在连铸过程中消除宏观偏析是基本不可能的，这样对于某些对宏观偏析要求极为严格的钢种(如高速车轮钢)来讲，无法满足其质量要求。因此，开发适当后处理制度来进一步降低铸坯宏观偏析很有必要。

目前国内无法生产出无偏析的钢坯，因此对于某些高新技术领域用钢全依靠进口。迄今为止，国内各厂绝大部分都是在连铸过程中优化，虽有改进但是不能彻底解决。后来有人提出将生产出的钢坯重新放入加热炉，在高温下保温扩散，得到无偏析的钢坯，但是即使加热了几百个小时，依旧效果不明显。

发明内容

本发明的目的，提出了一种连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法，可以较为高效的增加C的扩散均匀化效率以消除宏观C偏析。

本发明一种对连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法，具体包括以下步骤：

1.1钢种保温温度的确定：

根据扩散系数Arrhenius公式

$D=D_0\exp (-\frac{Q}{\mathrm{RT}}),$ 确定长时间保温后晶粒不发生异常长大现象的最高温度T₁；

式中，D为扩散系数；D0为扩散常数；Q为扩散激活能；R为气体常数；T为绝对温度；

1.2根据Fe-C相图确定钢种加热状态下的固态相变(α→γ)温度T₂；

1.3将连铸钢坯在加热炉内，在低于T₂温度20℃下，保温40h，然后升至T₁温度40h，保温结束后随炉冷却即可。

进一步的，所述方法保温期间炉内持续通入氩气以减少钢坯的氧化。

进一步的，所述方法钢种为CL60车轮钢，T₁为1080℃，T₂为740℃。

本发明的有益效果在于：通过热力学计算，组织分析和实验室实验，提出了一种保温方法，可以较为高效的增加C的扩散均匀化效率。设备易得，操作简单，适合大规模工业生产。

附图说明

图1是不同保温温度下CL60车轮钢晶粒尺寸的变化示意图。

图2是Fe-C相图。

图3是采用本发明方法后，铸坯宏观C偏析与未采用本方法的比较图。

具体实施方式

本发明的目的，提出了一种连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法，可以较为高效的增加C的扩散均匀化效率以消除宏观C偏析。本方法只需确定好具体钢种的T₁和T₂，即可实现对连铸钢坯宏观偏析的有效控制。

以CL60车轮钢为例。步骤1，根据扩散系数Arrhenius公式(1)可知，温度越高，元素的扩散系数越大；然而，对于一般钢种，过于粗大的晶粒组织会严重影响随后的加工性能和成品质量。因此，本实验保温温度的制定标准为长时间保温后晶粒不发生异常长大现象的最高温度，下文称之为T₁。

$D=D_0\exp (-\frac{Q}{\mathrm{RT}})---\left(1\right)$

式中，D为扩散系数；D0为扩散常数；Q为扩散激活能；R为气体常数；T为绝对温度。对于CL60车轮钢来讲，其在不同加热温度下保温10h后的组织如图1所示。

从图1中可以看出，CL60钢在800℃下保温后组织最为细小，随着保温温度的升高，晶粒呈逐渐长大趋势，然而与铸坯晶粒尺寸相比，1000℃下保温后的试样组织基本没有增大，而1100℃下保温后的晶粒组织则略微大了一点，当升高到1200℃时，晶粒出现了异常粗大的现象，因此，综合考虑保温效果和钢种随后的加工性能，本实验将保温温度定为1080℃。

步骤2，根据图2的Fe-C相图粗略确定钢种加热状态下的固态相变(α→γ)温度，下文称之为T₂。对于CL60钢种来讲，T₂大约为740℃。

步骤3，将钢坯在加热炉内在略低于T₂温度20℃下(步骤2确定)，保温40h，然后升至T₁温度40h(步骤1确定)，保温结束后随炉冷却即可。保温期间炉内持续通入氩气以减少钢坯的氧化。

本发明方法的效果如图3所示。其中0h是未经过保温的钢坯的偏析状态(即保温0小时的意思)，然后按照本保温方法进行了多次实验，test x是第x次的实验结果，这样做的目的是避免偶然性。由图可见，经过本申请的保温方法保温后，高效的增加C的扩散均匀化效率。而如果直接在高温下保温这么长时间(80h)，偏析的改善程度很小。

Claims (3)

1.一种对连铸钢坯保温以消除宏观C偏析的方法，具体包括以下步骤：

1.1钢种保温温度的确定：

根据扩散系数Arrhenius公式

确定长时间保温后晶粒不发生异常长大现象的最高温度T₁；

式中，D为扩散系数；D0为扩散常数；Q为扩散激活能；R为气体常数；T为绝对温度；

1.2根据Fe-C相图确定钢种加热状态下的固态相变α→γ温度T₂；

1.3将连铸钢坯在加热炉内，在低于T₂温度20℃下，保温40h，然后升至T₁温度40h，保温结束后随炉冷却即可。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：保温期间炉内持续通入氩气以减少钢坯的氧化。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述钢种为CL60车轮钢，T₁为1080℃，T₂为740℃。

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