CN102443706A - P91电渣钢表面裂纹的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种P91电渣钢表面裂纹的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：控制电渣重熔过程中自耗电极的熔化速度以及结晶过程中的水冷强度；将电渣钢快速出炉至缓冷坑，所述从出炉至进入缓冷坑的总时间小于或等于6min；用缓冷介质将电渣钢迅速掩埋在缓冷坑中进行缓冷，电渣钢表面的缓冷介质厚度大于或等于80mm，缓冷时间为73-87h，当电渣钢的温度小于或等于150℃时，将电渣钢吊出缓冷坑；将缓冷后的电渣钢在48h以内进行退火处理，将电渣钢在小于或等于300℃时装炉，以45-55℃/h的加热速度加热至820-840℃并在该温度下按照不同的锭型保温11-16h，再以35-45℃/h的降温速度降至230-270℃时保温5h后出炉。本发明简单易行并且能有效防止P91电渣钢表面裂纹的产生，尤其适合于生产φ350mm-φ600mm的P91电渣钢锭。

Description

P91电渣钢表面裂纹的控制方法

技术领域

本发明属于电渣重熔技术领域，具体涉及一种P91电渣钢表面裂纹的控制方法。

背景技术

电渣重熔是向渣池通入大容量的电流，自耗电极被渣产生的高热量熔化，从电极端部滴下的金属液滴在经过渣池的过程中被提纯并通过水冷结晶器与水冷底水箱的强制冷却来获得优良的轴向结晶组织，是一种二次精炼方法，电渣钢也称为电渣重熔钢。在钢液的凝固过程中，由液态向固态转变会在钢锭内部产生应力；在高温钢锭的冷却过程中，组织转变引起的体积变化也会在钢锭内部产生应力(包括热应力和组织应力)。对于一般的低合金电渣钢，上述应力通常不会造成钢锭的表面裂纹，但P91电渣钢为高合金钢，其钢液的凝固收缩行为与低合金电渣钢有较大差异，若生产过程控制不当就容易导致电渣钢锭的表面裂纹。但由于电渣钢坯产生裂纹的原因很复杂，不同的钢种须采取的措施也不一样。

P91电渣钢为含氮钢，不能采用结晶器和底水箱较大的冷却强度，否则造成钢中的氮因快速冷却而析出N2，使钢锭表面产生气孔；P91电渣钢又属于包晶反应钢，包晶钢的特点也限制了其不能采用较大的冷却强度；此外，P91电渣钢的合金含量高(如铬含量约8wt％)，其凝固过程会产生较大的体积收缩，使得该钢种极易产生表面裂纹；若向钢中填加昂贵的稀土元素来增强钢的高温热塑性，势必又会增加炼钢的生产成本。因此，从生产的经济性和质量的可靠性出发，若能针对P91电渣钢的具体特点专门设计合理的工艺制度以有效避免P91电渣钢的表面裂纹，将是一件非常有意义的工作。

资料调研表明，国内外未见公开报道P91电渣钢表面裂纹的控制方法，也没有专门针对控制P91电渣钢表面开裂的工艺研究的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在不增加生产成本的基础上能有效控制P91电渣钢表面产生裂纹的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种P91电渣钢表面裂纹的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：控制电渣重熔过程中自耗电极的熔化速度以及结晶过程中的水冷强度；所述自耗电极的熔化速度为5.5-5.9Kg/min，结晶器的进水温度5-14℃、出水温度为30-45℃且冷却水流量为200-240L/s，底水箱的进水温度5-14℃、出水温度为15-35℃且冷却水流量为190-220L/s；将电渣钢快速出炉至缓冷坑，所述电渣钢从出炉至进入缓冷坑的总时间小于或等于6min；用缓冷介质将电渣钢迅速掩埋在缓冷坑中进行缓冷，电渣钢表面的缓冷介质厚度大于或等于80mm，缓冷时间为73-87h，当电渣钢的温度小于或等于150℃时，将电渣钢吊出缓冷坑；将缓冷后的电渣钢在48h以内进行退火处理，将电渣钢在小于或等于300℃时装炉，以45-55℃/h的加热速度加热至820-840℃并在该温度下按照不同的锭型保温11-16h，再以35-45℃/h的降温速度降至230-270℃时保温5h后出炉。

根据本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其中，通过控制电渣重熔过程中的电压和电流来控制所述自耗电极的熔化速度。

根据本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其中，所述电渣钢从出炉至进入缓冷坑的总时间中，电渣钢的出炉时间小于或等于2min，电渣钢转运至缓冷坑的时间小于或等于4min。

根据本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其中，所述缓冷介质为普通河砂，所述普通河砂的粒度为0.2-1.0mm。

根据本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其中，所述电渣钢的锭型为φ350mm-φ600mm。

本发明与现有技术相比，其在不增加生产成本的基础上，仅使自耗电极熔速、冷却强度、缓冷机制、退火工艺等合理匹配，有效解决了P91电渣钢的表面裂纹问题。该方法简单易行，尤其适合于生产φ350mm-φ600mm的P91电渣钢锭。

具体实施方式

下面将详细描述根据本发明实施例的P91电渣钢表面裂纹的控制方法。

本发明通过电渣重熔过程中自耗电极的熔化速度与底水箱及结晶器冷却强度的合理匹配，确保P91电渣钢的电渣重熔过程不产生缺陷；然后通过缓冷、退火的措施来消除电渣钢锭的内应力，最终确保P91电渣钢锭不产生表面裂纹。

其中，P91电渣钢的化学成分组成可在技术手册中具体查到。

首先，控制电渣重熔过程中的水冷强度和自耗电极的熔化速度，通过设定合适的熔化速度并通过控制底水箱、结晶器冷却水的温度及流量设定合适的水冷强度，避免P91电渣钢表面与内部产生较大的温度梯度。

由于电渣钢锭与结晶器壁之间的渣皮是影响电渣钢锭表面质量的重要因素，冶炼工艺(如自耗电极的熔化速度等)与结晶器水冷强度的合理匹配和控制是得到厚度均匀的渣壳的前提条件，否则就可能产生厚度不均匀的渣壳，导致整个电渣钢锭的冷却传热不均匀，使电渣钢锭有些部位的温度梯度大，有些部位的温度梯度小，从而诱发应力裂纹。

具体地，通过控制电渣重熔过程中的电压和电流来控制自耗电极的熔化速度。对一级近似，自耗电极的熔化速度与电渣钢锭的锭型呈正比关系，为了达到恒定熔化速度的目的，需根据不同锭型具体设计电渣重熔的电制度(包括电压和电流)。具体地，自耗电极熔化速度为5.7±0.2Kg/min，按照该熔化速度，各种P91电渣钢锭型设计的电制度如表1所示：

表1各种P91电渣钢锭型的电制度

P91电渣钢锭的锭型为φ350mm-φ600mm，具体包括φ350mm、φ380mm、φ450mm、φ500mm、φ550mm、φ600mm的多种锭型，当然，不同锭型的电渣钢锭需要消耗不同数量的自耗电极。随着电渣重熔过程的进行，由于电极缩短、电阻损失及感应环闭合损失降低等因素的影响，导致熔炼过程的输入功率发生变化，为了维持恒定的熔化速度，施加于第3支及之后自耗电极的电压、电流都较第1、2支有所减小。具体地，可根据所要生产的P91电渣钢锭锭型对施加于每支自耗电极上的电压和电流进行具体控制，关键在于保持恒定的熔化速度。

同时，通过控制底水箱、结晶器冷却水的温度及流量来控制电渣重熔过程中的水冷强度。具体地，结晶器和底水箱的冷却水温度及流量如表2所示。

表2结晶器和底水箱的冷却水温度及流量

	进水温度	出水温度	冷却水流量
				结晶器	5-14℃	30-45℃	200-240L/s
底水箱	5-14℃	15-35℃	190-220L/s

由表3可知，其中结晶器的进水温度为5-14℃、出水温度为30-45℃且冷却水流量为200-240L/s，底水箱的进水温度为5-14℃、出水温度为15-35℃且冷却水流量为190-220L/s。在确保结晶器和底水箱最低安全水量的前提下，以较小的冷却强度进行冷却，避免电渣钢凝固初期因温度梯度过大而造成的表面气孔等缺陷。

接下来，将P91电渣钢快速出炉至缓冷坑，控制P91电渣钢从出炉至进入缓冷坑的总时间小于或等于6min，其中，P91电渣钢从出炉至进入缓冷坑的总时间包括P91电渣钢的出炉时间和将P91电渣钢转运至缓冷坑的时间，P91电渣钢的出炉时间小于或等于2min，将P91电渣钢转运至缓冷坑的时间小于或等于4min，将电渣钢快速出炉并送入缓冷坑是为了避免电渣钢的明显降温。

之后，对出炉的P91进行缓冷处理。用缓冷介质将P91电渣钢迅速掩埋在缓冷坑中，P91电渣钢表面的缓冷介质厚度大于或等于80mm，缓冷时间为73-87h，当电渣钢的温度小于或等于150℃时，将P91电渣钢吊出缓冷坑再对其进行退火处理。具体地，各种锭型P91电渣钢的缓冷时间如表3所示：

表3各种锭型P91电渣钢的缓冷时间

处理时，可根据不同锭型的P91电渣钢选择合适的缓冷时间。其中，缓冷介质是普通河砂，河砂粒度为0.2-1mm，当然也可以采用其它常用的缓冷介质。缓冷坑则以能完全填埋P91电渣钢，并保证电渣钢周围至少80mm的填埋厚度为准进行挖掘。

最后，将缓冷后的P91电渣钢在48h以内进行退火处理。退火的具体工艺为：将P91电渣钢在小于或等于300℃时装炉，以45-55℃/h的加热速度加热至820-840℃并在该温度下按照不同的锭型保温11-16h，再以35-45℃/h的降温速度降至230-270℃时保温5h后出炉。通过上述步骤对P91电渣钢进行处理，可有效控制电渣钢表面裂纹的产生。各种锭型的保温时间如表4所示：

表4各种锭型P91电渣钢的退火时间

锭型/mm	φ350	φ380	φ450	φ500	φ550	φ600
							缓冷时间/h	11	12	13	14	15	16

根据本发明的技术效果看，电渣钢锭表面渣皮的厚度稳定地控制在1.5-2.0mm，可以确保整个电渣钢锭温度梯度的均匀性并避免裂纹的产生。下面结合实施例对本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法进行详细描述。

实施例1

炉号01、φ380×2100mmP91电渣钢锭的生产工艺如下：

(1)电渣重熔时，各支自耗电极的电制度及熔化速度如表5所示：

表5实施例1的电渣重熔电制度及自耗电极熔化速度

	电压	电流	自耗电极熔化速度
				第1支电极	78V	11300A	5.69Kg/min
第2支电极	78V	11300A	5.70Kg/min
				第3支电极	77V	11200A	5.69Kg/min

(2)控制结晶器和底水箱的冷却水进水温度为13℃，结晶器的冷却水流量为200L/s，底水箱的冷却水流量为195L/s。电渣重熔过程的出水温度如表6所示：

表6实施例1的电渣重熔过程的出水温度

(3)将P91电渣钢出炉并转送入缓冷坑中，其中电渣钢的出炉时间为70″，将其送入缓冷坑的转运时间为3′40″。

(4)P91电渣钢在缓冷坑中进行缓冷，用河砂填埋电渣钢，其中电渣钢表面的填砂厚度为95mm，缓冷时间为73h，电渣钢的出坑温度为110℃。

(5)将P91电渣钢吊出缓冷坑后约35h安排退火处理。

(6)退火工艺具体为：将P91电渣钢在260℃时装炉，以50℃/h的加热速度加热至830±10℃并在该温度下保温12h，再以40℃/h的降温速度降至240-260℃时保温5h后出炉，出炉温度240℃。

本实施例的P91电渣钢锭表面光洁且无裂纹，由该电渣钢锭轧制成的尺寸为φ273×29mm的钢管表面无肉眼可见的外折、裂纹等，对该钢管进行超声波及涡流探伤检查的检验结果合格。

实施例2

炉号02、φ450×2100mmP91电渣钢锭的生产工艺如下：

(1)电渣重熔时，各支自耗电极的电制度及熔化速度如表7所示：

表7实施例2的电渣重熔电制度及自耗电极熔化速度

	电压	电流	自耗电极熔化速度
				第1支电极	80V	12400A	5.70Kg/min
第2支电极	80V	12500A	5.70Kg/min
				第3支电极	79V	12400A	5.71Kg/min

(2)控制结晶器和底水箱的冷却水进水温度为11℃，结晶器的冷却水流量为210L/s，底水箱的冷却水流量为200L/s。电渣重熔过程的出水温度如表8所示：

表8实施例2的电渣重熔过程的出水温度

(3)将P91电渣钢出炉并转送入缓冷坑中，其中电渣钢的出炉时间为55″，将其送入缓冷坑的转运时间为3′20″。

(4)P91电渣钢在缓冷坑中进行缓冷，用河砂填埋电渣钢，其中电渣钢表面的填砂厚度为92mm，缓冷时间为74h，电渣钢的出坑温度为110℃。

(5)将P91电渣钢吊出缓冷坑后约31h安排退火处理。

(6)退火工艺具体为：将P91电渣钢在230℃时装炉，以50℃/h的加热速度加热至830±10℃并在该温度下保温13h，再以40℃/h的降温速度降至230-250℃时保温5h后出炉，出炉温度230℃。

本实施例的P91电渣钢锭表面光洁且无裂纹，由该电渣钢锭轧制成的尺寸为φ298.5×58mm的钢管表面无肉眼可见的外折、裂纹等，对该钢管进行超声波及涡流探伤检查的检验结果合格。

实施例3

炉号03、φ500×2450mmP91电渣钢锭型的生产工艺如下：

(1)电渣重熔时，控制各支自耗电极的电制度及熔化速度如表9所示：

表9实施例3的电渣重熔电制度及自耗电极熔化速度

	电压	电流	自耗电极熔化速度
				第1支电极	82V	13100A	5.75Kg/min
第2支电极	82V	13200A	5.77Kg/min
				第3支电极	81V	13300A	5.76Kg/min
第4支电极	80V	13200A	5.76Kg/min

(2)控制结晶器和底水箱的冷却水进水温度为10℃，结晶器的冷却水流量为220L/s，底水箱的冷却水流量为210L/s。电渣重熔过程的出水温度如表10所示：

表10实施例3的电渣重熔过程的出水温度

(3)将P91电渣钢出炉并转送入缓冷坑中，其中电渣钢的出炉时间为65″，将其送入缓冷坑的转运时间为3′30″。

(4)P91电渣钢在缓冷坑中进行缓冷，用河砂填埋电渣钢，其中电渣钢表面的填砂厚度为88mm，缓冷时间为74h，电渣钢的出坑温度为120℃。

(5)将P91电渣钢吊出缓冷坑后约40h安排退火处理。

(6)退火工艺具体为：将P91电渣钢在230℃时装炉，以50℃/h的加热速度加热至830±10℃并在该温度下保温14h，再以40℃/h的降温速度降至230-260℃时保温5h后出炉，出炉温度230℃。

本实施例的P91电渣钢锭表面光洁且无裂纹，由该电渣钢锭轧制成的尺寸为φ355.6×57mm的钢管表面无肉眼可见的外折、裂纹等，对该钢管进行超声波及涡流探伤检查的检验结果合格。

实施例4

炉号04、φ600×2400mmP91电渣钢锭型的生产工艺如下：

(1)电渣重熔时，各支自耗电极的电制度及熔化速度如表11所示：

表11实施例4的电渣重熔电制度及自耗电极熔化速度

	电压	电流	自耗电极熔化速度
				第1支电极	84V	14600A	5.78Kg/min

第2支电极	84V	14600A	5.79Kg/min
				第3支电极	83V	14500A	5.80Kg/min
第4支电极	83V	14500A	5.80Kg/min
				第5支电极	82V	14400A	5.79Kg/min

(2)控制结晶器和底水箱的冷却水进水温度为12℃，结晶器的冷却水流量为240L/s，底水箱的冷却水流量为220L/s。电渣重熔过程的出水温度如表12所示：

表12实施例4的电渣重熔过程的出水温度

(3)将P91电渣钢出炉并转送入缓冷坑中，其中电渣钢的出炉时间为50″，将其送入缓冷坑的转运时间为3′45″。

(4)P91电渣钢在缓冷坑中进行缓冷，用河砂填埋电渣钢，其中电渣钢表面的填砂厚度为91mm，缓冷时间为86h，电渣钢的出坑温度为140℃。

(5)将P91电渣钢吊出缓冷坑后约32h安排退火处理。

(6)退火工艺具体为：将P91电渣钢在240℃时装炉，以50℃/h的加热速度加热至830±10℃并在该温度下保温16h，再以40℃/h的降温速度降至240-260℃时保温5h后出炉，出炉温度240℃。

本实施例的P91电渣钢锭表面光洁且无裂纹，由该电渣钢锭轧制成的尺寸为φ508×78mm的钢管表面无肉眼可见的外折、裂纹等，对该钢管进行超声波及涡流探伤检查的检验结果合格。

综上所述，本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法简单易行并且能有效防止P91电渣钢表面裂纹的产生，尤其适合于生产φ350mm-φ600mm的P91电渣钢锭。

尽管上面结合实施例示出并描述了本发明的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (5)

1.一种P91电渣钢表面裂纹的控制方法，所述方法包括以下步骤：

控制电渣重熔过程中自耗电极的熔化速度以及结晶过程中的水冷强度；所述自耗电极的熔化速度为5.5-5.9Kg/min，结晶器的进水温度5-14℃、出水温度为30-45℃且冷却水流量为200-240L/s，底水箱的进水温度5-14℃、出水温度为15-35℃且冷却水流量为190-220L/s；

将电渣钢快速出炉至缓冷坑，所述电渣钢从出炉至进入缓冷坑的总时间小于或等于6min；

用缓冷介质将电渣钢迅速掩埋在缓冷坑中进行缓冷，电渣钢表面的缓冷介质厚度大于或等于80mm，缓冷时间为73-87h，当电渣钢的温度小于或等于150℃时，将电渣钢吊出缓冷坑；

将缓冷后的电渣钢在48h以内进行退火处理，将电渣钢在小于或等于300℃时装炉，以45-55℃/h的加热速度加热至820-840℃并在该温度下按照不同的锭型保温11-16h，再以35-45℃/h的降温速度降至230-270℃时保温5h后出炉。

2.根据权利要求1所述的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其特征在于，通过控制电渣重熔过程中的电压和电流来控制所述自耗电极的熔化速度。

3.根据权利要求1所述的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其特征在于，所述电渣钢从出炉至进入缓冷坑的总时间中，电渣钢的出炉时间小于或等于2min，电渣钢转运至缓冷坑的时间小于或等于4min。

4.根据权利要求1所述的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其特征在于，所述缓冷介质为普通河砂，所述普通河砂的粒度为0.2-1.0mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的P91电渣钢表面裂纹的控制方法，其特征在于，所述电渣钢的锭型为φ350mm-φ600mm。