CN102517495A

CN102517495A - 一种细化管线钢铸坯组织晶粒的方法

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Publication number: CN102517495A
Application number: CN2011103933670A
Authority: CN
Inventors: 余泽金; 任慧平; 金自力
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种细化管线钢连铸坯组织晶粒的方法，属于钢铁冶金及热处理技术领域。在CSP连铸工艺条件下，在X65管线钢中加入纯稀土铈元素，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.05～0.08％，Si：0.30～0.60％，Mn：1.45～1.65％，P：≤0.02％，S：≤0.005％，Al：0.010～0.030％，Nb：0.02～0.04％，Ti：0.01～0.03％，Ce：0.025～0.035％，其余为基体铁。将其以20℃/s速度加热到1300℃保温30s，再以5℃/s冷速降到1200℃保温300s后水淬，其原始奥氏体组织晶粒平均尺寸为230～240μm，平均可细化铸坯晶粒尺寸30～40μm。

Description

一种细化管线钢铸坯组织晶粒的方法

技术领域

本发明属于冶金及热处理技术领域。

背景技术

CSP生产工艺其铸坯相对较薄，铸坯出连铸机后直接进入辊底式加热炉进行加热和均热，铸坯组织没有γ→α和α→γ的相变过程，轧制前的铸坯组织与传统热轧铸坯的组织有很大差异。CSP工艺铸坯组织相对传统热轧铸坯组织晶粒粗大，在轧制过程中由于压缩比相对不大，所以在CSP生产工艺上开发高级别钢种受到限制。基于内蒙古科技引导项目“稀上功能材料及合金制品开发”(项目编号：20071991)的支持下，针对这一问题，通过加入稀土的方法来细化原始铸坯晶粒尺寸。

目前，国内CSP生产工艺所开发的最高级别管线钢为X65，更高级别的管线钢未见报道。

发明内容

本发明的目的是在CSP工艺条件下，为细化X65管线钢铸坯的组织晶粒提供一种方法。

技术解决方案：通过在钢中加入稀土Ce元素来细化铸坯的组织晶粒。稀土在钢中主要以稀土化合物及少量的单质稀土元素的形式存在，细小弥散分布的稀土化合物可为相变提供大量的相变形核点，降低钢的吉布斯自由能。同时，分布在晶界处的稀土化合物能起到阻止奥氏体晶粒长大的作用。

通过在X65钢中加入0.0250～0.0350％的单一稀土Ce元素，利用稀土元素Ce对铸态组织的细化作用，为在CSP生产线上开发高级别管线钢及其它高级别钢提供技术条件。

钢液中稀土Ce元素与氧及硫的反应式以及吉布斯自由能变化情况如下：

CeS＝[Ce]+[S] (1)

ΔG^○＝-637900+227.0T(kJ/mol)

Ce₂S₃＝2[Ce]+3[S] (2)

ΔG^○＝-1266000+417.9T(kJ/mol)

Ce₂O₂S＝2[Ce]+2[O]+[S] (3)

ΔG^○＝-790567+142.8T(J/mol)

公式中ΔG^○--吉布斯自由能(kJ/mol)

T-绝对温度(T＝273+t(℃))

发明有益效果：加入稀土Ce元素后，X65管线钢铸态组织得到细化，为CSP工艺扩大生产管线钢的品种及其它更高钢级别的钢种提供依据，预期具有良好的经济效益和社会效应。

附图说明

图1为自然冷却后稀土X65钢的金相组织；

图2为自然冷却后X65钢的金相组织；

图3为稀土X65钢原始奥氏体组织晶粒；

图4为X65钢原始奥氏体组织晶粒。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例

以X65管线钢为原料，加入ZG-0.01真空感应熔炼炉中进行冶炼，采用炉内吊挂稀土金属法加入质量百分比为0.029％的纯稀土Ce。将熔炼炉抽成真空，真空度为6×10^-2Pa，以5℃/s加热速度加热到1650℃后保温2分钟，再以10℃/s冷速降至1540℃进行模铸。共模铸了2块含稀土钢锭，2块不含稀土的钢锭，钢锭均为25公斤级。两种钢锭分别按表1和表2的化学成分进行控制。

表1 稀土X65钢化学成分控制(质量百分数％)

C

Si

Mn

P

S

Al

Nb

Ti

Ce

0.05-0.08

0.30-0.60

1.45-1.65

≤0.02

≤0.005

0.010-0.030

0.02-0.04

0.01-0.03

0.025-0.035

表2 X65钢化学成分控制(质量百分数％)

C

Si

Mn

P

S

Al

Nb

Ti

0.05-0.08

0.30-0.60

1.45-1.65

≤0.02

≤0.005

0.010-0.030

0.02-0.04

0.01-0.03

钢中气体含量全氧≤20ppm；氮≤80ppm，其余为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。

钢液中稀土元素与氧及硫的反应式以及吉布斯自由能变化情况：

CeS＝[Ce]+[S] (1)

ΔG^○＝-637900+227.0T(kJ/mol)

Ce₂S₃＝2[Ce]+3[S] (2)

ΔG^○＝-1266000+417.9T(kJ/mol)

Ce₂O₂S＝2[Ce]+2[O]+[S] (3)

ΔG^○＝-790567+142.8T(J/mol)

公式中ΔG^○-吉布斯自由能(kJ/mol)

T-绝对温度(T＝273+t(℃))

将钢锭自然冷却到室温，分别在钢锭横断面的四分之一处取金相试样，利用Axiovert 25CA蔡司金相显微镜观测组织照片，组织照片分别见图1和图2。

从组织照片可明显看出，稀土的加入细化了铸坯的组织晶粒。

为了更有力的证明稀土Ce对X65钢铸态奥氏体晶粒的细化作用，进行了铸坯原始奥氏体晶粒尺寸的模拟实验。

分别在钢锭横断面的四分之一处取样，式样的大小尺寸为15mm×15mm×15mm。将稀上X65钢和X65钢试样放入GLEEBLE-1500D热模拟实验机中加热模拟CSP连铸坯组织晶粒，以20℃/s速度加热到1300℃保温30s，再以5℃/s冷速降到1200℃保温300s后水淬。在室温下利用QUANTA 400环境扫描电子显微镜观察稀土X65钢与X65钢原始奥氏体组织晶粒，稀上X65钢奥氏体组织晶粒见图3，X65钢奥氏体组织晶粒见图4。

利用Image-Tool软件测出稀土X65钢原始奥氏体组织晶粒平均尺寸为230μm，X65钢原始奥氏体组织晶粒平均尺寸为265μm。由此证明了稀土Ce可以起到细化X65钢原始奥氏体组织晶粒的作用。

Claims

1.一种细化管线钢连铸坯组织晶粒的方法，其特征在于在X65管线钢铸坯中加入纯稀土铈元素，使钢中化学成分及重量百分比含量为：C：0.05～0.08％，Si：0.30～0.60％，Mn：1.45～1.65％，P：≤0.02％，S：≤0.005％，Al：0.010～0.030％，Nb：0.02～0.04％，Ti：0.01～0.03％，Ce：0.025～0.035％，其余为基体铁。

2.根据权利要求1所述的一种细化管线钢连铸坯组织晶粒的方法，其特征在于将稀上X65钢以20℃/s速度加热到1300℃保温30s，再以5℃/s冷速降到1200℃保温300s后水淬，其原始奥氏体组织晶粒平均尺寸为230～240μm，能平均细化铸坯晶粒尺寸30～40μm。