CN102828016B

CN102828016B - 采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法

Info

Publication number: CN102828016B
Application number: CN 201210351796
Authority: CN
Inventors: 朱正海
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: MAANSHAN ANGONG UNIVERSITY INTELLIGENT EQUIPMENT TECHNOLOGY INSTITUTE Co.,Ltd.
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN102828016A

Abstract

本发明公开了一种采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，属于改善铸坯边部裂纹的技术领域。本发明是当含硼钢铸坯在进入矫直区前，对上述的含硼钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为：脉冲电压3～25V，脉冲电流130～200A，脉冲频率10～35Hz；所述的含硼钢为0.003%≤ω[B]≤0.02%，ω[C]<0.25%的低碳钢或0.25%≤ω[C]≤0.60%的中碳钢。本发明通过施加低压脉冲电流，提高了铸坯高温力学性能，减少了铸坯的边部裂纹，且本发明的方法不影响正常的生产，且不需要改变现有生产工艺，不需要添加合金元素，对铸坯及设备无污染，对人员无危害，是一项环保安全的减少铸坯缺陷的新技术。

Description

采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法

技术领域

本发明属于改善铸坯边部裂纹的技术领域，更具体地说，涉及一种采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，通过施加一低压脉冲电流改善含硼钢铸坯高温力学性能，本发明尤其适用于易产生铸坯边部裂纹的含硼钢种。

背景技术

随着我国由钢铁大国到钢铁强国的转变，微合金化处理钢的品种、产量不断增加，在工程、机械和汽车行业中得到广泛应用。微合金化元素包括钛、硼、铌、钒和稀土元素等，这些元素少量地加入钢中，可起到提高钢的强度、韧性、耐腐蚀性等作用，使钢材得到某些特殊的性能，显著提高钢材的使用性能和性价比。相对铌、钒、钛和稀土元素，硼微合金钢研究较少，在生产中出现的问题被研究人员关注的也较少，但由于含硼钢具有良好的性能，因此加强对含硼钢的研究具有重要的现实意义。

含硼钢是以锰、硼为基础的一种低合金结构钢，钢中加入微量硼能显著提高淬透性，节约大量贵重元素，并获得良好的机械性能。但在生产含硼钢过程中往往会遇到铸坯边部裂纹的问题。研究表明（王朝阳，祭程，朱苗勇等，含硼钢板坯边角裂纹的成因与控制，钢铁，2012.47(5):35-38;赵素，张立，徐国栋等，微合金钢连铸坯角横裂的研究进展，世界钢铁，2011(1):42-47）：钢中的B（硼）、N（氮）含量较高时，B和N容易结合生成BN，并在晶界沉淀。含B钢的BN晶界析出物很细小，连续钉扎在奥氏体和基体变形处，降低了晶界的流动性，使再结晶温度提高。这种沉淀在奥氏体晶界上颗粒间空隙十分细小的BN，有效地锁住晶界，阻碍原生奥氏体晶界滑动引起晶粒间断裂，从而降低钢的热塑性。同时含硼钢晶粒粗大，硼易在晶间偏聚，在硼钢的奥氏体晶界上易出现硼相，钢中硼含量越高，这种硼相就越多。

目前，钢铁厂对于实际生产过程中产生的含硼钢铸坯边部裂纹，采用的解决方法主要为钢水成分控制法和铸坯热行法。钢水成分控制法在实际生产中控制难度较大，若钢种对成分要求严格则无法使用。铸坯热行法在实际生产中应用较多，但实际实施难度较大，且对原有工艺要进行改良，因生产中铸坯温度偏高，对设备的寿命有一定的影响。所以尚无较好的解决含硼钢铸坯边部裂纹的方法。

近年来，国内外的一些学者尝试在脉冲电流作用下改善固相金属材料的组织，并取得了一些成果。Conrad.H发现（Conrad, H. Effects of electric current on solid state phase transformations in metals. Materials Science & Engineering A (Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing), 2000）脉冲电流对固态金属中的析出相的析出行为具有显著影响，主要的影响因素为材料类型、电流密度、电流频率。Yang Liu认为（Yang Liu,Lei Wang,Yuchen Wang, et al. Effects of Electropulsing Treatment on the Precipitation Behaviour of Grain Boundary Carbides in GH3044 Alloy. Materials Science Forum, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd,2010）脉冲电流对GH3044合金中碳化物析出是有影响的，脉冲处理改变了碳化物析出的热力学和动力学条件，选择合适的脉冲参数，有利于碳化物的析出，表现为开始析出温度降低，析出相的总量增加。王建军等（王建军，周俐，李强等. 脉冲电流对钢凝固组织的影响. 钢铁研究学报,2007,19 (5):49-53）研究发现脉冲电流处理能够提高等轴晶形核率，细化晶粒，对改善连铸坯凝固组织具有显著效果。

此外，中国专利号ZL200810151116.X，授权公告日为2010年10月27日，发明创造名称为：一种采用高压电脉冲改善碳钢凝固组织的方法，该申请案的方法是在连续铸钢的中间包和连续铸钢的结晶器中或者在模铸的铸型中，对碳钢凝固过程或凝固前施加一选定的高压电脉冲，所述高压脉冲的参数为：脉冲电压1000V~3900V，脉冲频率0.50Hz~1.50Hz，脉冲电容100μF~500μF。该方法尤其适应于改善凝固组织中晶粒粗大，树枝晶发达，易产生成分偏析的钢种，以增加金属凝固的形核率，减少树枝晶，增加等轴晶，减少凝固组织的内裂纹、缩孔和疏松，改善成份偏析。上述方法是采用脉冲电流改善凝固组织，其所称的凝固组织指：钢水在凝固过程中形成的树枝晶、等轴晶、疏松和偏析等宏观组织形貌，在低倍（<10倍）状态下通过酸蚀即可观察到。且该申请案中采用的脉冲电压为1000V~3900V的高压电脉冲，电力消耗较大。

但至今，尚未有研究者将脉冲电流处理应用于改善冶金过程含硼钢铸坯的边部裂纹。需要注意的是，本发明中所称的微观组织指：钢水凝固之后随温度变化的固相微观组织，即在显微镜下当放大倍数50倍以上时观察到的碳在α－Fe或γ→Fe中形成的固溶体，通常称为铁素体（α）、奥氏体（γ）。特别指出的是：铸坯的微观组织与铸坯的凝固组织是完全不同的两个概念。此外，现有技术中含硼钢铸坯边部裂纹急需解决，以提高含硼钢铸坯质量。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中的含硼钢在铸坯边部出现裂纹的不足，提供一种采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，本发明通过提高含硼钢铸坯的高温力学性能，减少铸坯缺陷。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，是当含硼钢铸坯在进入矫直区前，对上述的含硼钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为：脉冲电压3～25V，脉冲电流130～200A，脉冲频率10～35 Hz。

更进一步地，对所述的含硼钢铸坯施加脉冲电流时，含硼钢铸坯的温度为770～1100℃。

更进一步地，所述的含硼钢为0.003%≤ω[B]≤0.02%，ω[C]<0.25%的低碳钢或0.25%≤ω[C]≤0.60%的中碳钢。

采用本发明的方法对含硼钢铸坯施加低压脉冲电流后，铸坯中具体的相变过程推测如下：对铸坯进行脉冲电流处理后，促进铸坯中析出相BN在奥氏体内和奥氏体晶界的形核和析出，改变BN集中在奥氏体晶界形核和析出的特点，当铸坯温度降至奥氏体/铁素体相变点以下，铸坯内的微观组织开始奥氏体→铁素体相变，之前析出的BN能够在奥氏体晶粒内向铁素体的形核提供大量的形核质点，使得铁素体能够在奥氏体晶粒内形核析出，改变铁素体仅在奥氏体晶界形核析出的特点。通过这种方法可以提高含硼钢铸坯的高温力学性能，减少铸坯的边部裂纹。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）本发明通过在含硼钢铸坯进入矫直区前，对铸坯施加一脉冲电流，提高了铸坯的力学性能，铸坯边部裂纹减少85%以上，有效减少了铸坯缺陷；

（2）本发明在实施脉冲电流处理的位置合理，不影响正常的生产，且不需要改变现有生产工艺，不需要添加合金元素，对铸坯及设备无污染，是一项环保安全的减少铸坯缺陷的新技术；

（3）本发明用于改善含硼钢铸坯边部裂纹的脉冲电压为3～25V的低压脉冲，脉冲电压小于36V，安全可靠，且用电量小；

（4）本发明的方法中，当含硼钢铸坯的温度为1100～770℃时施加脉冲电流，最为合适，铸坯边部裂纹的去除效果最好；

（5）本发明改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，设备简单，投资少，且工艺简单，操作方便。

附图说明

图1是实施例1中未经过脉冲电流处理的含硼钢铸坯边部裂纹图片；

图2是实施例1中采用本发明的脉冲电流处理的含硼钢铸坯边部图片。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，本发明不限于这些实施例，本发明的方法适用钢种：所述的含硼钢为0.003%≤ω[B]≤0.02%，ω[C]<0.25%的低碳钢或0.25%≤ω[C]≤0.60%的中碳钢。使用本发明的方法以提高铸坯高温力学性能，从而减少铸坯边部裂纹。本发明的关键技术要点在于脉冲电流处理的位置以及脉冲电流的参数设计。

实施例1

本实施例的材料为45B钢（其主要化学成分为：0.45%C、0.285%Si、0.87%Mn、0.008%P、0.007%S、0.002%B），铸坯断面为210mm×1800mm，浇注温度为1530℃，拉速为1.05m/min。脉冲电流装置安装在铸机东侧，从铸坯矫直前，沿拉坯方向安装了五处，对铸坯边部进行脉冲电流处理，在铸坯宽面方向延伸160mm，窄面方向延伸110mm。本实施例中的脉冲电压25V，脉冲电流130A，脉冲频率35Hz。脉冲电流开始处理时，实测铸坯边部温度1050℃，结束处理时铸坯角部温度775℃。铸坯切割后，将铸坯东侧边部（有脉冲电流处理）和西侧边部（无脉冲电流处理）切割、酸洗并进行对比。由图1和图2可以清楚的看出：东侧边部的裂纹相对西侧减少94%，脉冲电流处理有效减少了铸坯边部裂纹，提高了铸坯质量。

实施例2

本实施例的基本处理方法同实施例1，不同之处在于：本实施例中的脉冲电压为3V，脉冲电流200A，脉冲频率10Hz，处理的效果基本同实施例1，对改善铸坯边部裂纹具有显著效果。

实施例3

本实施例的基本处理方法同实施例1，不同之处在于：本实施例中的材料为28CrMo45VB钢（其主要化学成分为：0.29%C、0.205%Si、0.53%Mn、0.008%P、0.006%S、0.003%B），铸坯断面为260mm×340mm，浇注温度1542℃，拉速为0.90m/min，脉冲电压为10V，脉冲电流150A，脉冲频率18Hz，处理的效果基本同实施例1，对改善铸坯边部裂纹具有显著效果。

本发明的一种采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，通过施加低压脉冲电流，提高铸坯高温力学性能，从而有效减少了铸坯的边部裂纹，且本发明的方法不影响正常的生产，且不需要改变现有生产工艺，不需要添加合金元素，对铸坯及设备无污染，对人员无危害，是一项环保安全的减少铸坯缺陷的新技术。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，其特征在于：当含硼钢铸坯在进入矫直区前，对上述的含硼钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为：脉冲电压3～25V，脉冲电流130～200A，脉冲频率10～35 Hz，其中：对所述的含硼钢铸坯施加脉冲电流时，含硼钢铸坯的温度为770～1100℃。

2.根据权利要求1所述的采用低压脉冲电流改善含硼钢铸坯边部裂纹的方法，其特征在于：所述的含硼钢为0.003%≤ω[B]≤0.02%，ω[C]<0.25%的低碳钢或0.25%≤ω[C]≤0.60%的中碳钢。