CN102861890A - 降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，在铸坯出结晶器后经过垂直段时，前期通过控制二次冷却的冷却速度使铸坯冷却温度达到γ→α转变开始温度；后期减小铸坯冷却水量，利用铸坯凝固潜热使铸坯回热温升，控制回温速度，使铸坯出垂直段时，达到奥氏体相变温度以上；整个过程经过γ→α→γ转变，使最后的转变产物晶粒更细小；铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用缓慢冷却模式。通过对连铸板坯冷却模式进行优化，实现细化晶粒和控制钢中的第二相粒子行为，从而提高铸坯的高温力学性能，操作简单，可有效降低铸坯表面横裂纹的发生。

Description

降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法

技术领域

本发明涉及一种连铸二次冷却的方法，能有效控制微合金钢板坯表面角部横裂纹的发生，属于连铸技术领域。

背景技术

钢中加入微合金元素，如钒、钛、铌等，可在基体中产生固溶、偏聚和沉淀作用，通过晶粒细化、析出强化、再结晶控制等提高钢的强度及韧性，已广泛地应用于各类钢铁产品，微合金化作用还可以通过第二相的析出而影响钢的显微结构。但是，若控制不好，AlN和Nb、Ti、V的碳氮化物大量在晶界析出，会促使钢的塑性降低，易产生表面横裂纹。

铸坯表面横裂纹一般产生在窄面边部与角部，垂直于浇注方向，常常出现在振痕底部。产生角部横裂纹的主要原因是铸坯在凝固过程中，结晶器、夹辊等设备问题或钢水静压力、不对中和弯曲与矫直等产生的应力引起的。

传统的铸坯表面横裂纹控制措施主要是采取“热行法”或“冷行法”使铸坯表层温度在矫直前避开低塑性温度区范围，从而减少角部裂纹的发生。但让铸坯表面温度在弯曲或矫直时避开低塑性温度区并不足以防止表面横裂纹产生。这是由于板坯宽度方向上温度分布是不均匀的，尤其是角部，受到来自窄面与宽面的二维传热，角部温度不可避免地会处于低塑性温度区。

随着生产率的提高与热送热轧率增加的要求，铸坯角部横裂纹成为影响连铸生产顺行的重要缺陷，防止铸坯角部横裂纹越来越被重视。

目前，消除铸坯表面横裂纹的最新技术是通过控制其铸坯表层微观组织，使其形成一层抗裂纹能力较强的组织，当铸坯被弯曲或矫直时，不容易产生裂纹。这种方法仅在国外少数几家企业成功应用，国内尚无应用实例。

铸坯在连铸二冷过程中，随着铸坯表面温度下降，微合金元素的析出物在此过程中完成析出，同时冷却过程中有奥氏体向铁素体相变发生，当适当加大冷却速度能使析出物在奥氏体晶内析出且减少晶界的先共析铁素体，细小弥散均匀分布于晶内的第二相又成为铁素体的形核质点，可细化铁素体组织，从而提高铸坯的高温力学性能。铸坯凝固后的热历程是影响和决定铸坯表层微观组织及第二相析出物分布的关键因素。

在连铸过程中，铸坯表面微观组织的控制很大程度上受冷却速度影响，如何对二冷的冷却模式进行优化以实现细化晶粒和控制钢中的第二相粒子行为，是降低裂纹敏感性，减少角部裂纹的关键。

中国发明专利CN101912953A控制连铸坯表层凝固组织的二次冷却方法，通过在铸机垂直段，采用增大原来水量的2~5倍对铸坯进行强冷，控制析出物和凝固组织来控制铸坯表层凝固组织。但其在垂直段冷却强度过大，铸坯温度过低，而当铸坯经过弯曲段和矫直段时，会因塑性降低而产生裂纹。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，操作简单，可有效降低铸坯表面横裂纹的发生。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，其特征在于：在铸坯出结晶器后经过垂直段时，前期通过控制二次冷却的冷却速度使铸坯冷却温度达到γ→α转变开始温度，采用强冷却使大量的微合金元素来不及扩散而弥散分布于奥氏体晶粒内部，得到细小弥散分布的第二相颗粒，第二相颗粒均匀分布于晶内成为铁素体的形核质点，铸坯表面铁素体细小弥散；

后期减小铸坯冷却水量，利用铸坯凝固潜热使铸坯回热温升，控制回温速度，使铸坯出垂直段时，达到奥氏体相变温度以上；回温过程中，钢中的组织发生α→γ转变，奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，同时，回热温度低于微合金元素的固溶温度，微合金元素很难回溶，且由于回温过程十分短暂，析出物也来不及聚合长大；

整个过程经过γ→α→γ转变，使最后的转变产物晶粒更细小；

铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用缓慢冷却模式。

按上述技术方案，所述的γ→α转变开始温度为当前冷却速度下的奥氏体开始向铁素体转变时的临界温度；所述奥氏体相变温度为当前回温速度下由铁素体开始向奥氏体转变的临界温度；该两温度均根据不同钢种由实验测试得出。

按上述技术方案，所述的冷却速度及回温速度，根据出结晶器时的铸坯角部温度及相变温度设定；所述的冷却速度设定方式为：基于铸机结构参数和工艺条件建立凝固传热方程和仿真模型，根据凝固传热方程和仿真模型计算出该冷却速度下铸坯二次冷却所需的冷却水量，通过控制铸坯二次冷却的冷却水量及喷水模式来设定冷却速度。

按上述技术方案，所述冷却速度为3~8℃/s，回温速度1~10℃/s。

按上述技术方案，铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用的缓冷模式比水量为0.8L/kg~1.2L/kg。

本发明在二冷过程中，通过对连铸板坯冷却模式进行优化，实现细化晶粒和控制钢中的第二相粒子行为，使板坯表层组织经过γ→α→γ转变；在铸坯出结晶器后经过垂直段时，前期通过控制二次冷却的冷却速度使铸坯冷却温度达到γ→α（奥氏体向铁素体）转变开始温度，采用强冷却使大量的微合金元素来不及扩散而弥散分布于奥氏体晶粒内部，由于冷却速度大，析出物尺寸小，析出物均匀，从而得到细小弥散分布的第二相颗粒，降温将使奥氏体向铁素体转变，析出的第二相颗粒均匀分布于晶内成为铁素体的形核质点，铸坯表面铁素体细小弥散，也减少晶界的先共析铁素体；后期减小铸坯冷却水量，利用铸坯凝固潜热使铸坯回热温升，控制回温速度，使铸坯出垂直段时，达到奥氏体相变温度以上；回温过程中，由于铸坯温度升高，钢中的组织又会发生α→γ转变，而且回温到设定温度的时间短，因而奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，同时，回热温度低于微合金元素的固溶温度，微合金元素很难回溶，且由于此过程十分短暂，析出物也来不及聚合长大；通过整个过程的γ→α→γ转变，使最后的转变产物晶粒更细小，提高铸坯的高温力学性能，降低铸坯表面横裂纹的发生。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

根据本发明实施的降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，在铸坯出结晶器后，经过垂直段时，前期通过控制二次冷却的冷却速度使铸坯冷却温度达到γ→α（奥氏体向铁素体）转变开始温度，采用强冷却使大量的微合金元素来不及扩散而弥散分布于奥氏体晶粒内部，由于冷却速度大，析出物尺寸小，析出物均匀，从而得到细小弥散分布的第二相颗粒，降温将使奥氏体向铁素体转变，析出的第二相颗粒均匀分布于晶内成为铁素体的形核质点，铸坯表面铁素体细小弥散，也减少晶界的先共析铁素体；后期减小铸坯冷却水量，利用铸坯凝固潜热使铸坯回热温升，控制回温速度，使铸坯出垂直段时，达到奥氏体相变温度以上；回温过程中，由于铸坯温度升高，钢中的组织又会发生α→γ（铁素体向奥氏体）转变，而且回温到一定温度的时间短，因而奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，同时，回热温度低于微合金元素的固溶温度，微合金元素很难回溶，且由于此过程十分短暂，析出物也来不及聚合长大。整个过程经过γ→α→γ转变，使最后的转变产物晶粒更细小，随后铸坯采用缓慢冷却模式进入矫直区。

按上述技术方案，所述的γ→α转变开始温度为当前冷却速度下的奥氏体开始向铁素体转变时的临界温度；所述奥氏体相变温度为当前回温速度下由铁素体开始向奥氏体转变的临界温度；该两温度均根据不同钢种由实验测试得出。

按上述技术方案，所述的冷却速度及回温速度，根据出结晶器时的铸坯角部温度及相变温度设定；所述的冷却速度设定方式为：基于铸机结构参数和工艺条件建立凝固传热方程和仿真模型，根据凝固传热方程和仿真模型计算出该冷却速度下铸坯二冷所需的冷却水量，通过控制铸坯二冷的冷却水量及喷水模式来设定冷却速度。

按上述技术方案，所述冷却速度为3~8℃/s，回温速度1~10℃/s。

按上述技术方案，铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用的缓冷模式为比水量为0.8L/kg~1.2L/kg。

以下为具体实施例：

实例1：

在浇注钢种为含硼钢45B，断面尺寸为1600mm×200mm，拉速为1.1m/min，采用本发明的二次冷却方法：在铸坯出结晶器后，出结晶器温度为1000℃，调整宽面水量为362L/min，窄面水量为72L/min，冷却时间为80s，使铸坯在铸机垂直段以4℃/s的冷却速度，迅速强冷使铸坯冷却温度达680℃；随后铸坯减小铸坯冷却水量，采用比水量0.7L/kg水表浇注，利用铸坯凝固潜热使铸坯回温，回温速度2℃/s，铸坯出垂直段时，达到880℃以上，最终铸坯采用缓冷模式（比水量为0.8L/kg~1.2L/kg）进入随后的二次冷却区。

铸坯的断面收缩率及塑性都较好，没有发生表面横裂纹。

实例2：

在浇注钢种为含钒钢15MnV，断面尺寸为1800mm×220mm，拉速为0.9m/min，采用本发明的二次冷却方法：在铸坯出结晶器后，出结晶器温度为1050℃，调整宽面水量为380L/min，窄面水量为80L/min，冷却时间为74s，使铸坯在铸机垂直段以5℃/s的冷却速度，迅速强冷使铸坯冷却温度达680℃。随后铸坯减小铸坯冷却水量，采用比水量0.7L/kg水表浇注，利用铸坯凝固潜热使铸坯回温，回温速度3℃/s，铸坯出垂直段时，达到900℃以上，最终铸坯采用缓冷模式（比水量为0.9L/kg~1.2L/kg）进入随后的二次冷却区。

铸坯的断面收缩率及塑性都较好，没有发生表面横裂纹。

Claims (5)

1.降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，其特征在于：在铸坯出结晶器后经过垂直段时，前期通过控制二次冷却的冷却速度使铸坯冷却温度达到γ→α转变开始温度，采用强冷却使大量的微合金元素来不及扩散而弥散分布于奥氏体晶粒内部，得到细小弥散分布的第二相颗粒，第二相颗粒均匀分布于晶内成为铁素体的形核质点，铸坯表面铁素体细小弥散；

后期减小铸坯冷却水量，利用铸坯凝固潜热使铸坯回热温升，控制回温速度，使铸坯出垂直段时，达到奥氏体相变温度以上；回温过程中，钢中的组织发生α→γ转变，奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，同时，回热温度低于微合金元素的固溶温度，微合金元素很难回溶，且由于回温过程十分短暂，析出物也来不及聚合长大；

整个过程经过γ→α→γ转变，使最后的转变产物晶粒更细小；

铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用缓慢冷却模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的γ→α转变开始温度为当前冷却速度下的奥氏体开始向铁素体转变时的临界温度；所述奥氏体相变温度为当前回温速度下由铁素体开始向奥氏体转变的临界温度；该两温度均根据不同钢种由实验测试得出。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的冷却速度及回温速度，根据出结晶器时的铸坯角部温度及相变温度设定；所述的冷却速度设定方式为：基于铸机结构参数和工艺条件建立凝固传热方程和仿真模型，根据凝固传热方程和仿真模型计算出该冷却速度下铸坯二次冷却所需的冷却水量，通过控制铸坯二次冷却的冷却水量及喷水模式来设定冷却速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述冷却速度为3~8℃/s，回温速度1~10℃/s。

5.根据权利要求1或2或4所述的方法，其特征在于：铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用的缓冷模式比水量为0.8L/kg~1.2L/kg。