CN103611903A

CN103611903A - 一种水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺

Info

Publication number: CN103611903A
Application number: CN201310676293.0A
Authority: CN
Inventors: 赵新宇; 刘洋; 关春阳; 甄新刚; 邹扬; 赵楠; 秦丽晔; 樊艳秋; 朱志远; 姜中行; 马长文; 隋鹤龙; 张虎成; 赵海清
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN103611903B

Abstract

一种水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺，属于炼钢－连铸技术领域。工艺为：根据包晶钢连铸的特点，设计了专门适合碳含量在0.08-0.14%范围内包晶钢的专用保护渣。根据钢种情况，为水电站压力钢管铸坯设定不同厚度下的锥度值。通过设定特厚板坯连铸的二次冷却模式以解决铸坯表面横裂纹及角横裂纹缺陷。根据铸坯厚度和宽度设定不同的拉速，通过低拉速浇铸解决特厚板坯中心偏析问题。优点在于工艺相对简单、推广性强，所适用的连铸板坯厚度规格范围为400～600mm，宽度规格范围为1600～3000mm。使用该工艺后，使用特厚板坯生产水电站压力钢管，其铸坯表面凹陷、表面横裂纹和中心偏析水平都可以得到很好的控制。

Description

一种水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺

技术领域

本发明属于炼钢－连铸技术领域，特别是提供一种水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺。适用的连铸板坯厚度规格范围为400～600mm，宽度规格范围为1600～3000mm。

背景技术

水电站压力钢管是水电站输水系统的重要组成部分，强度（屈服强度和抗拉强度）、塑性、韧性和焊接性是其4个重要的质量参数。因此其成分设计如下表所示。

C	Si	Mn	P≤	S≤	Alt
						0.080-0.110	0.15-0.40	1.20-1.35	0.015	0.003	0.020-0.050
Nb	V	Ti	Ni	Cr	Cu≤
						0.015-0.035	0.020-0.040	0.012-0.025	0.25-0.4	0.4-0.5	0.5
Mo	B	Ceq	Pcm
						0.25-0.38	0.001-0.002	0.44-0.51	0.19-0.25

其中碳元素是在考虑强度和焊接性能双重因素条件下给定的，添加铌元素是通过细化晶粒以达到提高韧性和强度的双重效果，添加硼元素是为了提高淬透性，以提高强度及组织均匀性。同时为了保证低温冲击韧性，需要足够的压缩比来保证，当钢板尺寸为45-56mm时，需要400mm或以上的铸坯进行轧制，特厚板坯连铸，碳含量在包晶范围和铌、硼元素的添加都会给连铸生产带来不利的影响。

碳元素0.08%-011%属于包晶钢范围，此类钢种裂纹敏感性强，连铸坯表面质量较差。包晶钢在凝固过程中发生包晶反应，钢中δ-Fe向γ-Fe组织转变，伴随着这一转变有0.38%的体积收缩。这种体积收缩使初生坯壳过早脱离结晶器壁，在坯壳与结晶器壁之间形成气隙，降低了凝固坯壳向结晶器的传热速率，坯壳厚度减薄，抗应力能力降低。同时由于结晶器内气隙的产生是非均匀的，造成坯壳向结晶器传热的不均匀和凝固坯壳内温度梯度的不均匀分布，从而导致坯壳厚度和坯壳内部热应力分布的不均匀。因此在热应力、摩擦力以及凝固收缩和钢水静压力的不均衡作用下，坯壳薄弱处表面产生粗糙、褶皱，严重时形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固比其它部位慢，组织粗化，极易产生裂纹。尤其对较低拉速的特厚板坯而言，在结晶器中坯壳凝固收缩量较大，坯壳脱离结晶器产生气隙会导致传热更加不均匀，从而导致铸坯表面质量的恶化。包晶钢的表面缺陷主要是表面凹陷、深震痕、纵裂等。

铌元素和硼元素会降低钢的高温韧性，通过高温拉伸试验证明，铌元素和硼元素会扩大钢的第三脆性区间，在相同条件下，含铌钢的第三脆性区在716℃-880℃之间，而普通钢种的第三脆性区在730℃-790℃之间。含铌钢第三脆性区温度区间为164℃，而普通钢种为60℃，因为含铌、硼元素钢种的高温韧性较差，因此浇铸此类钢种时，更易发生表面质量缺陷。含铌、硼钢的表面缺陷主要是表面横裂纹和角横裂纹。

连铸生产过程中，中心区域是最后凝固的地带，钢液凝固过程的选分结晶使得低溶解度元素向中心偏析，同时由于化学成分的控制不稳定，碳、磷、锰、硫等元素偏析和各种缺陷都集中在中心位置，形成中心偏析带，而后续轧钢工艺无法改善这类缺陷，导致热轧分层等缺陷，影响成品的合格率。由于需要使用400mm或400mm以上的特厚铸坯进行浇铸，其中心偏析程度更加难以控制。

首钢是国内外首家在多钢种上实现稳定生产的钢铁企业之一，尤其对于特厚板坯，国内只有首钢实现了高品质特厚板坯的大规模工业化生产。尤其对于生产碳含量在包晶范围内、同时含有铌硼元素的特厚板坯连铸生产工艺来讲，国内外都少有报道。可供参考的资料少之又少。首钢技术人员在通过自主技术开发，形成了一整套使用特厚板坯生产水电站压力钢管的连铸生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺，可以解决使用特厚板坯生产碳含量在包晶范围内、同时含有铌硼元素钢种时产生的表面凹陷、表面横裂纹和中心偏析等缺陷。工艺相对简单、适应性和推广型强。

主要的操作工艺关键点如下所示：

(1)根据包晶钢连铸的特点，设计了专门适合碳含量在0.08-0.14%范围内包晶钢的专用保护渣。该保护渣成分如下：

全碳，%	SiO₂，%	CaO，%	MgO，%	Al₂O₃，%	Fe₂O₃，%	Na₂O，%
							9-10	28-33	38-43	1.5-1.6	3-3.5	0.5-0.7	4.0-4.5
K₂O，%	F，%	MnO₂，%	挥发分，%	密度，g/ml	熔点，℃	粘度，PaS
							0.20-0.25	6-6.5	0.2-0.25	2-7	0.8-0.85	1210-1240	0.18-0.19

本保护渣设计理念为，较高碱度使得保护渣具有良好的填充能力和控制传热的渣相结构，较高粘度以减缓坯壳传热，较低熔点以保证保护渣形成足够渣膜。从而减弱包晶反应，促进坯壳的均匀生成。

(2)由于结晶器中坯壳凝固收缩量较大，容易在结晶器与铸坯之间形成气隙，需要从锥度方面进行补偿。同时，由于铸坯厚度较厚，钢水静压力大，容易形成鼓肚，也需要加大锥度以减少鼓肚的发生。根据钢种的实际情况，为水电站压力钢管铸坯设定不同厚度下的锥度值。

由于含铌、硼类钢种在矫直过程中容易发生表面横裂纹缺陷，为解决此缺陷，可

将铸坯的表面温度提高至900℃以上，通过修改二冷区水量，来实现此目标。

动态3D喷淋技术由西门子奥钢联研发，其由中间喷嘴和边部喷嘴组成。边部喷嘴由液压缸单独控制，可以沿固定角度在一定范围内运动，通过调节边部喷嘴的高度来改变喷淋区域，从而控制铸坯角部的冷却强度。根据浇注断面的宽度，通过铸机二级系统预设参数，可以调整铸坯角部的冷却强度。边部和中心喷嘴喷水可以单独控制，设定不同的水量。为降低特厚板坯生产水电站压力用钢连铸坯的表面横裂纹和角横裂纹缺陷的几率，可以通过提高矫直过程中铸坯的表面温度来实现。为此为水电站压力用钢特厚板坯连铸工艺设定了专用冷却模式，其冷却模式设定为：比水量0.24-0.25L/kg；二冷8-9区边部3D喷嘴无水冷却，中心喷嘴水量为9-12L/min；二冷10区中心喷嘴水量为4-9L/min，边部3D喷嘴无水冷却；

(3)通过使用低拉速浇铸来解决特厚板坯中心偏析问题。

低拉速浇铸可以提高铸坯的坯壳厚度，减少铸坯鼓肚。同时可以增加钢坯的冷却时间，提高中心等轴晶的生成。从而降低中心偏析程度。

因此根据不同宽度及不同厚度给定拉速，如下表所示

(4)轻压下是指以减轻中心偏析和消除中心疏松及裂纹为目的、在辊缝收缩的基础上对凝固末期的板坯进行轻微压下的技术，重在改善板坯内部质量。采用轻压下可以阻止收缩空隙形成、补偿最后凝固阶段的收缩，消除中心疏松及内部裂纹、减少中心宏观偏析。但对于特厚板坯来说，由于其厚度较大，坯壳较厚，压下量较小时，其效果并不明显，为此针对特厚板坯，制定了适合特厚板坯连铸的轻压下方案，其主要通过分割压下区间、对两相区进行全程压下和对固相区进行收紧的方式进行压下，其压下方案如下表所示（fs为固相率）。

本发明具有以下优点：

1、建立一套水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺，工艺易于实现。

2、通过工艺调整，连铸生产过程顺利，表面凹陷、表面横裂纹和中心偏析水平都可以得到很好的控制。

具体实施方式

某钢厂在连铸机浇铸400mm×2000mm水电站压力钢管连铸板坯时采用保护渣成分为全碳-9.45%，CaO-40.12%，SiO₂-29.87%，Fe₂O₃-0.65%，MgO-1.55%，Al₂O₃-3.17%，K₂O-0.22%，Na₂O-4.47%，MnO₂-0.25%，F-6.27%，挥发分-3.98%，熔点1220℃，粘度0.188PaS，密度0.82g/mL；拉速0.65m/min；锥度系数设定为1.55%，补偿值为1.62mm；二冷比水量为0.24L/kg，二冷8-9区边部3D喷嘴无水冷却，中心喷嘴水量为9L/min；二冷10区中心喷嘴水量为5L/min，边部3D喷嘴无水冷却；轻压下方案为fs=7%时，压下量为0.3mm，fs=45%时，压下量为2.2mm，fs=75%时，压下量为5.6mm，fs=100%时，压下量为7mm，中心温度低于固相线温度60℃位置，压下量为0.5mm；浇铸过程稳定，铸坯表面质量良好，中心偏析评级C类0.5（酸浸）。

Claims

1.一种水电站压力容器钢用特厚板坯的连铸生产工艺，适用的连铸板坯厚度规格范围为400～600mm，宽度规格范围为1600～3000mm；其特征在于，

（1）设计专门适合碳含量在0.08-0.14%范围内包晶钢的专用保护渣；各物质质量分数百分比如下：全碳，9%-10%，CaO，38%-43%；SiO₂，28%-33%；MgO，1.5%-1.6%；Al₂O₃，3%-3.5%；Fe₂O₃，0.5%-0.7%；MnO₂，0.2%-0.25%；Na₂O，4.0%-4.5%；K₂O，0.20%-0.25%；F，6%-6.5%；挥发分，2%-7%；

密度，0.8-0.85g/mL；熔点，1210-1240℃，粘度，0.18-0.19PaS。

（2）为水电站压力钢管铸坯设定不同厚度下的锥度值

400mm厚铸坯生产时，锥度系数为1.5%-1.6%，补偿值为1.60-1.64mm；

500mm厚铸坯生产时，锥度系数为1.6%-1.7%，补偿值为1.56-1.60mm；

600mm厚铸坯生产时，锥度系数为1.7%-1.8%，补偿值为1.52-1.56mm；

（3）通过设定特厚板坯连铸的二次冷却模式以解决铸坯表面横裂纹及角横裂纹缺陷；则其冷却模式设定为：比水量0.24-0.25L/kg；二冷8-9区边部3D喷嘴无水冷却，中心喷嘴水量为9-12L/min；二冷10区中心喷嘴水量为4-9L/min，边部3D喷嘴无水冷却；

（4）根据铸坯厚度和宽度设定不同的拉速，通过低拉速浇铸解决特厚板坯中心偏析问题；

使用400mm厚铸坯生产时，1600mm-2000mm的宽度范围内，其拉速为0.6m/min-0.7m/min，

2200mm-2400mm的宽度范围内，其拉速为0.55m/min-0.65m/min，

2600mm-3000mm的宽度范围内，其拉速为0.5m/min-0.6m/min；

使用500mm厚铸坯生产时，1600mm-2000mm的宽度范围内，其拉速为0.55m/min-0.65m/min，

2200mm-2400mm的宽度范围内，其拉速为0.45m/min-0.55m/min，

2600mm-3000mm的宽度范围内，其拉速为0.35m/min-0.45m/min；

使用600mm厚铸坯生产时，1600mm-2000mm的宽度范围内，其拉速为0.4m/min-0.6m/min，

2200mm-2400mm的宽度范围内，其拉速为0.35m/min-0.55m/min，

2600mm-3000mm的宽度范围内，其拉速为0.3m/min-0.5m/min；

（5）制定了适合特厚板坯连铸的轻压下方案

当使用400mm厚铸坯生产时，在fs=7-15%的区间内，压下量为0.3-0.5mm，在fs=15%-47%的区间内，压下量为2.0-2.5mm，在fs=47%-77%的区间内，压下量为4.8-5.6mm，在fs=77%-100%的区间内，压下量为6.5-7.8mm，在固相区中心温度低于固相线温度50-70℃的位置，压下量为0.3-0.8mm；

当使用500mm厚铸坯生产时，在fs=7-15%的区间内，压下量为0.3-0.5mm，在fs=15%-47%的区间内，压下量为2.2-2.7mm，在fs=45%-75%的区间内，压下量为5.5-6.3mm，在fs=77%-100%的区间内，压下量为7.2-8.4mm，在固相区中心温度低于固相线温度50-70℃的位置，压下量为0.3-0.8mm；

当使用600mm厚铸坯生产时，在fs=7-15%的区间内，压下量为0.3-0.5mm，在fs=15%-47%的区间内，压下量为2.5-3.2mm，在fs=45%-75%的区间内，压下量为6-6.8mm，在fs=77%-100%的区间内，压下量为7.8-9.0mm，在固相区中心温度低于固相线温度50-70℃的位置，压下量为0.3-0.8mm。