CN104493119A - 一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。其技术方案是：向连铸结晶器或锭模内的中高碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，喂入量为所述中高碳高强度钢水的0.3～1.2wt％。喂入复合填料包芯线的速度Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus，喂带机的振动频率为50～35000Hz。所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，其中，碳氮化物为复合填料包芯线的1～10wt％；高熔点碳氮化物为由Zr和Nb中的一种或两种元素形成的碳氮化物。本发明工艺简单、成本低廉和操作方便；所生产的中高碳高强度钢均质化铸坯的宏观组织结构得到了明显改善，显著弱化或者消除了化学元素的轴向/中心偏析和内部裂纹，提高了轧制钢板的塑韧性。

Description

一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域。尤其涉及一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。
背景技术
结晶器和锭模是铸造中非常关键的“心脏”部件，钢水在结晶器和锭模内的凝固过程对铸坯表面质量和内部质量都有着决定性的影响。连铸坯和初轧坯的轴向/中心偏析对成品钢的质量有显著影响。优质钢材不断增长的需求使得技术人员面临如何降低连铸坯和初轧坯的轴向/中心偏析、生产出符合高要求高品质连铸钢坯和初轧坯的难题。连铸钢坯是在高达十几米的高度扩展液相条件下形成，该条件会严重影响结构和化学非均匀性的发展。压缩比<3～4的厚板若存在轴向不均匀性，会对质量指数产生主导性影响：首先降低了轧制品Z方向的机械性能，在某些情况下导致轴向裂纹和超声波缺陷的形成；对于耐蚀钢来说，除了必需的机械性能，HIC检测指数对金属制品的使用性能亦具有支配性影响。氢致裂纹主要是由化学元素轴向偏析导致，氢致裂纹抗力是根据表征氢致裂纹的指数—裂纹的长度率(CLR)、宽度率(CTR)和敏感率(CSR)进行评定的。裂纹的长度率(CLR)、宽度率(CTR)和敏感率(CSR)遵循以下关系：偏析的程度越低，抗氢致开裂的水平就越高；连铸钢坯轴向和中心偏析以及内部裂纹的发展主要由连铸钢坯的宏观组织结构确定的，特别是由树枝状结晶区域的发展程度及其弥散度来确定的。
确保形成具有改进性能的弥散晶状结构钢的重要条件是降低铸造过程中钢水的过热度，过热度是熔体温度和液相线温度之差。不存在熔体过热时，发展成不同方向的树枝状晶体，并形成球状晶体区。在随后将铸件毛坯加工成成品的过程中，已形成的弥散性的浇铸结构在很大程度上保留了下来。
相对于传统模铸工艺，连铸工艺是一项重大的技术进步，但与生俱来的产品缺陷如等轴晶率低、中心偏析、中心疏松和中心裂纹等制约连铸产品的质量。如“一种板坯连铸轻压下位置的控制方法”(CN200510028601.4)和“水平连铸电磁搅拌技术”(CN200510032537.7)虽采用优化配水、轻压下和电磁搅拌等技术可以部分改善铸坯质量，但这些措施投资大，对于炼钢和连铸的稳定运行要求高、控制模型复杂和影响因素多。同时由于上述两种技术受钢种化学成分及其质量百分数(wt％)和工艺参数(钢水温度、拉速、冷却水和连铸机状态等)的影响大，故对于铸坯组织的均匀性难于控制。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低廉和操作方便的中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法；用该方法生产的中高碳高强度钢均质化铸坯的宏观组织结构能得到明显改善，能显著弱化或消除化学元素的轴向/中心偏析和内部裂纹，能提高轧制钢板的塑韧性，能提高工程结构用钢和耐蚀钢的HIC检测合格率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：向连铸结晶器或锭模内的中高碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中高碳高强度钢水的0.3～1.2wt％。
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为50～35000Hz；喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus                (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，A为3～30；
Vcasting为连铸机或者模铸的浇铸速度，m/min；
Ttundish为中间包温度，℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，℃。
所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，其中，碳氮化物为复合填料包芯线的1～10wt％；高熔点碳氮化物为由Zr和Nb中的一种或两种元素形成的碳氮化物。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明采用自耗宏观冷源的铸造技术，解决了降低熔体过热的问题，相应地得到均匀的宏观组织结构，即通过只降低钢坯连铸机结晶器或者锭模内液态钢水过热度的方式，得到等轴的致密结晶结构，显著改善了铸坯宏观和微观组织结构。
本发明将复合填料包芯线喂入结晶器钢水中，借助复合填料包芯线的融化吸热降低了结晶器或锭模内钢水的过热度，改善了钢水的结晶过程，使由铸坯表面向中心的结晶过程变为在断面几乎同时进行的结晶过程，故本发明工艺简单、成本低廉和操作方便。
本发明显著的特点在于：在保证不干扰弯月面结晶的条件下喂入适量的复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入速度Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus，其中的A为过热度调节系数，过热度调节系数A与连铸机结晶器尺寸和所浇铸钢种化学成分有关。喂入复合填料包芯线的速度Vband的确定满足了两个条件：一是喂入复合填料包芯线后形成了必需数量的结晶核心，二是使液相穴中的复合填料包芯线充分熔融。在喂带机的振动下，喂入的复合填料包芯线以50～35000Hz的频率进行振动，改善复合填料包芯线的熔化和铸坯凝固过程，促进均匀形核。
本发明由于在熔体中加入宏观冷源能显著增加晶核，即增加结晶核心的数量，故喂入的复合填料包芯线的熔融使进入结晶器或锭模的钢水过热度降低，晶核数量增加，等轴树枝状晶体和球状晶体区的形成条件会得到显著改善，同时也会降低连铸坯和钢锭模的中心偏析。所浇铸的连铸坯无中心偏析，亦即C级0～0.5。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(UltrasonicTest)，合格率为99％以上。
因此，本发明具有工艺简单、成本低廉和操作方便的特点；所生产的中高碳高强度钢均质化铸坯的宏观组织结构得到了明显改善，显著弱化或者消除了化学元素的轴向/中心偏析和内部裂纹，提高了轧制钢板的塑韧性，提高了工程结构用钢和耐蚀钢的HIC检测合格率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。本实施例所述的生产方法是在直弯型结晶器双流板坯连铸机上浇铸横截面为250mm×1850mm的45#钢连铸坯。已知：中间包温度Ttundish为1500.4～1516.7℃；连铸机的浇铸速度Vcasting为0.8～1.0m/min；所浇铸45#钢的化学成分及其质量百分数(wt％)如表1所示：
表1
C Si Mn Ni Cu V Mo Cr S P
0.4～0.5 0.25～0.3 0.6～0.8 0.01 0.01 0 0 0.01 0～0.01 0～0.015
根据表1所示钢种化学成分及其质量百分数(wt％)，所浇铸的45#钢的液相线温度Tliqudus＝1537-(88C+8Si+5Mn+4Ni+5Cu+2V+2Mo+1.5Cr+25S+30P)＝1485.4～1496.7℃。
向直弯型连铸结晶器内的中低碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中低碳高强度钢水的0.5～0.6wt％。
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为500～4000Hz，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus               (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，本实施例中A为3～10；
Vcasting为连铸机的浇铸速度，本实施例中Vcasting为0.8～1.0m/min；
Ttundish为中间包温度，本实施例中Ttundish为1500.4～1516.7℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，本实施例中Tliqudus为1485.4～1496.7℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，本实施例中(Ttundish–Tliqudus)为15～20℃。
本实施例所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，高熔点碳氮化物为Zr的碳氮化物，Zr的碳氮化物为复合填料包芯线的1～4wt％。
将A＝3～10、Vcasting＝0.8～1.0m/min、(Ttundish–Tliqudus)＝15～20℃和Tliqudus＝1485.4～1496.7℃代入式(1)中，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus＝0.02～0.13m/min。
本实施例所浇铸连铸坯的中心偏析为C级0.5。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(Ultrasonic Test)，合格率大于99.7％。
实施例2
一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。本实施例所述的生产方法是在直弯型结晶器的单流板坯连铸机上浇铸横截面为300mm×2000mm的50#连铸坯。已知：中间包温度Ttundish为1498.7～1510.6℃；连铸机的浇铸速度Vcasting为0.6～1.0m/min；所浇铸50#连铸坯的化学成分及其质量百分数(wt％)如表2所示：
表2
C Si Mn Ni Cu V Mo Cr S P
0.47～0.52 0.25～0.3 0.6～0.8 0 0 0 0 0 0～0.01 0～0.015
根据表2所示钢种化学成分及其质量百分数(wt％)，所浇铸的50#连铸坯的液相线温度Tliqudus＝1537-(88C+8Si+5Mn+4Ni+5Cu+2V+2Mo+1.5Cr+25S+30P)＝1483.7～1490.6℃。
向直弯型连铸结晶器内的中低碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中低碳高强度钢水的0.3～0.4wt％。
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为20000～35000Hz，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus              (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，本实施例中A为19～23；
Vcasting为连铸机或者模铸的浇铸速度，本实施例中Vcasting为0.6～1.0m/min；
Ttundish为中间包温度，本实施例中Ttundish为1498.7～1510.6℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，本实施例中Tliqudus为1483.7～1490.6℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，本实施例中(Ttundish–Tliqudus)为15～20℃。
本实施例所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，高熔点碳氮化物为Nb的碳氮化物，Nb的碳氮化物为复合填料包芯线的7～10wt％。
将A＝19～23、Vcasting＝0.6～1.0m/min、(Ttundish–Tliqudus)＝15～20℃和Tliqudus＝1483.7～1490.6℃代入式(1)中，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus＝0.11～0.31m/min。
本实施例所浇铸连铸坯的中心偏析为C级0。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(Ultrasonic Test)，合格率大于99.5％。
实施例3
一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。本实施例所述的生产方法是在全弧型结晶器的单流矩形坯连铸机上浇铸横截面300mm×400mm的65Mn钢连铸坯。已知：中间包温度Ttundish为1480.5～1497.2℃；连铸机的浇铸速度Vcasting为1.1～1.3m/min；所浇铸65Mn钢的化学成分及其质量百分数(wt％)如表3所示：
表3
C Si Mn Ni Cu V Mo Cr S P
0.6～0.7 0.25～0.4 1～1.2 0 0 0 0 0 0～0.01 0～0.015
根据表3所示钢种化学成分及其质量百分数(wt％)，所浇铸的65Mn钢的液相线温度Tliqudus＝1537-(88C+8Si+5Mn+4Ni+5Cu+2V+2Mo+1.5Cr+25S+30P)＝1465.5～1477.2℃。
向直弯型连铸结晶器内的中低碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中低碳高强度钢水的0.4～0.5wt％。
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为50～500Hz，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus               (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，本实施例中A为10～16；
Vcasting为连铸机或者模铸的浇铸速度，本实施例中Vcasting为1.1～1.3m/min；
Ttundish为中间包温度，本实施例中Ttundish为1480.5～1497.2℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，本实施例中Tliqudus为1465.5～1477.2℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，本实施例中(Ttundish–Tliqudus)为15～20℃。
本实施例所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，高熔点碳氮化物为Zr的碳氮化物和Nb的碳氮化物，Zr的碳氮化物为复合填料包芯线的3～6wt％，Nb的碳氮化物为复合填料包芯线的4～7wt％。
将A＝10～16、Vcasting＝1.1～1.3m/min、(Ttundish–Tliqudus)＝15～20℃和Tliqudus＝1465.5～1477.2℃代入式(1)中，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus＝0.11～0.28m/min。
本实施例所浇铸连铸坯的中心偏析为C级0。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(Ultrasonic Test)，合格率大于99.4％。
实施例4
一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。本实施例所述的生产方法是在弧形结晶器的单流园坯连铸机上浇铸横截面φ300mm的40Cr连铸坯。已知：中间包温度Ttundish为1512.8～1524.7℃；连铸机的浇铸速度Vcasting为1.8～2.2m/min；所浇铸40Cr连铸坯的化学成分及其质量百分数(wt％)如表4所示：
表4
C Si Mn Ni Cu V Mo Cr S P
0.35～0.4 0.25～0.4 0.8～1 0 0 0 0 0.35～0.5 0～0.005 0～0.01
根据表4所示钢种化学成分及其质量百分数(wt％)，所浇铸的40Cr连铸坯的液相线温度Tliqudus＝1537-(88C+8Si+5Mn+4Ni+5Cu+2V+2Mo+1.5Cr+25S+30P)＝1492.8～1499.7℃。
向直弯型连铸结晶器内的中低碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中低碳高强度钢水的0.6～0.7wt％。
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为4000～21000Hz，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus               (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，本实施例中A为16～19；
Vcasting为连铸机或者模铸的浇铸速度，本实施例中Vcasting为1.8～2.2m/min；
Ttundish为中间包温度，本实施例中Ttundish为1512.8～1524.7℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，本实施例中Tliqudus为1492.8～1499.7℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，本实施例中(Ttundish–Tliqudus)为20～25℃。
本实施例所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，高熔点碳氮化物为Zr的碳氮化物和Nb的碳氮化物，Zr的碳氮化物为复合填料包芯线的6～9wt％，Nb的碳氮化物为复合填料包芯线的1～4wt％。
将A＝16～19、Vcasting＝1.8～2.2m/min、(Ttundish–Tliqudus)＝20～25℃和Tliqudus＝1492.8～1499.7℃代入式(1)中，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus＝0.38～0.70m/min。
本实施例所浇铸连铸坯的中心偏析为C级0.5。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(Ultrasonic Test)，合格率大于99.7％。
实施例5
一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法。本实施例所述的生产方法是在29吨钢锭模上浇铸横截面积为300mm×400mm的75Cr1钢锭。已知：中间包温度Ttundish为1486.0～1498.6℃；连铸机的浇铸速度Vcasting为2.2～2.3m/min；所浇铸75Cr1钢锭的化学成分及其质量百分数(wt％)如表5如下：
表5
C Si Mn Ni Cu V Mo Cr S P
0.35～0.4 0.25～0.4 0.8～1 0 0 0 0 0.35～0.5 0-0.005 0-0.01
根据表5所示钢种化学成分及其质量百分数(wt％)，所浇铸的75Cr1钢锭的液相线温度Tliqudus＝1537-(88C+8Si+5Mn+4Ni+5Cu+2V+2Mo+1.5Cr+25S+30P)＝1461.0～1468.6℃。
向直弯型连铸结晶器内的中低碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中低碳高强度钢水的0.7～1.2wt％。
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为21000～35000Hz，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus               (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，本实施例中A为23～30；
Vcasting为连铸机或者模铸的浇铸速度，本实施例中Vcasting为2.2～2.3m/min；
Ttundish为中间包温度，本实施例中Ttundish为1486.0～1498.6℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，本实施例中Tliqudus为1461.0～1468.6℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，本实施例中(Ttundish–Tliqudus)为25～30℃。
本实施例所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，高熔点碳氮化物为Zr的碳氮化物和Nb的碳氮化物，Zr的碳氮化物为复合填料包芯线的2～4wt％，Nb的碳氮化物为复合填料包芯线的2～3wt％。
将A＝23～30、Vcasting＝2.2～2.3m/min、(Ttundish–Tliqudus)＝25～30℃和Tliqudus＝1461.0～1468.6℃代入式(1)中，喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus＝0.86～1.42m/min。
本实施例所浇铸连铸坯的中心偏析为C级0.5。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(Ultrasonic Test)，合格率大于99.6％。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式采用自耗宏观冷源的铸造技术，解决了降低熔体过热的问题，相应地得到均匀的宏观组织结构，即通过只降低钢坯连铸机结晶器或者锭模内液态钢水过热度的方式，得到等轴的致密结晶结构，显著改善了铸坯宏观和微观组织结构。
本具体实施方式将复合填料包芯线喂入结晶器钢水中，借助复合填料包芯线的融化吸热降低了结晶器或锭模内钢水的过热度，改善了钢水的结晶过程，使由铸坯表面向中心的结晶过程变为在断面几乎同时进行的结晶过程，故本具体实施方式工艺简单、成本低廉和操作方便。
本具体实施方式显著的特点在于：在保证不干扰弯月面结晶的条件下喂入适量的复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入速度可根据Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Ttundish进行调整；在喂带机的振动下，使复合填料包芯线以某一频率进行振动，从而改善复合填料包芯线熔化和铸坯凝固的过程。
本具体实施方式由于在熔体中加入宏观冷源能显著增加晶核，即增加结晶核心的数量，故喂入的复合填料包芯线的熔融使进入结晶器或锭模的钢水过热度降低，晶核数量增加，等轴树枝状晶体和球状晶体区的形成条件会得到显著改善，同时也会降低连铸坯和钢锭模的中心偏析。所浇铸连铸坯的无中心偏析，亦即C级0～0.5。用连铸坯轧制成的钢板经超声波检测(Ultrasonic Test)，合格率为99％以上。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、成本低廉和操作方便的特点；所生产的中高碳高强度钢均质化铸坯的宏观组织结构得到了明显改善，显著弱化或者消除了化学元素的轴向/中心偏析和内部裂纹，提高了轧制钢板的塑韧性，提高了工程结构用钢和耐蚀钢的HIC检测合格率。

Claims (2)

1.一种中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法，其特征在于所述的生产方法是：向连铸结晶器或锭模内的中高碳高强度钢水中喂入复合填料包芯线，复合填料包芯线的喂入量为所述中高碳高强度钢水的0.3～1.2wt％；
喂入复合填料包芯线的喂带机的振动频率为50～35000Hz；喂入复合填料包芯线的速度Vband
Vband＝A×Vcasting×(Ttundish–Tliqudus)/Tliqudus   (1)
式(1)中：A为过热度调节系数，A为3～30；
Vcasting为连铸机或者模铸的浇铸速度，m/min；
Ttundish为中间包温度，℃；
Tliqudus为所浇铸钢种的液相线温度，℃；
(Ttundish–Tliqudus)为过热度，℃。
2.根据权利要求1所述的中高碳高强度钢均质化铸坯的生产方法，其特征在于：所述复合填料包芯线为钝化的铁砂和高熔点碳氮化物的混合物，其中，碳氮化物为复合填料包芯线的1～10wt％；高熔点碳氮化物为由Zr和Nb中的一种或两种元素形成的碳氮化物。
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