CN1051485C - 包晶体钢连铸法 - Google Patents

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Abstract

连铸生产薄包晶体钢板的方法，这些包晶体钢的特点为含碳量在0.1%和0.15%之间，有时在0.09%和0.16%之间，该方法的特征在于铸模至少在模子的第一段的锥度为0.02/米和0.06/米之间；铸模振动频率应该在300次/分和500次/分之间；上下行程则在±2.5毫米和±4毫米之间，总行程为5毫米至8毫米；且限制初次和二次冷却。

Description

包晶体钢连铸法
本发明涉及一种包晶体钢连铸法，特别涉及应用于连铸具有高的机械和技术特性的特种钢薄板的生产领域。
包晶体钢指含碳量在0.10％至0.15％的钢，偶尔也指含碳量在0.09％-0.16％的钢。
薄板指厚度小于90毫米到95毫米，宽度在800毫米与2500-3000毫米之间的钢板。
包晶体钢，即含碳量在0.1％至0.15％(即使含碳量范围有时扩大到0.09％到0.16％)的低碳钢具有若干由其成分造成的冶金特性，从而若想获得良好的质量，铸造过程就得极为精细。
这类钢所遇到的典型缺陷是存在着表面不平和凹痕，这种缺陷在包晶体钢的含碳量为0.1％到0.13％时特别严重。
这种缺陷主要是由在冷却阶段、特别是温度在图1所示铁碳图中1493℃到T′时所发生的同素异形转化而引起的。
1493℃是包晶温度，在此温度下，组分B的液体(其含碳量为0.51％)以及组分H(其含碳量为0.10％)的固态δ相开始成核并生成组分J(含碳量为0.15％)的γ相。
此种转化在恒温下继续到液相完全消失并完全固化，最后为δ和γ两相。
随着在低于1493℃温度下不断冷却，δ相不断转化成γ相，直到在温度T’时只有γ相存在。
图1示出铁碳图的左上角，从中可看出上述固化法。
因此，在1493℃到T’的温度范围中，δ相转变为γ相经受了从体心立方晶格(CCC)到面心立方晶格(CFC)的晶格变化。
这种晶格变化引起一个与其余固溶体(γ相)的热收缩不同的更为严重的热收缩。
这种收缩差异导致极易发生不匀表面不平和凹陷。
包晶体钢在一定程度上还容易发生裂缝。
包晶体钢的这一特点发生在含碳量接近此类钢的上限、甚至超过此上限之时，因此此特点并不只限于包晶体钢。
这种易于产生裂缝性是下述冶金结果造成的，这些钢极易形成凹痕，因此第一次固化的结构中极易产生很大尺寸的奥氏体颗粒，从而降低高热状态下的延展性。
迄今为止所有这些冶金特性的问题阻碍了包晶体钢的连铸，并迫使生产者避开这些包晶体钢的典型范围(0.1％至0.15％)并且通过修正其它组分诸如锰硅等的含量百分比来获得相似的机械特性。
在1994年出版的行业杂志“国际钢铁”中第55页上的“盖氏钢(Gallatin Steels)采取薄板路线”的文章中清楚地阐明“迄今为止还未有人能对包晶体钢进行连铸”以及第57页示出的表格也清晰地
表明尚无此类钢存在。
在1993年9月北京举行的学术会议上提交了题目为“近-净-形-铸”的报道并发表在会议文件的第391页上。
该报道的内容其后经“国际钢铁”杂志的上述文章中得到证实。
这表明本专业技术人员长期以来一直在寻找一种适于连铸包晶体钢(最好以薄板形式)的方法，但是一直未取得成功。
本发明方法的目的在于减小包晶钢发生疵点、表面凹凸不平、且极易发生裂缝和凹痕的特点，这些缺陷使包晶钢无法以满意的质量获得大规模的使用，从而获得特别可用于包晶体钢的铸造方法，并设计和测试了若干能防止包晶体钢铸造时碰到的缺陷和问题的技术和冶金性能的方案，在这方面申请人已经取得测试并完成了此发明。
本发明的目的通过以下技术方案达到一种连铸生产薄包晶体钢板的方法，其特征在于：通过一个铸模对包晶钢进行连铸，所述铸模至少在其第一段的锥度为0.02/米至0.06/米，铸模的振动频率在300次/分至500次/分，而上下行程在±2.5毫米和±4毫米之间，总行程则在5毫米至8毫米，并且限制初次和二次冷却。
本发明提供的包晶体钢连铸的方法，可消除表面不平，凹陷以及疵点夹杂物的状态，并且也可减小其容易开裂性，所有的这些缺陷是包晶钢铸造时碰到的典型特征。
下面结合附图对本发明进行详细叙述，其中，
图1为铁-碳相变图；
图2为喷嘴流量分布曲线比较图；
图3为本发明中使用的一种结晶器；
图4a，4b，4c为不同铸模锥度示意图。
第一个冶金性质的方案与包晶钢的化学组成有关。
根据本发明，限止铝(Al)和氮(N)的夹杂物以防止氮化铝(AlN)沉淀在边缘处，因为氮化铝使包晶体钢极易发生裂缝。
例如，氮的含量保持在80ppm之下。
添加钛(Ti)证明对稳定氮有用，但这些添加剂必须保持在小剂量，也就是保持在必要的最小剂量，以便不产生增大最终张应力而减小其延展性的不利效果。
钛的百分比在0.013％至0.035％的范围内，但是最好在0.018％至0.027％之间。
根据本发明，必须控制化学组成中铜和锡的含量，因为这些化学成分使包晶体钢容易产生裂缝。
这些化学成分的最大上限值可以是，比方说，铜约为0.25％、锡约为0.02％。
其次，根据本发明，必须减小由于二次冷却产生的热应力，二次冷却指钢板已离开结晶器但仍在铸造腔中时进行的冷却。
根据本发明的一个解决方案，可以以空气—水型混合喷嘴进行软冷却来减小热应力，这些空气—水型喷嘴能提供比现有喷嘴更均匀分布的水壁。
况且，这些喷嘴使用水量能在很宽的范围内变动，同时又保持均匀分布。
图2表示与现有水喷嘴的流量分布曲线“l”相比较，使用空气-水喷雾的流量分布曲线“l”。
根据本发明，铸造包晶体钢时，浇铸过程中，必须做到对铸模的振动节奏进行非常精确和小心的控制，因为包晶体钢会发生典型的大而不均匀的热收缩，这种热收缩往往由于振动会在铸钢表面形成深而且尖的表面瘢疤，这些瘢疤也叫做振动瘢疤。
在铸模内和连铸机的二次冷却室内产生的热应力，由铸件的弯曲下游部分和由连续的拉直和由拔拉装置的作用，引起的机械应力往往会开裂振动瘢疤。
因此，为了尽可能限制振动瘢疤的深度，必须行程短频率高，必须随着浇铸速度的改变而改变频率，从而使负带时间基本上保持不变。
负带时间指在振动周期中铸模下降速度大于铸板速度时的时间，此负带时间对润滑有相当大的影响。
实验表明，浇铸包晶体钢的最佳负带时间是在0.04秒至0.07秒范围内，但是最好在0.05秒和0.06秒之间。
与振动有关的最佳参数应该根据结晶器的类型和特征通过实验加以确定出，因为钢板粘附到模壁的危险增大且润滑很可能欠佳。
根据本发明，由实验发现，最好使用在本申请人名义申请的欧洲专利NO 93 1155527的铸模、并且特别适于铸造包晶体钢的振动参数为：上、下行程约为±2.5毫米到4毫米，而总行程为5毫米到8毫米，振动频率为300次/分到500次/分或更高。但若铸模型式改变，这些数值也应相应改变。
模具的高频振动根据润滑粉的消耗和造成纵向裂缝和横向凹痕的杂质可能要求增加或减小润滑粉本身的粘度。
如果发现所耗的润滑粉小于0.2公斤/吨钢至0.25公斤/吨钢应该减小润滑粉的粘度，而在出现纵向裂纹且所耗的润滑粉大于0.8公斤/吨钢至0.85公斤/吨钢时，则应该增加润滑粉的粘度。
根据本发明，最好使用高碱度的润滑粉，例如碱度大于1.1，以便限制热流。
本发明可使用的方法为了使铸模初始段的热交换不骤升，另一个变型是在模具的铜板表面上使用由一定厚度的隔热材料比方说镍构成的涂层。该涂层可在约0.8毫米至0.4毫米厚度范围内变动，并且可以朝着模具底部向下从最大值到最小值连续或逐级递减或铸模整个高度保持厚度不变。
通过使用适中的温差值也能减小热应力。
温差指紧随在浇铸前和浇铸时在浇口盘中所测的液态钢温度与钢开始固化的温度之间的差。
根据本发明，此温差的最佳值在8℃至30℃之间，但是最好在10℃至20℃之间。此外，可通过降低水流在浇铸的初冷却区内即在铸模内的流速来减小热应力。
例如，实验表明，用于薄钢板铸模的水速最佳值约为4.5米/秒至5.5米/秒，与之相比，在同一铸模内浇铸非包晶体钢所用的水速为5.5米/秒至6.5米/秒，换句话说，包晶体钢所用的水速比非包晶体钢小15％至30％。
下面讨论铸模的结构，已发现包晶体钢典型的纵向表面凹陷和/或裂纹因通常使用的结晶器的呈纵向锥度或部分纵向锥度构造(即铸模的锥度)所引发的弯应力和压应力的联合作用而扩大。
过大的锥度值会使表面疵点加重。
铸造腔的锥度应该取一个可补偿钢固化时表面收缩的值，因此总可保证钢板表面和模壁之间的接触。
铸模的锥度由结晶器两窄边从结晶器的入口到出口收敛而成
铸模锥度值的算式为(lA-lB)/(lB×hi)100，其中，hi是锥度有待确定的铸模段的高度，lA是考虑到任何铸造腔所定的展开，具有hi高度的模具段的入口处的有效宽度；lB是考虑到任何铸由造腔所定的展开，具有hi高度的模具段的出口处的宽度。
从附图4a，4b和4c可看到，铸模的锥度可以是单段型(图4a)，双段型(图4b)，三段型(图4c)或多段型，也可是连贯各段内插而取得的连续曲线，如图4c所示。
经实验发现包晶体钢的浇铸最好使用至少是双段型或三段型锥度的铸模。
铸模初始段对形成良好表面具有特殊影响，根据本发明，此段的锥度值应取0.02/米-0.06/米，在本例中，可由式(l1-l3/t3×hi)×100确定。
也能确定由铸模锥度的变动所形成的不同连贯段的不同锥度之间的精确关系。
在结晶器的出口处，最好对薄钢板进行“软—压延”处理，从而从结晶器的出口处的厚度值开始减小薄板的厚度并减少板中心部分的气孔。
图3仅仅作为一实例示出本申请人在有关本发明方法的所有实验中都使用的一种结晶器10的可能形状。
结晶器10具有能移动的宽侧壁11和窄侧壁12，并包括一用于引入排出喷嘴15的中心铸造腔14。
结晶器10的入口和出口分别用标号16和17表示。
出口17配备有软压延滚辊13。
图3中标号13为例如由镍组成的隔热材料层，该绝缘材料层涂在构成结晶器的铜板表面上。
在本例中，按照本发明，上述定义的铸模第一段的锥度值取每米2.0％-6.0％。

Claims (15)

1.一种连铸生产薄包晶体钢板的方法，其特征在于：通过一个铸模对包晶钢进行连铸，所述铸模至少在其第一段的锥度为0.02/米至0.06/米，铸模的振动频率在300次/分至500次/分，而上下行程在±2.5毫米和±4毫米之间，总行程则在5毫米至8毫米，并且限制初次和二次冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铸模的锥度是可变的，而且至少为双段型或三段型锥度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铸模的锥度是可变的，并形成为由内插具有不同锥度的连贯各段所成连续曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照一规律使振动频率与铸造速度相连系，该规律使得负带时间随着铸造速度的变化始终恒定在0.04秒至0.07秒之间的范围内，负带时间定义为振动周期中，铸模下降的速度大于铸造钢板的速度时的时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，负带时间恒定在0.05秒至0.06秒之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，润滑粉应有高的碱度，例如其碱度要大于1.1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初次冷却阶段的冷却水速度比用于非包晶体钢的冷却水速度小15％至30％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结晶器的内表面有一保护层(18)，其目的在于减小热交换。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该保护层(18)为镍，其厚度在0.8毫米至4毫米之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铸造温差在8℃到30℃之间，该温差定义为紧随在浇铸前和浇铸时在浇口盘中所测的液态钢温度和钢的固化开始时钢温度之间的差。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钛以0.018％至0.027％的百分比加入到熔化钢内。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铜的含量保持在小于0.25％的百分比。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，锡的含量保持在小于0.020％的百分比。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用空气/水混合喷嘴进行二次冷却阶段的冷却，水的百分比可以控制和调节。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所耗的润滑粉应在0.20公斤/吨钢和0.85公斤/吨钢之间。
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