CN105586531B - 一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金领域，具体公开了一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，旨在解决现有生产方法生产大断面尺寸的37Mn圆管坯铸坯的等轴晶率普遍较低的问题。一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，包括依次进行的转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理和连铸步骤；连铸步骤中，结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，频率2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～250A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在20～35℃；拉速控制在0.75～0.90m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30L/kg钢。本发明方法通过“结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌”组合式电磁搅拌对铸坯凝固传热优化，实现对大规格37Mn圆管坯铸坯凝固组织进行控制，提高铸坯凝固组织等轴晶率。

Description

一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法。
背景技术
37Mn圆管坯钢主要用于生产高压气瓶使用，其化学组分按重量百分比为：C0.35％～0.39％、Si 0.17％～0.28％、Mn 1.55％～1.70％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr≤0.20％、Cu≤0.15％、Mo≤0.08％、Ni≤0.20％、Alt 0.020％～0.040％，余量为Fe。所生产的高压气瓶是一种可重复充装的移动式钢瓶，用于盛装永久性气体或高压液化气体，广泛用于工矿企业和建筑、交通、海洋、航空、医疗和军事等行业。由于气瓶所充装的介质种类很多，且具有易燃、易爆、剧毒或腐蚀等特性，加之气瓶重复充装和流动性大，一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾或中毒，引起灾难性事故发生，造成人员伤亡及不可估量的财产损失。
随着社会经济的发展，气瓶盛装气体的多样性、高效性、持久性不断对气瓶质量提出更为严苛的要求，而作为气瓶产品生产原材料的气瓶钢铸坯，其表面质量，内部质量等从不同方面影响着气瓶的加工以及气瓶产品本身的质量级别。具体的铸坯内部质量对管子轧制过程及轧制成品质量产生较大影响。不少研究分析指出，圆管坯等轴晶率对穿管成材率及成品质量有重要影响；再者，铸坯裂纹缺陷在穿管轧制过程中无法有效焊合而形成折叠等缺陷，影响成品内外表面质量及使用性能。因此，有效控制铸坯裂纹缺陷、提高铸坯等轴晶率，综合提高圆管坯的质量水平对于后续加工及用户使用显的极为重要。
对于37Mn圆管坯来说，钢种成分中的中碳及锰的含量本身决定了连铸生产过程铸坯裂纹敏感性较强。主要是由于钢种本身高温强度高、韧塑性相对较差，而且导热系数低，线性膨胀系数大，冷却凝固过程中产生较大内应力，连铸拉矫过程中容易产生表面裂纹缺陷；再者，由于铸坯断面相对较大且为圆管坯，其比表面积更小铸坯传热效率更低，凝固冷却缓慢，坯壳形成以后，传热效率下降将导致铸坯横截面径向温度梯度变大，传热方向性凸显，进一步导致柱状晶发达，等轴晶率较低的趋势。因此，连铸过程要兼顾裂纹控制及铸坯凝固组织优化，实现难度较大。连铸生产过程中优化铸坯凝固组织，弱化凝固传热方向性，并进一步控制铸坯裂纹的产生是综合控制37Mn圆管坯钢质量的关键。作为冶金工作研究，提高37Mn圆管坯钢综合质量是研究的重点，尤其如提高37Mn圆管坯钢铸坯的等轴晶率、控制铸坯裂纹。
例如,公开号为CN 101412082A的发明专利申请公开了一种防止中碳高锰钢裂纹的生产方法。该发明所解决的技术问题为防止连铸工艺生产的中碳高锰钢方坯产生裂纹的技术问题。中碳高锰钢方坯的制备方法包括如下流程：转炉冶炼—LF+RH精炼—方坯连铸,其特征在于：在连铸时,控制连铸拉速为0.3～0.7m/min,冷却强度为0.37～0.53L/kg。同时在RH精炼工位控制钢中Al含量为0.010％～0.050％后,加入钛铁合金控制钢中Ti含量0.015％～0.045％。通过上述改进,可消除裂纹敏感性强的中碳高锰钢大方坯的裂纹。但是，对于生产较大规格的37Mn圆管坯，如何实现铸坯质量控制的具体方法并未涉及。
又例如，公开号为CN 101508011A的发明专利申请公开了一种防止中碳锰钢铸坯表面纵裂的生产方法,所要解决的技术问题为提供了一种防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法。该生产方法包括如下步骤：A.按照常规方法转炉冶炼,冶炼后合金化,控制其碳含量为0.25％-0.40％、锰含量为1.25％-1.75％；B.合金化后在钢液中加入铝进行终脱氧；C.钢液连铸,即得中碳锰钢。其特征在于：在步骤B终脱氧后加入钛铁合金,控制其钛含量为0.005％-0.0145％；加入钛铁合金再进行钢液连铸。通过该改进实现了避免中碳锰钢连铸坯产生表面纵裂纹缺陷的目的。但是，对于生产较大规格的37Mn圆管坯，如何实现铸坯质量控制的具体方法仍未涉及。
发明内容
本发明提供了一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，旨在解决现有生产方法生产大断面尺寸的37Mn圆管坯钢铸坯的等轴晶率普遍较低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，包括依次进行的转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理和连铸步骤；
转炉冶炼步骤中，转炉终点的碳含量范围控制在0.05％～0.15％，终点温度控制在1670℃以上，红包出钢，钢包渣层厚度控制在80mm以下；小平台按每吨钢喂加1.45～2.0m的喂入量喂加铝线，并进行脱氧处理；小平台目标成分按：C 0.30％～0.35％、Si 0.18％～0.25％、Mn1.20％～1.40％、P≤0.015％进行控制，脱氧合金化结束后进行不少于6min的软吹搅拌；
LF炉精炼步骤中，出站前进行成分微调，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理；其中，中包第一炉次按上限喂加，喂线后进行不少于6min的软吹搅拌，LF出站目标温度控制在1585～1615℃；
RH真空处理步骤中，LF炉精炼步骤出站的钢水到站后，软吹氩气进行均匀化处理，吹入氩气的流量控制在1200～1400NL/min；处理时，真空度要求不大于3mbar，处理时间要求不少于13min；成分微调合金化处理后均匀化时间不少于5min，真空出站目标Alt控制在0.035％～0.045％，出站温度控制在1550～1575℃；
连铸步骤中，结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，频率2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～250A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在20～35℃；拉速控制在0.75～0.90m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30L/kg钢；
其中，上述各化学成分的含量以重量百分比计。
进一步的是，转炉冶炼步骤中，采用氩气进行软吹搅拌，吹入氩气的强度以避免钢液裸露为准。
进一步的是，连铸步骤采用四机四流铸机φ350mm断面连铸。
本发明的有益效果是：本发明方法通过“结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌”组合式电磁搅拌对铸坯凝固传热优化，结晶器电磁搅拌通过磁场产生电磁力矩，改变结晶器内部钢液流场、温度场分布情况，促进结晶器内钢液成分、温度均匀化，减弱凝固传热方向性，促进坯壳均匀生长；凝固末端电磁搅拌通过强制驱动糊状区钢液的流动，对柱状晶组织冲刷熔断，提高等轴晶形核率，抑制柱状晶生长，提高铸坯等轴晶率，最终实现铸坯中心致密度的提高，提高铸坯内部质量。采用本发明法生产的大规格尺寸的37Mn圆管坯钢铸坯，质量得到了有效控制，铸坯凝固组织得到有效改善，疏松评级提高，等轴晶区域面积扩大，圆管坯中心区域致密性得到有效提高，铸坯裂纹缺陷得到有效控制，表面无清理率得到提高改善，轧材质量控制良好且稳定，铸坯低倍评级质量水平提高。
具体实施方式
一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，其工艺流程包括转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→连铸；
转炉冶炼步骤中，转炉终点的碳含量范围控制在0.05％～0.15％，终点温度控制在1670℃以上，红包出钢，钢包渣层厚度控制在80mm以下；小平台按每吨钢喂加1.45～2.0m的喂入量喂加铝线，并进行脱氧处理；小平台目标成分按：C 0.30％～0.35％、Si 0.18％～0.25％、Mn1.20％～1.40％、P≤0.015％进行控制，脱氧合金化结束后进行不少于6min的软吹搅拌，软吹搅拌采用氩气，吹入氩气的强度以避免钢液裸露为准。
LF炉精炼步骤中，出站前进行成分微调，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理；其中，中包第一炉次按上限喂加，喂线后进行不少于6min的软吹搅拌，LF出站目标温度控制在1585～1615℃；通过对钢液进行微钛处理，改善高温塑性，降低钢种裂纹敏感性；
RH真空处理步骤中，LF炉精炼步骤出站的钢水到站后，软吹氩气进行均匀化处理，吹入氩气的流量控制在1200～1400NL/min；处理时，真空度要求不大于3mbar，处理时间要求不少于13min；成分微调合金化处理后均匀化时间不少于5min，真空出站目标Alt控制在0.035％～0.045％，出站温度控制在1550～1575℃；
连铸步骤中，结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，频率2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数确定为搅拌电流100～250A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在20～35℃；拉速控制在0.75～0.90m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30L/kg钢；凝固末端电磁搅拌强度过强则容易造成枝晶尖端冲刷严重，导致低熔点强流动性的低溶质浓度钢液呈环形聚集，形成白亮带；本发明的发明人通过创造性劳动将凝固末端电磁搅拌参数确定为搅拌电流100～250A，频率4.0～7.0Hz，有效提高了等轴晶形核率，抑制柱状晶生长，提高了铸坯等轴晶率；同时，合理的过热度及拉速匹配控制及二冷强度制定是对铸坯凝固传热控制的关键，也即铸坯中心质量控制的关键；
其中，各化学成分的含量以重量百分比计，下同；“以下”、“以上”均应理解为包括本数。
通过本发明方法生产得到的37Mn圆管坯钢的化学组分按重量百分比为：C 0.35％～0.39％、Si 0.17％～0.28％、Mn 1.55％～1.70％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr≤0.20％、Cu≤0.15％、Mo≤0.08％、Ni≤0.20％、Alt 0.020％～0.040％，余量为Fe。
具体的，本方法连铸步骤采用四机四流铸机φ350mm断面连铸。
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→四机四流铸机φ350mm断面连铸的工艺流程生产37Mn圆管坯钢铸坯。
转炉吹炼结束时，转炉终点的碳含量范围控制在0.10％，终点温度控制在1673℃；红包出钢，出钢完成后，钢包渣层厚度为72mm；小平台按每吨钢喂加1.7m的喂入量喂加铝线，并进行脱氧处理，小平台出站成分控制为：C 0.33％、Si 0.20％、Mn 1.20％、P0.012％；脱氧合金化后进行软吹氩气搅拌，搅拌时间为6.3min，搅拌未出现钢液裸露。
钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩使钢液微微波动，未出现大翻现象；精炼结束后，按钢液重量的0.020％配加Ti；配加完毕后喂加410m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了7.2min的软吹搅拌，LF出站温度为1604℃。
RH到站后进行吹氩均匀化处理，氩气流量为1320NL/min，在真空度为2.7mbar的条件下处理13.5min，合金成分微调后均匀化处理时间为5.5min，真空出站目标Alt含量为0.040％，出站温度为1561℃。
RH真空处理结束后调运至四机四流铸机φ350mm断面进行钢液浇铸，结晶器电磁搅拌的搅拌电流为350A，搅拌频率为3.0Hz；凝固末端电磁搅拌的搅拌电流100A，搅拌频率7.0Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在22～30℃；拉速为0.82m/min；结晶器冷却控制在2460L/min；二冷比水量控制在0.254L/kg钢。
上述实施例生产的37Mn圆管坯钢铸坯，铸坯质量得到了良好的控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5～1.0级，疏松区域直径比例41.1％；铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到98.7％。铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.82，铸坯等轴晶区长度比例50.1％～53.8％；铸坯钻样偏析检测结果为0.96～1.05。
实施例2
某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→四机四流铸机φ350mm断面连铸的工艺流程生产37Mn圆管坯钢铸坯。
转炉吹炼结束时，转炉终点的碳含量范围控制在0.15％，终点温度控制在1677℃；出钢完成后，钢包渣层厚度为78mm；小平台按1.45m/t钢的喂入量喂入铝线，并进行脱氧处理，小平台出站成分控制为：C 0.30％、Si 0.25％、Mn 1.30％、P 0.009％；脱氧合金化后进行软吹氩搅拌，搅拌时间7.1min，搅拌未出现钢液裸露。
钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩使钢液微微波动，未出现大翻现象；精炼结束后，按钢液重量的0.031％配加Ti；配加完毕后喂加200m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了7.0min的软吹搅拌，LF出站温度为1585℃。
RH到站后进行吹氩均匀化处理，氩气流量为1400NL/min，在真空度为2.0mbar的条件下处理13.5min，合金成分微调后均匀化处理时间5.5min，真空出站目标Alt含量为0.035％，出站温度为1550℃。
RH真空处理结束后调运至四机四流铸机φ350mm断面进行钢液浇铸，结晶器电磁搅拌的搅拌电流为300A，搅拌频率为2.0Hz；凝固末端电磁搅拌的搅拌电流为250A，搅拌频率为4.0Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在26～35℃；拉速为0.75m/min；结晶器冷却控制在2400L/min；二冷比水量控制在0.21L/kg钢。
上述实施例生产的37Mn圆管坯钢铸坯，铸坯质量得到了良好的控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5级，疏松区域直径比例39.2％；铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到98.3％。铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.85，铸坯等轴晶区长度比例51.2％～54.3％；铸坯钻样偏析检测结果为0.94～1.05。
实施例3
某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→四机四流铸机φ350mm断面连铸的工艺流程生产37Mn圆管坯钢铸坯。
转炉吹炼结束时，转炉终点的碳含量范围控制在0.05％，终点温度控制在1678℃；出钢完成后，钢包渣层厚度为74mm；小平台按2.0m/t钢的喂入量喂加，并进行脱氧，小平台出站成分控制为：C 0.35％、Si 0.18％、Mn 1.40％、P 0.010％；脱氧合金化后进行软吹氩搅拌，搅拌时间6.5min，搅拌未出现钢液裸露。
钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩使钢液微微波动，未出现大翻现象；精炼结束后，按钢液重量的0.035％配加Ti；配加完毕后喂加500m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了7.0min的软吹搅拌，LF出站温度为1615℃。
RH到站后进行吹氩均匀化处理，氩气流量为1200NL/min，在真空度为2.5mbar的条件下处理13.5min，合金成分微调后均匀化处理时间5.7min，真空出站目标Alt含量为0.045％，出站温度为1575℃。
RH真空处理结束后调运至四机四流铸机φ350mm断面进行钢液浇铸，结晶器电磁搅拌的搅拌电流为400A，搅拌频率为4.0Hz；凝固末端电磁搅拌的搅拌电流为220A，搅拌频率为5.5Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在20～28℃；拉速为0.90m/min；结晶器冷却控制在2500L/min；二冷比水量控制在0.30L/kg钢。
上述实施例生产的37Mn圆管坯钢铸坯，铸坯质量得到了良好的控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5～1.0级，疏松区域直径比例40.8％；铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到97.5％。铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.85，铸坯等轴晶区长度比例50.3％～53.4％；铸坯钻样偏析检测结果为0.95～1.05。
通过上述三个实施例说明采用本发明方法生产的大断面尺寸的37Mn圆管坯钢铸坯质量得到了有效的控制，特别是铸坯裂纹控制及中心疏松缺陷的控制，铸坯无表面裂纹，酸洗低倍评级中心疏松全≤1.0级，中心疏松区域面积直径比例≤41.1％，疏松区域最大长度为143mm，对铸坯中心位置区域采用金属原位分析仪进行致密度检测，均控制在0.82以上，铸坯等轴晶区长度比例50.1％～54.3％，铸坯钻样偏析检测为0.94～1.05。

Claims (3)

1.一种可有效控制37Mn圆管坯钢铸坯质量的生产方法，其特征在于：包括依次进行的转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理和连铸步骤；
转炉冶炼步骤中，转炉终点的碳含量范围控制在0.05％～0.15％，终点温度控制在1670℃以上，红包出钢，钢包渣层厚度控制在80mm以下；小平台按每吨钢喂加1.45～2.0m的喂入量喂加铝线，并进行脱氧处理；小平台目标成分按：C 0.30％～0.35％、Si 0.18％～0.25％、Mn1.20％～1.40％、P≤0.015％进行控制，脱氧合金化结束后进行不少于6min的软吹搅拌；
LF炉精炼步骤中，出站前进行成分微调，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理；其中，中包第一炉次按上限喂加，喂线后进行不少于6min的软吹搅拌，LF出站目标温度控制在1585～1615℃；
RH真空处理步骤中，LF炉精炼步骤出站的钢水到站后，软吹氩气进行均匀化处理，吹入氩气的流量控制在1200～1400NL/min；处理时，真空度要求不大于3mbar，处理时间要求不少于13min；成分微调合金化处理后均匀化时间不少于5min，真空出站目标Alt控制在0.035％～0.045％，出站温度控制在1550～1575℃；
连铸步骤中，结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，频率2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～250A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在20～35℃；拉速控制在0.75～0.90m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30L/kg钢；
其中，上述各化学成分的含量以重量百分比计。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：转炉冶炼步骤中，采用氩气进行软吹搅拌，吹入氩气的强度以避免钢液裸露为准。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于：连铸步骤采用四机四流铸机φ350mm断面连铸。
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