CN105803149B - φ280mm的35CrMo圆管坯等轴晶率控制方法 - Google Patents

φ280mm的35CrMo圆管坯等轴晶率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的是冶金领域的一种生产断面为φ280mm的35CrMo圆管钢铸坯的等轴晶率控制方法。该方法包括转炉冶炼、LF炉精炼钢水、RH精炼以及连铸钢水等步骤，其中的关键技术在于在连铸阶段采用了结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的技术。本发明的有益效果是：首先在钢水冶炼阶段按照合理的参数控制，提高了钢水的纯净度并使其出站条件达到最佳，随后在钢水浇注的过程中，采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，使得钢液成分和温度均匀化，坯壳均匀生长，柱状晶组织在搅拌过程中不断冲刷熔断，等轴晶形核率提高，柱状晶生长被抑制，从而导致铸坯等轴晶率提高。

Description

φ280mm的35CrMo圆管坯等轴晶率控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种生产断面为φ280mm的35CrMo圆管钢铸坯的等轴晶率控制方法。
背景技术
35CrMo管坯钢主要用于生产油气开采、运输使用的油井管用钢，化学组分按重量百分比为C：0.33％～0.39％、Si：0.19％～0.35％、Mn：0.45％～0.65％、P≤0.018％、S≤0.010％、Cr：:0.85％～1.05％、Mo：0.17％～0.24％、Cu≤0.15％、Ni≤0.20％，残余元素要求：As≤0.030％，Sn≤0.010％，且V+Nb+Ti+B+Zr≤0.15％；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.045％，余量为Fe。在使用时在使用应力和硫化氢气体的共同作用下，往往会在受力远低于其本身屈服强度时突然发生脆断(称为硫化氢应力腐蚀)，容易造成生泄露等问题，对生产及环保造成不利影响。随着社会经济的发展，油气运输效率要求更高、开采难度增大等发展趋势不断对铸坯质量提出更加苛刻的要求。尤其如铸坯凝固组织比例及分布——等轴晶率，不少研究分析指出，圆坯等轴晶率对穿管成材率及成品质量有重要影响。因此，提高铸坯等轴晶率，扩大中心等轴晶区，优化铸坯凝固组织均匀性就显极为重要。
对于35CrMo管坯钢来说，钢种成分中的高铬、钼含量本身决定了铸坯柱状晶发达趋势较大，再者，由于铸坯断面相对较大且为圆坯，其比表面积较小铸坯传热效率更低，凝固冷却缓慢，结晶组织的控制更加困难，因此针对不同尺寸的圆管坯，控制其等轴晶率的方法也不尽相同。
发明内容
为克服现有较大断面尺寸的35CrMo圆管钢铸坯等轴晶率普遍较低等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种针对断面为φ280mm的35CrMo圆管钢铸坯的等轴晶率控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
生产断面为φ280mm的35CrMo圆管钢铸坯的等轴晶率控制方法，包括以下步骤：
Ⅰ、转炉冶炼：转炉终点按照以下质量百分比和温度指标进行控制，终点碳0.05％～0.15％，终点磷≤0.010％，终点温度≥1670℃,出钢挡渣，控制渣厚在60mm以内；
Ⅱ、LF炉精炼钢水：将步骤Ⅰ中得到的钢水进行LF炉精炼，精炼全程吹氩搅拌，LF出站目标按质量百分比[S]≤0.008％，且[P]+[S]≤0.023％进行控制，出站Als按照质量百分比0.020％～0.040％进行控制，精炼结束后继续吹氩至少5min，出站温度按1560～1620℃控制；
Ⅲ、RH精炼：将步骤Ⅱ中得到的钢水进行RH精炼，RH精炼要求氩气流量按1100～1350NL/min控制，真空度＜3mbar，处理时间≥10min,真空处理结束后继续吹氩至少5min，RH出站定氢测温，按照浓度[H]≤2.0ppm控制，出站温度控制在1540～1570℃；
Ⅳ、连铸钢水：连铸环节采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，其中，结晶器电磁搅拌的参数为：搅拌电流350～450A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为：搅拌电流250～400A，频率6.0～8.0Hz。
进一步的是，步骤Ⅱ和步骤Ⅲ中精炼过程采用中强度吹氩搅拌，以钢液表面不出现大翻沸腾为准；精炼结束后采用弱吹氩搅拌，使钢水有微弱搅动即可。
进一步的是，在步骤Ⅳ中进行钢液浇注的时候还需要控制以下参数：过热度控制在20～35℃，拉速控制在0.85～1.10m/min，结晶器冷却控制在2400～2600L/min，二冷比水量控制在0.26～0.35/kg钢。
本发明的有益效果是：首先在钢水冶炼阶段按照合理的参数控制，提高了钢水的纯净度并使其出站条件达到最佳，随后在钢水浇注的过程中，采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，使得钢液成分和温度均匀化，坯壳均匀生长，柱状晶组织在搅拌过程中不断冲刷熔断，等轴晶形核率提高，柱状晶生长被抑制，从而导致铸坯等轴晶率提高。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步描述，但不应理解为是本发明的限定。本领域普通技术人员根据上述方案，还可以做出各种形式的修改、替换、变更。凡是基于上述技术思想所作的修改、替换和变更都属于本发明的范围。
生产断面为φ280mm的35CrMo圆管钢铸坯的等轴晶率控制方法，包括以下步骤：
Ⅰ、转炉冶炼：转炉终点按照以下质量百分比和温度指标进行控制，终点碳0.05％～0.15％，终点磷≤0.010％，终点温度≥1670℃,出钢挡渣，控制渣厚在60mm以内；
Ⅱ、LF炉精炼钢水：将步骤Ⅰ中得到的钢水进行LF炉精炼，精炼全程吹氩搅拌，LF出站目标按质量百分比[S]≤0.008％，且[P]+[S]≤0.023％进行控制，出站Als按照质量百分比0.020％～0.040％进行控制，精炼结束后继续吹氩至少5min，出站温度按1560～1620℃控制；
Ⅲ、RH精炼：将步骤Ⅱ中得到的钢水进行RH精炼，RH精炼要求氩气流量按1100～1350NL/min控制，真空度＜3mbar，处理时间≥10min,真空处理结束后继续吹氩至少5min，RH出站定氢测温，按照浓度[H]≤2.0ppm控制，出站温度控制在1540～1570℃；
Ⅳ、连铸钢水：连铸环节采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，其中，结晶器电磁搅拌的参数为：搅拌电流350～450A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为：搅拌电流250～400A，频率6.0～8.0Hz。
步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要是对钢水的冶炼进行控制，保证钢水在浇注前具有稳定的特性、均匀的成分以及适当的浇注温度。其中，转炉冶炼过程中对碳和磷的含量控制是为了保证钢水的内部质量，提高其稳定性；LF炉精炼是为了使钢水充分反应，并去除多余的杂质，由于S和P都对钢的机械性能有不利影响，所以需要严格控制两种元素的含量，其中Als为酸铝含量，对Als的控制有利于使钢的晶粒细小均匀，同时可提高其淬硬性和淬透性以及塑性和韧性；RH精炼是为了进一步提高钢水的纯净度，并且使钢液的成分更加稳定均匀，有利于后续连铸时形成较好的等轴晶区，控制氢的浓度是为了防止在后续的浇注过程中出现氢致裂纹。
本发明的关键在于步骤Ⅳ中连铸钢水阶段，通常情况下，连铸工艺过程中铸坯凝固组织从铸坯表面向中心依次呈现激冷层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区的结晶器组织区域。为改善铸坯质量，提高铸坯等轴晶率，目前冶金行业一般采用的是电磁搅拌技术和凝固末端压下技术，两种技术所达到的效果都不够理想。本发明的改进之处在于，采用的是结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式。该技术的作用机理是：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，减弱凝固传热的方向性，促进坯壳均匀生长；进一步地，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，使等轴晶区扩大，提高了铸坯等轴晶率。
在LF炉精炼钢水和RH精炼过程中均采用吹氩进行搅拌，在精炼过程中一般采用中强度吹氩搅拌，以钢液表面不出现大翻沸腾为准；精炼结束后采用弱吹氩搅拌，使钢水有微弱搅动即可。吹氩搅拌主要是为了使钢水能够充分反应，使钢水中的成分混合均匀，便于后续在钢水浇注过程中能够形成稳定的凝固组织。
进一步地，在进行连铸钢水阶段时，如果凝固末端电磁搅拌强度控制不好，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，因此需要对其搅拌强度进行精确控制，此外为了保证最后的成材质量，还需在进行钢液浇注时控制以下参数：过热度控制在20～35℃，拉速控制在0.85～1.10m/min，结晶器冷却控制在2400～2600L/min，二冷比水量控制在0.25～0.35/kg钢。合理的过热度、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。
实施例：
某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→RH精炼→六机六流铸机φ280mm断面连铸生产35CrMo圆管坯。转炉吹炼结束时，终点碳为0.05％进行控制，终点磷为0.006％，终点温度控制在1671℃,钢包渣厚控制为55mm。
钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩钢液微微波动，未出现大翻现象，出站Als质量百分比控制为0.031％，精炼结束后对钢液进行软吹氩，吹氩时间为6.2min，LF处理结束后，定温为1591℃,LF出站[S]为0.007％，[S]+[P]为0.019％。
钢水到站后，RH精炼吹氩氩气流量为1100NL/min控制，真空度＜3mbar的处理时间11min,RH出站Als为0.028％，真空处理结束后吹氩5.5min，出站定氢为1.6ppm，出站温度控制在1540℃。
RH真空处理结束后调运至六机六流铸机φ280mm断面进行钢液浇铸，与本发明要求相关的关键技术参数实际控制为：结晶器电磁搅拌：搅拌电流400A，搅拌频率2.0Hz；凝固末端电磁搅拌：搅拌电流400A，搅拌频率6.0Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在25～28℃；拉速为1.1m/min；结晶器冷却控制在2600L/min；二冷比水量控制在0.26/kg钢。
上述技术发明稳定运用后，铸坯质量得到良好控制，铸坯疏松低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5～1.0级，疏松区域面积比例25.6％，铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.83，铸坯等轴晶区长度比例51.0％～54.2％，与现有的工艺相比提高了5％～10％，具有很好的市场价值和应用前景。

Claims (3)

1.φ280mm的35CrMo圆管坯等轴晶率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ、转炉冶炼：转炉终点按照以下质量百分比和温度指标进行控制，终点碳0.05%~0.15%，终点磷≤0.010%，终点温度≥1670℃, 出钢挡渣，控制渣厚在60mm以内；
Ⅱ、LF炉精炼钢水：将步骤Ⅰ中得到的钢水进行LF炉精炼，精炼全程吹氩搅拌，LF出站目标按质量百分比[S]≤0.008%，且[P]+[S]≤0.023%进行控制，出站Als按照质量百分比0.020%~0.040%进行控制，精炼结束后继续吹氩至少5min，出站温度按1560~1620℃控制；
Ⅲ、RH精炼：将步骤Ⅱ中得到的钢水进行RH精炼，RH精炼要求氩气流量按1100~1350NL/min控制，真空度＜3mbar，处理时间≥10min, 真空处理结束后继续吹氩至少5min，RH出站定氢测温，按照浓度[H]≤2.0ppm控制，出站温度控制在1540~1570℃；
Ⅳ、连铸钢水：连铸环节采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，其中，结晶器电磁搅拌的参数为：搅拌电流350~450A，频率2~4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为：搅拌电流250~400A，频率6.0~8.0Hz。
2.如权利要求1所述的φ280mm的35CrMo圆管坯等轴晶率控制方法，其特征是：步骤Ⅱ和步骤Ⅲ中精炼过程采用中强度吹氩搅拌，以钢液表面不出现大翻沸腾为准；精炼结束后采用弱吹氩搅拌，使钢水有微弱搅动即可。
3.如权利要求1所述的φ280mm的35CrMo圆管坯等轴晶率控制方法，其特征是：在步骤Ⅳ中进行钢液浇注的时候还需要控制以下参数：过热度控制在20~35℃，拉速控制在0.85~1.10m/min，结晶器冷却控制在2400~2600L/min，二冷比水量控制在0.26~0.35/kg钢。
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