CN107790650B - 一种微合金钢直装轧板裂纹的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微合金钢直装轧板裂纹的控制方法，控制中包钢水中[H]≤0.0002％、S≤0.003％；根据钢种不同对中间包内钢水施加电压500～1000v、频率10～30Hz，电流300～500A的电脉冲；对铸坯二次冷却的凝固末端固相率0.6～0.8处施加频率2～10Hz、电流100～500A的电磁搅拌；根据钢种不同对铸坯施加电压1000～3000v、频率30～50Hz、电流500～1000A的电脉冲，施加开始时间为铸坯中心位置的表面温度在900～950℃，待表面温度降到Ar3时停止电脉冲；施加电脉冲后的铸坯直接送入加热炉加热后进行轧制。本发明简单可控，维护养护成本较低，可避免直装轧制微合金钢板坯的表面裂纹，降低加热炉燃耗，减少铸坯氧化烧损，提高金属收得率和产量。

Description

一种微合金钢直装轧板裂纹的控制方法

技术领域

本发明属于连铸工艺技术领域，特别涉及一种微合金钢直装轧板裂纹的控制方法。

背景技术

直装是指连铸坯不经下线堆冷，而是表面经过适当的在线处理后，直接送到加热炉装炉的一种工艺方法。直装的主要优势在于提高生产效率、节约场地，相比冷装，还可以节能降耗。与冷装的主要区别是，铸坯没有下线堆冷；与传统热装的主要区别是，为了尽可能减少轧材表面裂纹，在入加热炉前铸坯表面需要经过适当的在线处理。直装的关键不是装炉温度，而是装炉时的铸坯组织状态，组织状态良好、后续加热轧制不易出裂纹。因此，直装的任务与目的是，铸坯组织经在线优化后送入加热炉，之后轧制不出表面裂纹。

直装虽有诸多优点，但微合金钢(微合金钢是指普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素，主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等的钢)在热送热装时，轧制的钢板表面容易出现裂纹，这是因为铸坯在经历奥氏体到铁素体的变化过程中，奥氏体晶界周围生成先共析铁素体膜，一些析出相容易在先共析铁素体膜内形成，这些过渡组织如果直装入炉，会保留下来成为铸坯的内在脆性相，导致直装轧板表面裂纹的生成。

对于微合金钢板坯直装裂纹，国内外普遍的做法是避开A-F两相区热装，多数钢厂采取下线堆垛后低温热装或冷装办法，国外也有些钢厂实施高温奥氏体热装。但是至今尚无钢厂在大生产中正式实施微合金钢中厚板坯直装工艺，仅有少数学者和单位从理论和实验上进行了初步研究。其主要成果如下：

板坯在线淬火——回火马氏体组织装炉。生产的主要钢种是结构钢和管线钢。连铸坯在火焰切割后经淬火装置快速冷却至表面温度为300℃-350℃、淬透层厚度为10mm左右，然后送到加热炉。经在线淬火后直装的铸坯，轧制后板材表面裂纹率减少了70％，改善效果比较明显，这归功于淬火-自回火带来的组织状态优化即回火马氏体组织以及析出物的减少。

但是，该工艺也存在一些不足。1、对C＞0.45％以及含V的铸坯不能进行淬火处理。因为这些钢进行淬火处理时，会使铸坯产生其它缺陷。这类钢只有通过传统的生产工艺，即下线到坯库，自然冷却到环境温度再冷装进人加热炉。2、氢含量较高的铸坯不宜热装。钢中氢只有通过铸坯在坯库里缓慢冷却才能逸出，如果对氢含量较高的铸坯进行淬火处理，然后热装，则铸坯中氢不能逸出，在轧制过程中会造成新的缺陷，影响产品质量。另外，此技术也仅在厚度150mm以下的连铸板坯应用成功，对于厚度超过150mm的连铸坯则没有应用成功的报道。

铸坯切割后在线喷水快冷——细晶F-P装炉。首钢是国内较早申请连铸坯在线喷水快冷方面专利的单位。其快冷-直装工艺为：连铸坯在辊道上切割后进入位于连铸机和轧机间的输送辊道上进行快速喷水冷却，将连铸坯表面温度降低到600℃左右，连铸坯表面冷却速率控制在20-50℃/s，连铸坯表面冷却时间控制在15-60s，连铸坯冷却后在15min内送往加热炉加热。工业现场试验的连铸坯经快冷直装轧制后，板材表面没有热装裂纹。该工艺可在入加热炉连铸坯表面温度低于600℃的条件下，确保连铸坯内部温度高于800℃，既避免了轧后钢板的表面裂纹缺陷，又可充分利用连铸坯余热，从而达到良好的节能效果。

快冷后自回温——经过快冷和相变的A-F装炉。济钢采取以更快的喷水冷却速度把铸坯表面温度降到600℃以下使之发生γ→α相变，冷却时间短，铸坯表面温降快，整体的热量损失较少，仅表面少量热量被带走，节能效果更好。经四次工业现场试验，轧制后的钢板均无表面微裂纹。由于铸坯高温心部对表面的热传导，连铸板坯进入加热炉前的表面温度达750℃左右。虽然该温度很可能处在两相区温度区间，但是组织状态与传统的两相区是有差别的，因为此时的铸坯组织已经过快冷和γ→α相变，快冷和相变都可以细化晶粒，快冷可减少析出物，而相变又可降低析出物在晶界的偏聚。因此经过快冷与相变的两相区的组织状态要比传统的两相区好很多，直装轧制后的钢板不易产生表面裂纹。

综上所述，国内外关于直装裂纹的研究和实验多是通过铸坯表面快速冷却的方式来改善表层组织，从而达到对微观组织及析出物的控制，避免直装裂纹的发生。近年来一些绿色凝固细晶新技术日益受到人们的关注，即利用电磁搅拌或电脉冲来改善金属的凝固组织，国内外一些学者尝试在脉冲电流作用下改善固相金属材料的组织，并取得了一定的进展，发现脉冲电流对固态金属中析出相的析出行为有着显著影响，主要影响因素为材料类型、电流密度、电流频率。如果将电磁搅拌、电脉冲施加于铸坯凝固过程，必然会对铸坯内析出相的析出行为有一定影响，从而控制直装铸坯析出相的析出行为，为解决直装轧板裂纹找到另一种方法，值得进一步研究。

发明内容

本发明的目的旨在避免微合金钢直装轧板的裂纹缺陷，降低加热炉燃耗，减少铸坯氧化烧损。

为此，本发明所采取的技术解决方案是：

一种微合金钢直装轧板裂纹的控制方法，具体为：

(1)控制中包钢水成分中[H]≤0.0002％、S≤0.003％。

(2)根据钢种碳质量百分含量不同对中间包内钢水施加不同的电脉冲工艺，碳含量0.1％～＜0.14％：脉冲电压500～750V，脉冲频率10～20Hz，电流300～400A；碳含量0.14～0.18％：脉冲电压750～1000V，脉冲频率20～30Hz，电流400～500A。

(3)对铸坯二次冷却的凝固末端施加电磁搅拌，电磁搅拌位置为铸坯固相率0.6～0.8处，电磁搅拌频率2～10Hz，电磁搅拌电流100～500A。

(4)根据钢种碳质量百分含量不同对铸坯施加不同电压、电流、频率的电脉冲，施加位置是出矫直段后，碳含量0.1％～＜0.14％：脉冲电压1000～2000V，脉冲频率30～40Hz，脉冲电流500～750A；碳含量0.14～0.18％：脉冲电压2000～3000V，脉冲频率40～50Hz，脉冲电流750～1000A。

(5)施加电脉冲后铸坯不下线，直接送入加热炉加热后进行轧制。

本发明的有益效果为：

1、可有效避免直装轧制微合金钢板坯的表面裂纹；

2、降低加热炉燃耗，减少铸坯氧化烧损，提高金属收得率和产量；

3、设备简单可控，维护养护成本较低。

具体实施方式

实施例1：

以厚板铸机生产Q345B微合金钢为例，铸坯断面为1800×230mm，稳态拉速为1.0m/min,通过测试钢种的Ar3转变温度为750℃。其化学成分重量百分比含量为：C0.14～0.18％，Si0.25～0.45％，Mn1.35～1.7％，Nb0.01～0.03％，Ti0.005～0.015％，P≤0.025％，S≤0.02％。

1、控制中包钢水成分，取中包样进行化学成分分析，中包[H]：0.0001％，[S]：0.0025％。

2、对中间包内钢水施加电脉冲，脉冲电压800V、脉冲频率25Hz、电流400A。

3、铸坯二冷的凝固末端施加电磁搅拌，此处铸坯固相率为0.7。

4、铸坯出矫直段后施加电脉冲，施加电脉冲开始时间为铸坯中心表面温度为950℃，铸坯表面中心温度降到750℃时停止电脉冲；脉冲电压为2500V、脉冲频率45Hz、电流800A。

5、施加电脉冲后铸坯不下线，直接送入加热炉加热后进行轧制。

跟踪直装轧制板坯，未发现轧板表面裂纹，进一步取样进行冷弯试验，也未发现冷弯裂纹。

实施例2：

以厚板铸机生产的AH32微合金钢为例，铸坯断面为2200×300mm，稳态拉速为1.0m/min，通过测试钢种的Ar3转变温度为800℃。其化学成分重量百分比含量为：C0.10～0.14％，Si0.10～0.22％，Mn1.30～1.45％，Nb0.013～0.03％，Ti0.005～0.015％，Al0.015～0.045％，P≤0.022％，S≤0.01％。

1、控制中包钢水成分，取中包样进行化学成分分析，中包[H]：0.00009％，[S]：0.002％；

2、对中间包内钢水施加电脉冲，脉冲电压600V、脉冲频率15Hz、电流350A。

3、铸坯二冷的凝固末端施加电磁搅拌，此处铸坯固相率为0.75。

4、铸坯出矫直段后施加电脉冲，施加电脉冲开始时间为铸坯中心表面温度为950℃，铸坯表面中心温度降到800℃时停止电脉冲；铸坯出矫直段后施加电脉冲，脉冲电压为1500V、脉冲频率35Hz、电流600A。

5、施加电脉冲后铸坯不下线，直接送入加热炉加热后进行轧制。

跟踪直装轧制板坯，未发现轧板表面裂纹，进一步取样进行冷弯试验，也未发现冷弯裂纹。

Claims (1)

1.一种微合金钢直装轧板裂纹的控制方法，其特征在于：

(1)控制中包钢水成分中[H]≤0.0002％、S≤0.003％；

(2)根据钢种碳质量百分含量不同对中间包内钢水施加不同的电脉冲工艺，碳含量0.1％～＜0.14％：脉冲电压500～750V，脉冲频率10～20Hz，电流300～400A；碳含量0.14～0.18％：脉冲电压750～1000V，脉冲频率20～30Hz，电流400～500A；

(3)对铸坯二次冷却的凝固末端施加电磁搅拌，电磁搅拌位置为铸坯固相率0.6～0.8处，电磁搅拌频率2～10Hz，电磁搅拌电流100～500A；

(4)根据钢种碳质量百分含量不同对铸坯施加不同电压、电流、频率的电脉冲，施加位置是出矫直段后，碳含量0.1％～＜0.14％：脉冲电压1000～2000V，脉冲频率30～40Hz，脉冲电流500～750A；碳含量0.14～0.18％：脉冲电压2000～3000V，脉冲频率40～50Hz，脉冲电流750～1000A；

(5)施加电脉冲后铸坯不下线，直接送入加热炉加热后进行轧制。