CN108687317B - 大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法 - Google Patents

大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，适用于360mm×450mm断面大方坯42CrMoH钢连铸坯，属于大方坯连铸生产技术领域。本发明在结晶器电磁搅拌的基础上，在二冷区与凝固末端之间增设了电磁搅拌装备，并且对两者的安装位置和工作参数作了合理设计，再结合控制浇注钢液过热度、浇注速度、冷却参数、凝固末端压下工艺等，提升了大方坯42CrMoH钢连铸坯的致密性及均质性，此外，通过对管式结晶器的圆角参数设计，优化铸坯角部冷却，改善了铸坯角部缺陷控制。通过对冷却水路的改进，以保证传热均匀性，使得结晶器出口处铸坯坯壳厚度均匀。本发明可确保大方坯42CrMoH钢连铸坯综合质量高水平控制。

Description

大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法
技术领域
本发明涉及一种大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，适用于360mm×450mm断面大方坯42CrMoH钢铸坯，属于大方坯42CrMoH钢生产技术领域。
背景技术
42CrMo钢属于中碳高强度合金钢，作为高速列车车轴等构件的原材料，是负担列车质量的关键部件。在运行中承受冲击和旋转弯曲等多项复杂应力及恶劣的工作环境。因此，国内外广大学者对其开展了深入研究，主要集中在材料受载条件下的微观组织变化。如T.Miokovie等通过对42CrMo4钢进行循环温度加载实验，微观组织观察显示，烙融碳数量及非均匀奥氏体化域的碳组分变化是造成材料热力学性质改变的主要因素。AnisHor等进行了42CrMo钢不同加载应变率的高温实验，研究了绝热剪切带的发生及延伸情况，从微观组织演化规律解释材料塑性变形机理。对材料高温下的为学性能，国内外均有研究，S.I.Kim等对AISI4140钢进行了热压和热扭转实验，从实验结果得出材料在一定温度及应变率范围内产生了动态再结晶的现象，此为基础发展了更符合材料变形机理的本构模型。簡永诚等利用GLEEBLE150设备得到42CrMo钢在高温和较低应变率范围内的应力－应变曲线，主要探究了其形变表观激活能对材料塑性变形的影响。而在材料疲劳损伤及棘轮行为方面，A.Varvani-Farahani定义了上下损伤曲线概念，主要用于42CrMo4钢高周疲劳及棘轮行为实验中，经验证VF模型可对实验进行很好的模拟。刘宇杰等利用单轴棘轮斤为实验表明42CrMo钢为循环稳定材料，而在棘轮－疲劳交互实验中发现在非对称应力循环下会产生明显的棘轮变形。张继明等对42CrMo钢的疲劳寿命有一定的研巧，采用超声疲劳实验设备可W很好预测其疲劳寿命。此外，王毛球等发现经等温处理后的42CrMo钢抗拉强度达到1500MPa，耐延迟断裂性能大大提高，非金属夹杂物是造成材料开裂的主要原因。可看出国内关于42CrMo钢的研究，主要集中在断裂失效、疲劳性能、热变行为方面。而对于42CrMo钢坯料质量的控制，尤其是360mm×450mm断面大方连铸生产42CrMoH铸坯质量控制的研究，基本未见。
例如：
CN106987779A公开了一种曲轴钢冶炼方法。该方法严格控制钢中Al、O、V、N、S等元素含量,在钢中得到主要成分为Al2O3与MnO类的氧化物,通过该成分氧化物控制MnS在钢中大量细小均匀地分布,在锻后冷却过程中为晶内铁素体的生成提供形核核心。本冶炼方法得到的MnS数量在500个/mm2,得到的晶内铁素体占比在30％以上,晶界铁素体断续分布。其特征在于,所述方法为：控制冶炼过程中钢液中Al、O、V、N、S的元素成分,使得在钢中得到主要成分为Al2O3与MnO的氧化物,利用所述氧化物控制MnS+V(C,N)粒子在钢中大量细小均匀地分布,所述MnS+V(C,N)粒子的数量在500个/mm2以上；细小均匀分布的MnS+V(C,N)#粒子在锻后冷却过程中为晶内铁素体的形成提供形核核心,得到均匀细化的室温组织。但是，对于360mm×450mm断面大方坯连铸生产42CrMoH钢连铸坯质量控制的一些关键的具体内容并未涉及。
CN106244899A公开了一种42CrMo的节能熔炼工艺技术领域；该工艺包括熔炼,造渣、扒渣,细化晶粒,脱氧、脱硫,浇注等步骤；本发明提供的熔炼工艺步骤简单,节能环保,有效提高了熔炉的热量利用率,有助于节约能源,降低生产成本。其特征在于,包括如下步骤：(1)将还原剂,废铬钢和钼铁加入中频感应炉中,使炉床面的压力为0.3～0.5mmH2O柱；(2)以280～350℃/h的温升速度,将炉温升至1580～1610℃,保温20#30min；(3)向炉内投入锰铁,并以105～130℃/h的温升速度,将炉温升至1840～1860℃；(4)取样并调整元素含量；(5)向炉内投入造渣材料,以45～60r/min的搅拌速度搅动钢液,当炉内温度降至1450～1520℃时,即可倾炉扒渣；(5)在电磁搅拌条件下,加入晶粒细化剂,得细晶粒组织；(6)脱氧脱硫：(7)钢液在包内镇静1～4min,至温度降至1395～1424℃时,进行浇注。但是，对于360mm×450mm断面大方坯连铸生产42CrMoH钢连铸坯质量控制的一些关键的具体内容并未涉及。
CN106216391A公开了一种降低42CrMo硬度的轧制生产方法,以42CrMo铸坯为原料,依次包括如下工序：加热、除鳞、粗轧、粗轧后冷却、连轧、穿水冷却、棒材减定径机组精轧、冷床冷却,最终得到成品棒材。采用该工艺方法现场操作简单,易实现在线自动化控制,减少了工人的操作劳动强度；通过在线控轧控冷工艺,42CrMo钢种的平直度有较大改善；减少了后序热处理工艺(退火工艺),节约了生产成本,缩短了生产周期,提高了钢材市场竞争力；得到42CrMo钢的硬度值范围为220～260HBW；金相组织为铁素体和珠光体；带状组织≤2级；晶粒度≥8级；力学性能均能满足国标和用户需求。但是，对于360mm×450mm断面大方坯连铸生产42CrMoH钢连铸坯质量控制的一些关键的具体内容并未涉及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，适用于360mm×450mm断面大方坯，可提升大方坯42CrMoH钢连铸坯致密性、均质性，确保大方坯42CrMoH钢连铸坯综合质量高水平控制。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，采用管式结晶器，结晶器的冷却水的工艺参数控制为水流量3150L/min～3350L/min，水压0.80MPa～0.90MPa；
结晶器电磁搅拌为结晶器出口处的低位安装，结晶器电磁搅拌装备覆盖高度为350mm，下端与结晶器下口齐平；测定结晶器电磁搅拌实际磁场高斯强度，以实际搅拌磁场高斯强度为330±15Gs进行搅拌电流设置，搅拌电流频率2.4Hz；
在二冷区与凝固末端之间安装有电磁搅拌装备，该电磁搅拌装备安装位置为凝固线性比为0.45～0.47的区域；实测搅拌磁场高斯强度，按实际磁场高斯强度为450±25Gs进行搅拌电流强度设置，搅拌电流频率为7.0Hz；二冷比水量按0.321L·kg-1 钢～0.343L·kg-1 钢进行设置；
凝固末端采用动态重压下工艺，压下区间为2#～6#拉矫机，单辊压下量控制为2mm～4mm，总压下量控制为8mm～11mm；
对于中包浇铸的第1炉次，浇注钢液过热度控制在30℃～45℃；对于中包浇铸的第2～N炉次，浇注钢液过热度控制在20℃～40℃；
拉速控制在0.45m/min～0.55m/min，可按目标拉速0.50m/min恒速浇注。
进一步的是：管式结晶器的角部圆角尺寸为R20mm。这样可优化铸坯角部冷却，改善铸坯角部缺陷控制。
进一步的是：管式结晶器的冷却水路为二进二回，具有两个进水口和两个出水口。这样可保证传热均匀性；保证结晶器出口处铸坯坯壳厚度均匀，坯壳厚度尺寸优选控制在16mm～20mm。实施时可在进水口采用DN250调节阀精细调节结晶器冷却水，以更好地保证结晶器出口处铸坯坯壳厚度均匀。
进一步的是：在二冷区与凝固末端之间的电磁搅拌装备安装位置也可按如下参数控制：安装在距离结晶器钢液面10.0m～11.0m区间。
本发明的有益效果是：在结晶器电磁搅拌的基础上，在二冷区与凝固末端之间增设了电磁搅拌装备，并且对两者的安装位置和工作参数作了合理设计，再结合控制浇注钢液过热度、浇注速度、冷却参数、凝固末端压下工艺等，提升了大方坯42CrMoH钢连铸坯的致密性及均质性，此外，通过对管式结晶器的圆角参数设计，优化铸坯角部冷却，改善了铸坯角部缺陷控制。通过对冷却水路的改进，以保证传热均匀性，使得结晶器出口处铸坯坯壳厚度均匀。本发明可确保大方坯42CrMoH钢连铸坯综合质量高水平控制。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例中，在二冷区与凝固末端之间安装的电磁搅拌装备，称为“介于二冷与凝固末端电磁搅拌”(S～F-EMS)。
实施例1
该实施例是某炼钢厂采用本发明的方法生产360mm×450mm断面42CrMoH钢连铸大方坯。本发明的具体实施方式为：采用管式结晶器，角部圆角尺寸为R20mm；设计管式结晶器水路为二进二回，保证传热均匀性；结晶器配备冷却水量为3150L/min～3350L/min，水压0.80MPa～0.90MPa，采用DN250调节阀精细调节结晶器冷却水；结晶器电磁搅拌为结晶器出口处的低位安装，结晶器电磁搅拌装备覆盖高度350mm，下端与结晶器下口齐平；结晶器电磁搅拌实际磁场高斯强度330±15Gs，搅拌电流设置为550A～600A，搅拌电流频率2.4Hz。安装“介于二冷与凝固末端电磁搅拌”(S～F-EMS)位置为凝固线性比为0.45～0.47的区域，具体为距离结晶器钢液面10.0m～11.0m区间，搅拌磁场高斯强度为450±25Gs，搅拌电流强度为300A～320A，搅拌电流频率为7.0Hz；二冷比水量为0.321L·kg-1 钢～0.343L·kg-1 钢；凝固末端重压下区间为2#～5#拉矫机，单辊压下量控制在2mm～4mm，实际总压下量8mm～10mm。
此外，浇注钢液过热度(中包浇铸)控制在20℃～40℃，中包第一炉次，过热度控制在30℃～45℃；将拉速控制在0.45m/min～0.55m/min，目标拉速0.50m/min恒速浇注时间比例为91.2％。
连铸过程结晶器内钢液液面稳定，保护渣厚度分布均匀。对连铸大方坯进行低倍检测；采用冷酸枝晶腐蚀，检测铸坯横断面坯壳厚度分布情况，结果显示，该技术所生产的42CrMoH钢连铸大方坯坯壳厚度沿断面周向分布均匀，整体控制在16mm～20mm；铸坯边角部质量良好，对连铸坯全断面进行金属原位扫描检测，铸坯全断面均质度为0.922～0.947，心部致密度为0.903～0.941，对应酸洗腐蚀低倍评级中心偏析、中心疏松均≤0.5级，无中心缩孔。
实施例2
该实施例是某炼钢厂采用本发明的方法生产360mm×450mm断面42CrMoH钢连铸大方坯。本发明的具体实施方式为：采用管式结晶器，角部圆角尺寸为R20mm；设计管式结晶器水路为二进二回，保证传热均匀性；结晶器配备冷却水量为3180L/min～3300L/min，水压0.82MPa～0.87MPa，采用DN250调节阀精细调节结晶器冷却水；结晶器电磁搅拌为结晶器出口处的低位安装，结晶器电磁搅拌装备覆盖高度350mm，下端与结晶器下口齐平；结晶器电磁搅拌实际磁场高斯强度330±10Gs，搅拌电流设置为550A～590A，搅拌电流频率2.4Hz。安装“介于二冷与凝固末端电磁搅拌”(S～F-EMS)位置为凝固线性比为0.45～0.47的区域，具体为距离结晶器钢液面10.0m～11.0m区间，搅拌磁场高斯强度为450±20Gs，搅拌电流强度为300A～320A，搅拌电流频率为7.0Hz；二冷比水量为0.320L·kg-1 钢～0.333L·kg-1 钢；凝固末端重压下区间为3#～6#拉矫机，单辊压下量控制在2mm～4mm，实际总压下量9mm～10mm。
此外，浇注钢液过热度(中包浇铸)控制在24℃～40℃，中包第一炉次，过热度控制在32℃～45℃；将拉速控制在0.45m/min～0.55m/min，目标拉速0.50m/min恒速浇注时间比例为90.1％。
连铸过程结晶器内钢液液面稳定，保护渣厚度分布均匀。对连铸大方坯进行低倍检测；采用冷酸枝晶腐蚀，检测铸坯横断面坯壳厚度分布情况，结果显示，该技术所生产的42CrMoH钢连铸大方坯坯壳厚度沿断面周向分布均匀，整体控制在17～18.6mm；铸坯边角部质量良好，对连铸坯全断面进行金属原位扫描检测，铸坯全断面均质度为0.914～0.935，心部致密度为0.914～0.934，对应酸洗腐蚀低倍评级中心偏析、中心疏松均≤0.5级，无中心缩孔。
实施例3
该实施例是某炼钢厂采用本发明的方法生产360mm×450mm断面42CrMoH钢连铸大方坯。本发明的具体实施方式为：采用管式结晶器，角部圆角尺寸为R20mm；设计管式结晶器水路为二进二回，保证传热均匀性；结晶器配备冷却水量为3200L/min～3350L/min，水压0.85MPa～0.90MPa，采用DN250调节阀精细调节结晶器冷却水；结晶器电磁搅拌为结晶器出口处的低位安装，结晶器电磁搅拌装备覆盖高度350mm，下端与结晶器下口齐平；结晶器电磁搅拌实际磁场高斯强度330±12Gs，搅拌电流设置为550A～570A，搅拌电流频率2.4Hz。安装“介于二冷与凝固末端电磁搅拌”(S～F-EMS)位置为凝固线性比为0.45～0.47的区域，具体为距离结晶器钢液面10.0m～11.0m区间，搅拌磁场高斯强度为450±15Gs，搅拌电流强度为305A～317A，搅拌电流频率为7.0Hz；二冷比水量为0.321L·kg-1 钢～0.340L·kg-1 钢；凝固末端重压下区间为2#～6#拉矫机，单辊压下量控制在2mm～4mm，实际总压下量9.2mm～11mm。
此外，浇注钢液过热度(中包浇铸)控制在22℃～38℃，中包第一炉次，过热度控制在34℃～44℃；将拉速控制在0.45m/min～0.55m/min，目标拉速0.50m/min恒速浇注时间比例为92.0％。
连铸过程结晶器内钢液液面稳定，保护渣厚度分布均匀。对连铸大方坯进行低倍检测；采用冷酸枝晶腐蚀，检测铸坯横断面坯壳厚度分布情况，结果显示，该技术所生产的42CrMoH钢连铸大方坯坯壳厚度沿断面周向分布均匀，整体控制在17.8～20mm；铸坯边角部质量良好，对连铸坯全断面进行金属原位扫描检测，铸坯全断面均质度为0.903～0.931，心部致密度为0.921～0.9347，对应酸洗腐蚀低倍评级中心偏析、中心疏松均≤0.5级，无中心缩孔。
上述实施例说明，通过采用本发明的技术方案后，360mm×450mm断面42CrMoH钢大方坯铸坯质量控制良好，铸坯角部零缺陷，坯壳厚度沿周向均匀分布，铸坯全断面均质性较好，心部疏松及缩孔得到有效控制，铸坯心部致密度高水平的控制，中心疏松、中心偏析低倍质量评级指标控制较优，其他质量性能全部合格。

Claims (5)

1.大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，其特征在于：采用管式结晶器，结晶器的冷却水的工艺参数控制为水流量3150L/min～3350L/min，水压0.80MPa～0.90MPa；
结晶器电磁搅拌为结晶器出口处的低位安装，结晶器电磁搅拌装备覆盖高度为350mm，下端与结晶器下口齐平；测定结晶器电磁搅拌实际磁场高斯强度，以实际搅拌磁场高斯强度为330±15Gs进行搅拌电流设置，搅拌电流频率2.4Hz；
在二冷区与凝固末端之间安装有电磁搅拌装备，该电磁搅拌装备安装位置为凝固线性比为0.45～0.47的区域；实测搅拌磁场高斯强度，按实际磁场高斯强度为450±25Gs进行搅拌电流强度设置，搅拌电流频率为7.0Hz；二冷比水量按0.321L·kg-1 钢～0.343L·kg-1 钢进行设置；
凝固末端采用动态重压下工艺，压下区间为2#～6#拉矫机，单辊压下量控制为2mm～4mm，总压下量控制为8mm～11mm；
对于中包浇铸的第1炉次，浇注钢液过热度控制在30℃～45℃；对于中包浇铸的第2～N炉次，浇注钢液过热度控制在20℃～40℃；
拉速控制在0.45m/min～0.55m/min。
2.如权利要求1所述的大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，其特征在于：管式结晶器的角部圆角尺寸为R20mm。
3.如权利要求1所述的大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，其特征在于：管式结晶器的冷却水路为二进二回，具有两个进水口和两个出水口。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，其特征在于：坯壳厚度尺寸控制在16mm～20mm。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的大方坯连铸生产42CrMoH钢的方法，其特征在于：在二冷区与凝固末端之间的电磁搅拌装备安装位置为距离结晶器钢液面10.0m～11.0m区间。
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