CN109202029B - 防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法，矫直前对连铸坯快速冷却，冷却速率5℃/s～10℃/s，连铸坯表面温度降低至450℃以下；矫直阶段控制坯料表面温度≤600℃；矫直后并且切割前对连铸坯进行回温控制，连铸坯回温后表面温度小于钢种Ar3温度。本发明的优点在于改善了连铸坯表面质量的同时，提高热装热送的质量和效率。

Description

防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法。

背景技术

连铸过程中，连铸坯表面裂纹形成位置主要分为三类：结晶器、连铸二冷段和坯料运输、吊运、堆垛与加热。其中结晶器内形成的表面裂纹主要包括纵裂纹、横裂纹和网状裂纹等；连铸二冷段形成的表面裂纹主要包括矫直横裂纹、部队中等机械应力裂纹和热应力裂纹等；坯料运输、吊装、堆垛与加热过程中形成的表面裂纹主要包括相变裂纹和热送裂纹等。

连铸坯表面矫直裂纹是微合金钢连铸坯表面一种常见裂纹，裂纹形成机理也比较明确，主要是由于坯料表面温度位于第三脆性温度区，高温塑性差，在矫直大应力应变作用下而形成的。钢种的第三脆性区温度区间一般为700℃～900℃，该高温脆性区出现，主要与Al、Nb的碳氮化物等第二相粒子在原奥氏体晶体偏聚析出及薄膜状铁素体在原奥氏体晶界形成有关。连铸生产实践中，为了避免矫直裂纹的形成，一般采用两种方式，一种是二冷缓冷模式，使坯料矫直位置的表面温度高于第三脆性区上限温度(＞900℃)，另一种是二冷强冷模式，使坯料矫直位置的表面温度低于第三脆性区下限温度(＜700℃)。

连铸坯热装热送技术是指在炼钢-连铸-热轧这一工艺过程中充分、有效地利用连铸坯的显热，实现高效连接炼轧界面的一种节能降耗技术。对于缺乏高温铸坯生产技术及温度均匀性保证技术的传统钢铁企业，通常只能实现连铸坯直接热装轧制(CC-DHCR)阶段，即入炉坯料最终表面温度位于奥氏体向铁素体转变的两相温度区间。对于一些微合金钢来说，在两相区(Ar1～Ar3)温度区间热装热送过程中，一方面由于铸坯表面和内部温度的差异，造成相变不同步，从而导致铸坯表面存在温度应力和组织应力，另一个方面，由于高强度低合金钢中Nb，Al等元素的碳氮化物在原奥氏体晶界上偏聚析出，对晶界有弱化作用，其在加热后仍会在晶体上有残留，同时，两相区相变过程中形成的薄膜状铁素体在加热炉中重新奥氏体化过程后会形成粗大的奥氏体晶粒与晶内细小奥氏体晶粒，从而造成混晶组织，导致了晶界高温脆性，这些因素综合作用下，容易在坯料表面形成热送裂纹缺陷。为了解决这个难题，除了通过连铸工艺及坯料管理等优化手段，实现高温热装和延时热装，使其热装热送模式转变为连铸坯热直接轧制(CC-HDR)和连铸坯热装轧制(CC-HCR)外，而国内生产的高强度低合金钢连铸坯基本都采用先堆垛或空冷，待铸坯表面温度冷却到500℃以下后再装炉加热的生产模式，该模式严重制约了炼轧工艺流程向着炼钢—连铸—轧钢紧凑式一体化模式的发展。

当前，一些改善连铸坯表面裂纹的控制方法有首钢集团(CN 102059331 A)采用切割后快速冷却使铸坯表面发生铁素体-珠光体转变，随着相变进行奥氏体晶界迁移C、N化物被保留在铁素体晶内，强化了晶界，随后立刻热装热送，避免轧后裂纹。重庆大学(CN20111016578 B)通过将连铸坯在连铸辊道上按2-5℃/s的速度快速冷却到500℃以下，避开两相区，同时避免原奥氏体晶界上析出的碳化物和氮化物造成的晶界脆性，然后将坯料热送入加热炉，避免了轧后裂纹缺陷的形成。北京科技大学(CN 105642853 B)通过矫直后的切割前后以5.5～20℃/s的冷却速度将坯料快速冷却至Ar1～(Ar1-300)℃，然后通过返温控制，将坯料表面温度控制在Ar1以下，提高坯料表面强度与塑性，有效防止随后的输送、吊运、堆冷及加热等过程中坯料表面开裂。中冶赛迪(CN 104607609 A)通关过在连铸机垂直段设置宽面喷嘴和窄面喷嘴，对铸坯进行强制冷却，将铸坯表面温度快速降至750℃以下，随后关闭垂直段下部区域窄面和宽面角部喷嘴，使铸坯表面温度快速回温至1100℃左右，使铸坯表层组织经历了一次“热处理”，铸坯表层组织得到大幅度细化，回温后铸坯表层形成致密的奥氏体组织，同时抑制了晶界铁素体膜的析出量，从根本上提高了铸坯表层的高温塑性，从而减少了连铸坯表面裂纹的形成。可以看出，目前还缺少一种能有效防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的连铸坯快速冷却方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法，改善了连铸坯表面质量的同时，提高热装热送的质量和效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法，矫直前对连铸坯快速冷却，冷却速率5℃/s～10℃/s，连铸坯表面温度降低至450℃以下；矫直阶段控制坯料表面温度≤600℃；矫直后并且切割前对连铸坯进行回温控制，连铸坯回温后表面温度小于钢种Ar3温度。

优选的，在上述防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法中，矫直前对连铸坯快速冷却，通过对矫直前辊道上连铸坯内外弧和两侧进行快速冷却，采用喷嘴进行全水或汽水冷却，冷却水水流量≥250L/min，水流压力≥7.0MPa。

优选的，在上述防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法中，钢种包含如下化学成分质量百分比：C≤0.40％、0.01％≤Nb≤0.20％、0.01％≤Al≤0.20％。

优选的，在上述防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法中，所述连铸坯包括方坯、板坯和圆坯。

本发明的优点在于将连铸坯表面组织演变成回火M或贝氏体组织，避免在原奥氏体晶界上偏聚析出碳、氮化物和薄膜状铁素体，提高连铸坯表面高温塑性，避免了连铸坯矫直裂纹缺陷，同时微合金钢在两相区热装热送时因第二相析出和混晶造成的晶界脆性的降低；本发明通过矫直前快速冷却和回温控制，改善了连铸坯表面组织，改善了表面组织强度和塑性，不仅能够对矫直位置坯料表面温度进行有效控制，使其避开第三脆性区温度区间，防止矫直裂纹的形成，也避免了微合金钢热装热送过程中裂纹的形成，改善了连铸坯表面质量的同时，也提高了热装热送效率；本发明通过快冷速度和回温速度的控制，对连铸过程热应力和相变应力进行了有效控制，有效避免快速冷却和回温过程裂纹的形成。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为实施例1中常规工艺连铸坯低倍宏观组织图；

图2所示为实施例1中本发明工艺连铸坯低倍宏观组织图；

图3所示为实施例1中常规工艺连铸坯微观组织图；

图4所示为实施例1中本发明工艺连铸坯微观组织图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明主要针对微合金钢连铸坯，提供一种避免矫直裂纹和两相区热送裂纹形成的生产控制方法，主要是在矫直前通过全水喷嘴或汽水喷嘴模式对坯料表面进行5℃-10℃的冷却速度进行快速冷却，将连铸坯表面温度快速冷却至450℃以下，由于矫直前坯料中心温度仍较高，达1200℃以上，坯料表面会发生回温，相当于发生自回火作用，需要通过对矫直位置和切割前的坯料表面进行测温检测，使矫直位置坯料表面温度小于600℃，并控制回温段最高温小于钢种的Ar3温度。Ar3温度指的是钢在降温过程奥氏体中开始析出铁素体的临界温度。

实施例1

生产断面为300mm×390mm的牌号为SCM435(化学成分质量百分比C:0.35％，Al:0.033％)铝镇静钢大方坯时，采用普通连铸冷却工艺，对坯料进行热装热送，坯料入炉时表面温度为738℃，大方坯坯料开坯成小方坯后，表面裂纹发生率高达10.6％，如图1及图3所示。采用本发明时，坯料快速冷却前表面温度为920℃，采用全水喷淋四面喷淋模式，冷却水量为280L/min，喷淋压力达8.2MPa，表面冷却速率为5.8℃/s，快速冷却后，坯料表面温度为420℃，经过回温后，矫直位置坯料表面温度为568℃，回温后表面最高温度为650℃，表面回火M组织和B组织层总厚度为16mm，采用该方法的大方坯经过开坯处理，开坯后通过磁粉探伤设备并没有发现表面缺陷，盘条轧制后，表面返废率仅为0.03％，如图2及图4所示。

实施例2

生产断面为140mm×140mm的牌号为10B21(化学成分质量百分比C:0.22％，Al:0.030％)铝镇静钢小方坯时，采用普通连铸冷却工艺，对坯料进行热装热送，矫直时坯料角部温度为848℃，其坯料表面酸洗后，发现较多角部横裂纹缺陷，裂纹发生率达33.3％，坯料轧制后，盘条返废铝高达3.8％。采用本发明时，采用全水喷淋模式，冷却水量为260L/min，喷淋压力达7.5MPa，表面冷却速率为6.5℃/s，快速冷却后，坯料表面温度为415℃，经过回温后，矫直位置坯料表面温度为566℃，对小方坯样品表面酸洗并没有发现角部横裂纹缺陷，盘条轧制后检验，返废率仅为0.12％。

实施例3

生产断面为220mm×1260mm的牌号为X70(化学成分质量百分比C:0.06％，Nb:0.07％)含Nb管线钢连铸板坯时，采用普通连铸冷却工艺，矫直位置坯料表面温度为906℃，连铸板坯坯料检查发现，角部存在较多表面横裂纹，裂纹发生率高达15.2％。采用本发明时，采用汽水四面喷淋模式，冷却水量为350L/min，喷淋压力达8.0MPa，表面冷却速率为6.2℃/s，快速冷却后，坯料表面温度为440℃，经过回温后，矫直位置坯料表面温度为587℃，对连铸板坯坯料检查后，并没有发现角部横裂纹缺陷。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法，其特征在于，矫直前对连铸坯快速冷却，冷却速率5℃/s～10℃/s，连铸坯表面温度降低至450℃以下；矫直阶段控制坯料表面温度≤600℃；矫直后并且切割前对连铸坯进行回温控制，连铸坯回温后表面温度小于钢种Ar3温度，矫直前对连铸坯快速冷却，通过对矫直前辊道上连铸坯内外弧和两侧进行快速冷却，采用喷嘴进行全水或汽水冷却，冷却水水流量≥250L/min，水流压力≥7.0MPa，钢种包含如下化学成分质量百分比：C≤0.40％、0.01％≤Nb≤0.20％、0.01％≤Al≤0.20％。

2.根据权利要求1所述的防止微合金钢连铸坯矫直和热送裂纹的生产方法，其特征在于，所述连铸坯包括方坯、板坯和圆坯。

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