CN111318658A - 因瓦合金及其连铸生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金连铸工艺领域，尤其涉及一种因瓦合金及其连铸生产方法。本发明的因瓦合金连铸生产方法，采用立弯式连铸机进行连铸；其中，控制结晶器冷却水流量为200‑260m3/h，控制出苗时间为40‑60s，控制开浇拉速为0.1‑0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04‑0.06m/min2，目标拉速为0.70±0.1m/min。本发明的因瓦合金的连铸生产方法，可以保证连铸机浇铸阶段顺利生产，防止漏钢事故发生。

Description

因瓦合金及其连铸生产方法
技术领域
本发明属于冶金连铸工艺领域，尤其涉及一种因瓦合金及其连铸生产方法。
背景技术
在室温—200℃范围内，因瓦合金是一种热膨胀系数很低，随外部温度的变化热膨胀系数几乎不变的特种合金，具有反常的力学和磁性能。因其优异的低膨胀特性，它最初主要用来制造精密仪器、仪表中要求尺寸不变的零件，如标准量具、大地测量尺等。随着科技及应用范围的扩展，如海洋长途运输的液化天然气储罐、特殊传输电缆、大型电子望远镜的基座定位装置、宇航工业适用的因瓦合金模具、液氢储罐等，合金产品应用领域已从传统精密仪器行业向电子工业和特殊结构材料行业拓展，需求量越来越大。
合金热塑性差致使合金在热加工过程中开裂现象严重，产品质量不稳定、生产成本高、成材率和生产效率低导致供需矛盾突出，这严重地制约着该产品的广泛使用以及工业化生产。因此，提供一种Fe-36Ni因瓦合金的大型连铸坯制备方法，以提高因瓦合金的生产效率，降低因瓦合金生产成本，成为人们迫切关注的问题。
因瓦合金为单相奥氏体组织合金，在凝固过程中没有相变的产生，粗大的柱状晶容易形成，粗大的柱状晶会加剧连铸坯的裂纹敏感性，恶化其热塑性；因瓦合金对磷和硫偏析非常敏感，磷和硫是易偏析元素，偏聚在晶界恶化合金的热塑性。连铸机生产镍含量高达36％因瓦合金时，连铸拉坯过程中极易发生漏钢。导致漏钢事故发生主要原因是：(1)因瓦合金在500℃以上的高温范围内具有较大的热膨胀系数，钢液在结晶器浇注过程中，钢水温降大，导致在铸坯的液芯和坯壳之间存在较大的热应力，结晶器内形成的坯壳与芯部温差大，抗应变能力下降，表面易出现热裂纹，极易拉断；(2)高温韧性较差，在矫直过程中表面裂纹极易发生扩展，出现漏钢问题。
因此，本领域在采用连铸机连铸生产因瓦合金方面还处于空白。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种因瓦合金及其连铸生产方法。
本发明的因瓦合金连铸生产方法，采用立弯式连铸机进行连铸。
上述的因瓦合金连铸生产方法，控制结晶器冷却水流量为200-260m3/h，控制出苗时间为40-60s，控制开浇拉速为0.1-0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04-0.06m/min2，目标拉速为0.70±0.1m/min。
上述的因瓦合金连铸生产方法，按重量百分比计，所述因瓦合金成分包括：C：≤0.05％、Si：≤0.30％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.0045％、S≤0.001％、Ni：35.0-37.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的因瓦合金连铸生产方法，二冷水采用弱冷模式，使二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度达到860-900℃。
上述的因瓦合金连铸生产方法，所述立弯式连铸机的主要参数为：铸机弧形半径8000mm，垂直段长度2510mm，冶金长度27600mm。宽度为960-1630mm，铸坯厚度为200-230mm。
上述的因瓦合金连铸生产方法，中间包钢水过热度为20℃-40℃。
上述的因瓦合金连铸生产方法，结晶器电搅拌参数为400A，5Hz，15s-0-15s。
本发明提供的因瓦合金，其由上述的因瓦合金连铸生产方法连铸而成，按重量百分比计，包括C：≤0.05％、Si：≤0.30％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.0045％、S≤0.001、Ni：35.0-37.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的因瓦合金的连铸生产方法，可以利用立弯式连铸机顺利生产镍含量高达36％因瓦合金；
(2)本发明的因瓦合金的连铸生产方法，通过优化相关生产技术参数，保证连铸机浇铸阶段顺利生产，防止漏钢事故发生；
(3)本发明的因瓦合金的连铸生产方法，通过降低钢的裂纹敏感性、降低钢液在结晶器内冷却速度、提高铸坯抗拉应力能力，解决了镍含量在36％左右的因瓦合金钢种大型化连铸坯的生产问题；
(4)本发明的因瓦合金铸坯表面无热裂纹、高温韧性好。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“第一”“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。另外，本文公开的所有范围包括端点而且可独立地组合。
具体的，一方面，本发明提供了一种因瓦合金连铸生产方法，采用立弯式连铸机进行连铸。
由于因瓦合金在500℃以上的高温范围内具有较大的热膨胀系数及高温韧性较差的性能，因瓦合金很难通过采用立弯式连铸机进行连铸生产。本申请发明人通过创造性劳动，填补了本领域的这一空白。
优选的，采用立弯式连铸机进行连铸时，优选的技术参数为：控制结晶器冷却水流量为200-260m3/h，控制出苗时间为40-60s，控制开浇拉速为0.1-0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04-0.06m/min2，目标拉速为0.70±0.10m/min。
本发明在现有的因瓦合金连铸生产方法的基础上，通过优化相关生产技术参数，保证了连铸机浇铸阶段顺利生产，防止漏钢事故发生。
其中，出苗时间也称为起步时间，为从钢液注入结晶器开始到拉矫机的启动时间。
其中，通过控制结晶器冷却水流量为200-260m3/h，控制出苗时间为40-60s，可以降低钢液在结晶器内的冷却速度，提高开浇阶段的坯壳厚度进而提高因瓦合金铸坯的抗拉应力能力。当结晶器冷却水流量小于200m3/h时，则容易在浇注过程发生漏钢事故；当结晶器冷却水流量大于260m3/h时，则易产生纵裂。当出苗时间小于40s时，则容易在浇注过程发生漏钢事故；当出苗时间大于60s时，则导致拉矫机报警，无法拉钢。
在一些优选的实施方式中,因瓦合金连铸坯的长度为3000-9800mm，宽度为960-1630mm，铸坯厚度为200-230mm。
本发明通过控制开浇拉速为0.1-0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04-0.06m/min2，目标拉速为0.70±0.10m/min，可以有效降低拉应力变化幅度对因瓦合金铸坯的影响，防止二冷内坯壳拉断。
进一步的，为了防止二冷内坯壳拉断，在二冷水采用弱冷模式，二冷段上部铸坯由直段变为弧形段前给定水量如下：
表1二冷水各区实际控制水量
Figure BDA0002423529300000041
在一个优选的实施方式中，二冷水各区实际控制水量如表2示：
表2二冷水各区实际控制水量
Figure BDA0002423529300000051
本发明通过采用上述弱冷模式，二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度达到880℃左右，优选的，二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度为860-900℃，从而避开因瓦合金钢种第二脆性温度区，防止矫直时内弧出现拉应力裂纹。
其中，按重量百分比计，所述因瓦合金成分包括：C：≤0.05％、Si：≤0.30％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.0045％、S≤0.001％、Ni：35.0-37.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
在一些实施方式中，在转炉冶炼阶段，通过炉后扒渣或挡渣降低钢液和渣中的磷含量，其中，转炉出站磷含量降低至0.002％(重量)以下。
在一些实施方式中，在LF精炼阶段增加还原时间，将硫含量降低至0.001％(重量)，同时磷控制在0.005％(重量)以下。
本发明通过将硫含量降低至0.001％(重量)，同时磷控制在0.005％(重量)以下可以有效降低因瓦合金钢的裂纹敏感性，从而提高因瓦合金连铸方法的生产效率。
在一些优选的实施方式中，所述立弯式连铸机的主要参数为：铸机弧形半径8000mm，垂直段长度2510mm，冶金长度27600mm。
其中，本发明的立弯式连铸机垂直段较长，有利于夹杂物上浮；金瓦合金铸坯在凝固时散热均匀，同一断面坯壳凝固厚度均匀，不易产生中心偏析；金瓦合金铸坯完全凝固后再进行弯曲和矫直，减小了金瓦合金铸坯凝固过程的内应力，能够有效地防止金瓦合金铸坯产生内部裂纹；立弯式连铸机通过铸坯的在线弯曲和矫直，有利于金瓦合金铸坯的切割。
在一些优选的实施方式中，中间包钢水过热度为20-40℃。
当过热度小于上述最小值时，钢水易被夹杂物污染，同时使水口发生堵塞甚至冻结；而过热度大于上述最大值时，则使铸坯中心偏析加重，甚至诱发拉漏事故，或者因形成的坯壳较薄而出现裂纹。
在一些优选的实施方式中，结晶器电搅拌参数为400A，5Hz，15s-0-15s。
本发明通过采用上述参数的电磁搅拌，可以使坯壳生长均与，减少漏钢事故，同时可以使铸坯表面和皮下夹杂物与气泡减小，提高因瓦合金铸坯表面和皮下质量。
另一方面，本发明提供了一种因瓦合金，其由上述的因瓦合金连铸生产方法连铸而成。按重量百分比计，所述因瓦合金包括C：≤0.05％、Si：≤0.30％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.0045％、S≤0.001、Ni：35.0-37.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
其中，本发明的因瓦合金铸坯表面无热裂纹、高温韧性好。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
采用立弯式连铸机进行因瓦合金连铸生产方法，铸机弧形半径8000mm，垂直段长度2510mm，冶金长度27600mm。铸坯长度为9800mm，宽度为1260mm，铸坯厚度为220mm。冶炼因瓦合金时，按重量百分比计，成分控制如下：C：≤0.05％、Si:≤0.30％、Mn:0.20-0.60％、P≤0.020％、S≤0.010％，Ni：35.0-37.0％。
在转炉冶炼阶段，通过炉后扒渣或挡渣降低钢液和渣中的磷含量，其中，转炉出站磷含量降低至0.003％(重量)以下。LF精炼阶段增加还原时间，将硫含量降低至0.001％(重量)。
在开浇阶段将结晶器冷却水流量控制到200～260m3/h；出苗时间为40～60秒，坯壳厚度为20～35mm。结晶器电搅拌参数为400A，5Hz，15s-0-15s。
控制开浇拉速为0.1～0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04～0.06m/min2，目标拉速0.70±0.1m/min。
二冷水采用弱冷模式，二冷水各区实际控制水量如下表所示。通过采用弱冷模式，二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度达到860℃-900℃。
表2二冷水各区实际控制水量
Figure BDA0002423529300000071
实施例2
采用立弯式连铸机进行因瓦合金连铸生产方法，铸机弧形半径8000mm，垂直段长度2510mm，冶金长度27600mm。铸坯长度为9800mm，宽度为1260mm，铸坯厚度为220mm。冶炼因瓦合金时，按重量百分比计，成分控制如下：C：≤0.05％、Si:≤0.30％、Mn:0.20-0.60％、P≤0.020％、S≤0.010％，Ni：35.0-37.0％。
在转炉冶炼阶段，通过炉后扒渣或挡渣降低钢液和渣中的磷含量，其中，转炉出站磷含量降低至0.003％(重量)以下。LF精炼阶段增加还原时间，将硫含量降低至0.001％(重量)。
在开浇阶段将结晶器冷却水流量控制到240～260m3/h；出苗时间为50～60秒，坯壳厚度为28～35mm。结晶器电搅拌参数为400A，5Hz，15s-0-15s。
控制开浇拉速为0.1～0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04～0.06m/min2，目标拉速0.70±0.1m/min。
二冷水采用弱冷模式，二冷水各区实际控制水量如下表所示。通过采用弱冷模式，二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度达到880℃-900℃。
表3二冷水各区实际控制水量
Figure BDA0002423529300000081
实施例3
采用立弯式连铸机进行因瓦合金连铸生产方法，铸机弧形半径8000mm，垂直段长度2510mm，冶金长度27600mm。铸坯长度为9800mm，宽度为1260mm，铸坯厚度为220mm。冶炼因瓦合金时，按重量百分比计，成分控制如下：C：≤0.05％、Si:≤0.30％、Mn:0.20-0.60％、P≤0.020％、S≤0.010％，Ni：35.0-37.0％。
在转炉冶炼阶段，通过炉后扒渣或挡渣降低钢液和渣中的磷含量，其中，转炉出站磷含量降低至0.003％(重量)以下。LF精炼阶段增加还原时间，将硫含量降低至0.001％(重量)。
在开浇阶段将结晶器冷却水流量控制到200～230m3/h；出苗时间为40～50秒，坯壳厚度为20～25mm。结晶器电搅拌参数为400A，5Hz，15s-0-15s。
控制开浇拉速为0.1～0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04～0.06m/min2，目标拉速0.70±0.1m/min。
二冷水采用弱冷模式，二冷水各区实际控制水量如下表所示。通过采用弱冷模式，二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度达到860℃-880℃。
表4二冷水各区实际控制水量
Figure BDA0002423529300000091
实施效果：
经检测，本发明的因瓦合金连铸生产方法在生产过程中无漏钢事故发生。所生产的因瓦合金铸坯宽度偏差在5mm内，振痕＜1mm，且低倍组织内部无裂纹。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，采用立弯式连铸机进行连铸。
2.根据权利要求1所述的因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，控制结晶器冷却水流量为200-260m3/h，控制出苗时间为40-60s，控制开浇拉速为0.1-0.2m/min，开浇升速阶段升速加速度为0.04-0.06m/min2，目标拉速为0.70±0.1m/min。
3.根据权利要求1所述的因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，按重量百分比计，所述因瓦合金成分包括：C：≤0.05％、Si：≤0.30％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.0045％、S≤0.001％、Ni：35.0-37.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，二冷水采用弱冷模式，使二冷室内铸坯经过矫直段时表面温度达到860-900℃。
5.根据权利要求1所述的因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，所述立弯式连铸机的主要参数为：铸机弧形半径8000mm，垂直段长度2510mm，冶金长度27600mm，宽度为960-1630mm，铸坯厚度为200-230mm。
6.根据权利要求1所述的因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，中间包钢水过热度为20℃-40℃。
7.根据权利要求1所述的因瓦合金连铸生产方法，其特征在于，结晶器电搅拌参数为400A，5Hz，15s-0-15s。
8.一种因瓦合金，其特征在于，其由权利要求1-7任一项所述的因瓦合金连铸生产方法连铸而成。
9.根据权利要求8所述的因瓦合金，其特征在于，按重量百分比计，包括C：≤0.05％、Si：≤0.30％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.0045％、S≤0.001、Ni：35.0-37.0％，余量为铁及不可避免的杂质。
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