CN111360221A - 280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法 - Google Patents

280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法,连铸二冷方式采用弱冷模式,轻压下机架压下量和铸坯中心固相率fs的关系为:当0≤fs<0.55时压下量为0mm;当0.55≤fs<0.70时单辊压下量为2.0mm;当0.7≤fs≤1时单辊压下量为4~5mm;当铸坯凝固后芯部温度低于凝固温度110℃以内单辊压下量为4~5mm;当铸坯凝固后芯部温度低于凝固温度150℃单辊压下量为2mm;当铸坯凝固后芯部温度低于凝固温度180℃单辊压下量为0mm。本方法通过铸坯中心固相率及凝固后铸坯芯部温度的变化来控制压下量,消除了中心缩孔,铸坯中心碳偏析指数控制在0.98~1.10,平均为1.06,中心疏松≤0.5级,中心缩孔0级。

Description

280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的 方法
技术领域
本发明是一种连铸工艺,利用动态轻压下可以消除大断面矩形坯高碳钢的中心缩孔,有效的改善铸坯中心偏析及中心疏松,属于冶金行业连铸技术领域。
背景技术
对于边长大于200mm以上(含矩形)的大断面高碳钢中心偏析形成理论主要为“凝固晶桥”理论。高碳钢铸坯内部液相穴末端形状很尖,由于溶质积累,液相穴尖端部分溶质浓度很高,形成的“搭桥”阻止了上部钢液对晶桥下钢液凝固收缩的补充,并将液相穴的尖端封闭起来,阻断了尖端部分与其它液相的相互扩散,从而形成富含溶质的“小钢锭”结构,铸坯凝固后出现严重的连续性缩孔及V型偏析。像这样的缺陷的铸坯经轧制后轧材出现液析碳化物,带状碳化物超标,V型偏析在用户拉拔时出现杯锥断裂。所以在轧制生产中往往需要非常大的压缩比或采用开坯方式用以消除这些缺陷,不仅工艺流程长,生产成本高,而且限制了轧材产品的成品规格。目前针对这一常见问题,在连铸基本采用低过热度浇注,并在凝固末端应用机械压下(轻压下技术)用以解决铸坯芯部偏析和缩孔问题,即在在铸坯糊状区固相率0.3-0.8的区段内,实施多辊连续小压下量的轻压下改善铸坯的中心偏析,或在凝固末端采用重压下技术,旨在铸坯糊状区固相率0.8-1.0区间内施加大压下解决铸坯芯部缩孔问题。但时寻找到凝固末端位置是实施该技术的重点,同时该温度区间铸坯芯部处于低塑性区内,芯部流动补缩能力变差,故此在大的压下变形作用下,容易产生铸坯芯部裂纹并被保留在铸坯产品中。
发明内容
为了解决以上铸坯生产问题,本发明提供一种可显著消除中心缩孔及减轻中心偏析、中心疏松等缺陷的高碳钢矩形坯连铸生产工艺,具体提出一种280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法,本方法连铸二次冷却采用弱冷模式,在铸坯中心固相率fs≥0.55时及铸坯凝固后铸坯芯部温度低于180℃区域内实施轻压下解决铸坯芯部缩孔及中心偏析等缺陷。
为了实现本发明目的,本发明具体采用的技术方案如下:280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析工艺,其包括连铸二冷工序和动态轻压下工序,具体如下:
连铸二冷过程:连铸二冷采用弱冷模式。比水量控制在0.10L/kg~0.15L/kg,足辊采用全水冷却,二冷1段、二冷2段、二冷3段采用气雾冷却,二冷各段水量的分配比例为足辊45%、二冷1段22%、二冷2段20%、二冷3段13%;拉速0.70~0.80m/min;中间包温度在1480~1495℃。
动态轻压下过程:总压下量控制在20~25mm,通过铸坯中心固相率fs及凝固后铸坯芯部温度的变化来控制压下量,轻压下机架压下量和铸坯中心固相率fs的关系为:当0≤fs<0.55时单辊压下量为0mm;当0.55≤fs<0.70时单辊压下量为2.0mm;当0.7≤fs≤1时单辊压下量为4~5mm;当-110℃≤铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度≤0℃时,单辊压下量为4~5mm;当-150℃≤铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度≤-110℃时,单辊压下量为2mm;当-180℃≤铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度≤-150℃时,单辊压下量为0mm。
作为优选,连铸二冷过程中,二冷段内最大降温速率≤23℃/m,进拉矫机温度≥1050℃。
作为优选,使用1号至7号拉矫机进行轻压下,压下区间距离弯液面19747mm~28447mm,总压下量控制在20~25mm,实施轻压下过程中压下速率0.1~0.2mm/sec。
作为优选,铸坯中心固相率fs<0.55时单辊压下量为0mm;1号拉矫机中心固相率fs在0.55至0.70时单辊压下量为2.0mm;2~3号拉矫机中心固相率fs在0.7至1时单辊压下量为4~5mm;4~5号拉矫机铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度=-110~0℃时,单辊压下量为4~5mm;6号拉矫机铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度=-150~-110℃时,单辊压下量为2mm;7号拉矫机当铸坯凝固后铸坯芯部-凝固温度=-180~-150℃时,单辊压下量为0mm。
与现有技术相比,本发明取得的有益效果在于:根据高碳钢的成分、连铸拉速、中间包过热度、连铸冷却强度等影响铸坯凝固末端位置等因素,提出动态控制的轻压下工艺。采用该工艺可消除高碳钢铸坯中心缩孔且显著减轻铸坯的中心偏析,铸坯中心碳偏析指数控制在0.98~1.10,平均为1.06;铸坯中心疏松≤0.5级,中心缩孔0级。以本发明方法生产的280mm×320mm断面高碳钢连铸坯可轧制φ200mm轴承钢,同时可以满足92级优质钢帘线的技术质量要求。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述:
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
轻压下技术在铸坯糊状区固相率0.3-0.8(糊状区内固相所占的比例,固相率为1时相当于铸坯完全凝固)的区段内,实施多辊连续小压下量改善铸坯的中心偏析,或在凝固末端采用重压下技术,旨在铸坯糊状区固相率0.8-1.0区间内施加大压下解决铸坯芯部缩孔问题但寻找到凝固末端真实位置是实施该技术的重点。在高碳钢生产时其糊状区较宽,而真实的凝固末端位置很难通过射钉或模拟准确的确定。故本发明在不用寻找真实的凝固末端的情况下,利用实际生产时的在线凝固传热模型(280mm×320mm断面,弧形半径R14m,德国西门子奥钢联5机5流弧形连铸机)配备的在线计算模型,模拟铸坯凝固、温度等,增加了钢种物性参数计算模块,使得模拟结果更加准确),铸坯固相率0.55~1之间实施总压下量10-12mm(1-3号拉矫机总压下量10-12mm,其中1号拉矫机压下2mm,2号拉矫机压下4-5mm,3号拉矫机压下4-5mm)改善铸坯中心疏松与偏析,铸坯完全凝固后的芯部温度低于凝固温度180℃(凝固温度可以通过成分计算得到,凝固温度这个值相当于在线凝固传热模型的基准点,压下模型(根据实物质量及铸坯凝固模型模拟的糊状区可自建轻压下模型(优化),在实际生产中根据拉速、过热度、二冷配水可实施动态压下)根据这个基准点计算已凝固的铸坯芯部情况实施轻压下。轻压下模型中模拟的铸坯芯部温度,凝固后铸坯芯部温度低于凝固(固相)温度)以内实施总压下量10~12mm(4-6号拉矫机总压下量10-12mm,其中4号拉矫机压下4-5mm,5号拉矫机压下4-5mm,6号拉矫机压下2mm,7号拉矫机压下0mm)(总压下量10~12mm是指铸坯凝固后需要实施10-12mm压下,是1~7号拉矫机里的4-6号拉矫机的总压下量),消除中心缩孔,通过两者结合提高产品质量。
以下提供具体应用例:
轴承钢示例应用:C含量为0.95~1.05%、Si含量为0.15-0.35%、Mn含量为0.25-0.45%、Cr含量为1.40~1.65%;中间包过热度1483~1493℃,拉速0.75m/min;二冷比水量0.12L/kg,二冷各段水量的分配比例为足辊45%、二冷1段22%、二冷段20%、二冷3段13%;内弧与外弧水冷单回路控制,左右弧水量单独控制;且二冷段内外弧水量小于左右弧水量,控制铸坯四面的表面温度,二冷段内最大降温速率16℃/m;进拉矫机温度1050℃,轻压下过程中压下速率0.1mm/sec,总压下量20.7mm,单辊最大压下量4.5mm。使用1号至7号拉矫机进行轻压下,压下区间距离弯液面19747mm~28447mm,具体拉矫机位置见表1:
表1拉矫机参数
拉矫机 1号 2号 3号 4号 5号 6号 7号
距离弯液面/mm 19747 21197 22647 24097 25547 26997 28447
轻压下机架压下量与铸坯固相率的关系如下表2:
表2轴承钢压下量与铸坯固相率的关系
拉矫机 1号辊 2号辊 3号辊 4号辊 5号辊 6号辊 7号辊
固相率/芯部温度 0.58 0.81 0.99 -65℃ -98℃ -150℃ -185℃
压下量/mm 2 4 4.2 4.5 4 2 0
铸坯中心碳偏析指数控制在0.98~1.08,平均为1.05,铸坯低倍评级结果(依据YB/T153-2015)见表3,铸坯中心疏松≤0.5级,中心缩孔0级。
表3轴承钢低倍评级
Figure BDA0002437718760000051
帘线钢示例应用:C含量为0.85~0.95%、Si含量为0.15-0.30%、Mn含量为0.25-0.45%、Cr含量为0.15~0.30%;中间包过热度1485~1493℃,拉速0.75m/min;二冷比水量0.13L/kg,二冷各段水量的分配比例为足辊45%、二冷1段22%、二冷段20%、二冷3段13%;内弧与外弧水冷单回路控制,左右弧水量单独控制;且二冷段内外弧水量小于左右弧水量,控制铸坯四面的表面温度,二冷段内最大降温速率18℃/m;进拉矫机温度1062℃,实施轻压下过程中压下速率0.12mm/sec,总压下量20.9mm,单辊最大压下量4.5mm。使用1号至7号拉矫机进行轻压下,压下区间距离弯液面19747mm~28447mm,具体拉矫机位置见表1,轻压下机架压下量与铸坯固相率的关系如下表4:
表4帘线钢压下量与铸坯固相率的关系
拉矫机 1号辊 2号辊 3号辊 4号辊 5号辊 6号辊 7号辊
固相率/芯部温度 0.65 0.88 0.97 -54℃ -100℃ -148℃ -198℃
压下量/mm 2 4 4.2 4.2 4.5 2 0
铸坯中心碳偏析指数控制在0.99~1.06,平均为1.02,铸坯低倍评级结果(依据YB/T153-2015)见表5,铸坯中心疏松≤0.5级,中心缩孔0级。
表5 92级帘线低倍评级
Figure BDA0002437718760000061
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法,其特征在于:包括连铸二冷过程和动态轻压下过程;
所述连铸二冷过程采用弱冷,比水量控制在0.10L/kg~0.15L/kg,足辊采用全水冷却,二冷1段、二冷2段、二冷3段采用气雾冷却,二冷各段水量的分配比例为足辊45%、二冷1段22%、二冷2段20%、二冷3段13%;拉速0.70~0.80m/min;中间包温度在1480~1495℃;
所述动态轻压下过程:总压下量控制在20~25mm,通过铸坯中心固相率fs及凝固后铸坯芯部温度的变化来控制压下量,轻压下机架压下量和铸坯中心固相率fs的关系为:当0≤fs<0.55时压下量为0mm;当0.55≤fs≤0.70时单辊压下量为2.0mm;当0.7≤fs≤1时单辊压下量为4~5mm;当-110℃≤铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度≤0℃时,单辊压下量为4~5mm;当-150℃≤铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度≤-110℃时,单辊压下量为2mm;当-180℃≤铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度≤-150℃时,单辊压下量为0mm。
2.根据权利要求1所述的280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法,其特征在于:连铸二冷过程中,二冷段内最大降温速率≤23℃/m,进拉矫机温度≥1050℃。
3.根据权利要求1所述的280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法,其特征在于:使用1号至7号拉矫机进行轻压下,压下区间距离弯液面19747mm~28447mm,其中1-7号拉矫机的总压下量控制在20~25mm,实施轻压下过程中压下速率0.1~0.2mm/sec。
4.根据权利要求3所述的280mm×320mm断面高碳钢消除中心缩孔及控制中心偏析的方法,其特征在于:铸坯中心固相率fs<0.55时单辊压下量为0mm;1号拉矫机中心固相率fs在0.55至0.70时单辊压下量为2.0mm;2~3号拉矫机中心固相率fs在0.7至1时单辊压下量为4~5mm;4~5号拉矫机铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度=-110~0℃时,单辊压下量为4~5mm;6号拉矫机铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度=-150~-110℃时,压下量为2mm;7号拉矫机铸坯凝固后铸坯芯部温度-凝固温度=-180~150℃时,单辊压下量为0mm。
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