CN111715861B - 薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法，该方法在连铸过程中采用下述控制条件：1)在连铸二次冷却区前段采用全水冷喷嘴进行强冷，平均比水量控制在4.5～5.0L/kg钢；2)在连铸二次冷却区中段采用气雾冷却喷嘴进行超弱冷，平均比水量控制在1.0～1.5L/kg钢；3)在连铸二次冷却区后段采用全水冷喷嘴进行超强冷，平均比水量控制在5.5L/kg钢以上。本发明在连铸二次冷却区采用强冷—超弱冷—超强冷的控制策略，使铸坯内部质量显著改善，热轧板厚度方向上带状组织基本消失，有效改善了中高碳钢铸坯偏析问题。

Description

薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法

技术领域

本发明涉及一种连铸质量改善方法，特别是指一种薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法。

背景技术

薄板坯连铸连轧是将炼钢、连铸、预热、精轧等几个工序有机地结合在一起，形成一条连续的生产作业线，其产线具有工艺流程短、生产周期短、节约能源，生产效率高等特点。薄板坯铸坯厚度薄，通常在50～70mm，热轧后产品的尺寸精度高，晶粒细，性能稳定等优点。

中高碳钢广泛应用于汽车制造、工程机械、特种设备、高端锯片以及专用器具等领域的高端钢铁材料。然而，薄板坯连铸中高碳钢时，由于钢中[C]含量高，特别是[C]≥0.3wt％的中高碳钢，其厚度1/4处柱状晶发达，柱状晶偏析严重，铸坯1/4以内的中部区域的偏析比≥1.1％，薄板坯低倍偏析评级≥3级，由于薄板坯偏析遗传造成的热轧板中带状组织超标的情况时有发生，导致材料各向异性，加工和使用性能恶化，而薄板坯偏析带在轧制过程中沿轧制方向被拉长是造成薄板坯高碳钢的带状组织的根本原因。

目前，国内外钢企和科研机构，针对铸坯中心偏析的控制及改进措施进行了大量研究。兴澄特钢对GCr15轴承钢碳化物带状组织进行了研究，在“改善GCr15轴承钢碳化物带状组织的研究”(《特钢技术》2016.22(2):51-51)一文中提出，连铸过程中形成的结晶偏析是造成碳偏析带主要原因，并提出连铸轻压下，轧钢过程高温扩散，轧后快速冷却，可以有效控制带状组织。宝钢股份梅山钢铁公司在“高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施”(《连铸》，2017.42(5):33-37)一文中，研究了高强钢连铸板坯偏析，提出了适当高过热度浇铸，板坯保温缓冷，选择最合理的轻压下位置，压下量及压下速率，规范连铸机的辊缝标定操作严格控制辊缝精度，是控制高强钢板坯中心偏析缺陷的有效措施。

上述方法主要存在如下问题：

1)铸坯偏析控制方面主要采用低过热度、连铸轻压下、结晶器电磁搅拌，二冷段电磁搅拌、磁振荡等技术，或使用效果不稳定，或需要另外增加附加设备，费用高；

2)主要对铸坯厚度1/2附近的中心偏析进行控制，薄板坯偏析发生在厚度1/4处到中心的区域，最大偏析比达到1.1，轧后遗传造成热轧产品的带状组织严重，而针对薄板坯铸坯厚度1/4处于到中心区域的偏析控制方法和技术欠缺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效控制铸坯厚度1/4区域到中心区域的偏析问题的薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法。

为实现上述目的，本发明所提供的薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法，该方法在连铸过程中采用下述控制条件：1)在连铸二次冷却区前段采用全水冷喷嘴进行强冷，平均比水量控制在4.5～5.0L/kg钢；2)在连铸二次冷却区中段采用气雾冷却喷嘴进行超弱冷，平均比水量控制在1.0～1.5L/kg钢；3)在连铸二次冷却区后段采用全水冷喷嘴进行超强冷，平均比水量控制在5.5L/kg钢以上。

优选地，该方法将钢水过热度(中间包内钢水)控制在20～30℃左右，拉速控制在4.0～4.5m/min。连铸匹配适当拉速和过热度，能够使坯壳生长与冷却段的布置相匹配，从而达到铸坯厚度方向上，从表面到中心，整体偏析的降低。拉速高于限定值，则容易漏钢，拉速低于限定值，坯壳很快就会凝固，则无法起到偏析控制效果。

优选地，所述前段占连铸二次冷却区总长度的41.5％～45％，中段占连铸二次冷却区总长度的38％～40％，余下为后段。

优选地，所述连铸二次冷却区在长度方向上共分为6段，其中0段、1段和2段为前段，3段和4段为中段，5段为后段。

优选地，经前段强冷后，铸坯表面温度从1300～1400℃降低到1150～1250℃，铸坯中心截面的固相率达到60～70％；经中段超弱冷后，铸坯表面温度降低到1100～1200℃，铸坯中心截面的固相率达到80～90％；经后段超强冷后，铸坯表面温度降低到850～950℃，固相率达到100％。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在连铸二次冷却区采用强冷—超弱冷—超强冷的控制策略，前段强冷，细化晶粒，降低偏析；中段超弱冷，减缓传热，让铸坯回温，减缓柱状晶生长，促进等轴晶生长；后段超强冷，挤压坯壳，防止中心偏析。采用本发明方法后，铸坯内柱状晶比例显著降低，中心出现约15％左右的等轴晶，且铸坯疏松由1.0级，降低到0.5级，铸坯内部质量显著改善，热轧板厚度方向上带状组织基本消失，热轧板带状组织1级。本发明主要用于[C]≥0.3wt％的中高碳钢，但不排除可以用在[C]＜0.3wt％的钢种上。

附图说明

图1为对比例1所生产的铸坯的低倍组织照片。

图2为本发明实施例1所生产的铸坯的低倍组织照片。

图3为对比例1所生产的铸坯在厚度1/4处偏析腐蚀后组织显微照片。

图4为本发明实施例2所生产的铸坯在厚度1/4处偏析腐蚀后组织显微照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1～2

实施例1采用薄板坯连铸连轧工艺生产汽车弹簧用钢，实施例2采用薄板坯连铸连轧工艺生产工具钢，两种钢的化学成分见下表1。

表1各实施例与对比例钢种化学成分表(wt％)

本发明各实施例中，连铸生产线二冷区全长10.05m，沿铸坯移动方向依次为0段～5段，其中：0段、1段和2段为前段，占二冷区全长度的42.5％；3段和4段为中段，占连铸二次冷却区总长度的38.6％；5段为后段，占二冷区全长度的18.9％。

为控制铸坯厚度1/4区域到中心区域的偏析，本发明各实施例在连铸过程中，采用下述控制条件：

1)二冷前段采用全水冷喷嘴进行强冷，平均比水量在4.5～5.0L/kg钢(水温为室温，下同)，采用快速冷却的方式，使出结晶器的坯壳快速从10～15mm增加到25～30mm，铸坯表面温度从1300～1400℃降低到1150～1250℃，铸坯中心截面的固相率达到60～70％。二冷前段的快速强冷，能够使坯壳迅速增厚，且使二次晶间距大幅减小，使该处的柱状晶间偏析大幅减小。

2)二冷中段采用气雾冷却喷嘴，平均比水量降至1.0～1.5L/kg钢，中段冷却后，铸坯表面温度降低到1100～1200℃，铸坯中心截面的固相率达到80～90％。该段采用超弱冷的冷却方式，减缓了坯壳传热，同时由于增厚的坯壳，以及高碳条件下的热阻较高，促使固相率80以后铸坯的内部形成等轴晶，而等轴晶的出现，进一步降低了成分的偏析；

3)二冷后段再换回全水冷喷嘴，比水量提升至5.5L/kg钢。后段冷却后，铸坯表面温度降低到850～950℃，固相率达到100％。该段采用超强冷却，使铸坯表面温度迅速冷却到600～700℃，坯壳迅速收缩，挤压铸坯中心溶质含量(含碳、硅、锰等合金元素)较高的液体回流，分散到等轴晶间，防止中心偏析的产生；

4)连铸过程中，钢水过热度控制在20～30℃左右，拉速控制在4.0～4.5m/min，不可太高，也不能太低，拉速高于限定值，则容易漏钢，拉速低于限定值，坯壳很快就会凝固，则无法起到偏析控制效果。

各实施例的具体控制条件见下表2：

表2各实施例与对比例工艺参数表(wt％)

以上仅涉及对连铸工艺的改进之处，未提及部分采用本领域的常规工艺。

对比例1～2

对比例1、2中钢种的具体成分见表1，控制参数见表2，其余工艺步骤及参数分别与实施例1、2相同。

结果分析

取对比例1、实施例1生产的铸坯，制样后酸洗，观察铸坯低倍组织，分别见图1、图2。具体试验方法采用标准《GB/T 226-2015钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》的冷酸腐蚀法，腐蚀液采用该标准中表2编号2给出的成分。由图1可知，对比例1生产的铸坯内部主要以贯穿中心的粗大柱状晶为主，且中心伴有较严重的中心疏松和裂纹。由图2可知，采用实施例1改进的工艺后，铸坯内柱状晶比例显著降低，中心出现约15％左右的等轴晶，且铸坯疏松由1.0级，降低到0.5级，铸坯内部质量显著改善。

取对比例2、实施例2生产的铸坯，制备铸坯低倍样1/4厚度处的金相样，腐蚀后在显微镜下放大50倍观察，分别见图3、图4。具体试验方法采用标准《GB/T 226-2015钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》的冷酸腐蚀法，腐蚀液采用该标准中表2编号9给出的成分。由图3可知，对比例2生产的铸坯，其热轧组织在整个热轧板的全厚度方向上呈明显的带状分布，依据GB/T13299-1911，带状组织级别为3级严重。由图4可知，采用实施例2改进的工艺后，热轧板厚度方向上带状组织基本消失，热轧板带状组织1级。

通过以上对比可知，采用本发明方法生产的铸坯，无论厚度1/4处最大偏析比，还是中心偏析比都显著低于常规方法。

Claims (3)

1.一种薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法，其特征在于：该方法在连铸过程中采用下述控制条件：1）在连铸二次冷却区前段采用全水冷喷嘴进行强冷，平均比水量控制在4.5~5.0L/kg钢，经前段强冷后，铸坯表面温度从1300~1400℃降低到1150~1250℃，铸坯中心截面的固相率达到60~70%；2）在连铸二次冷却区中段采用气雾冷却喷嘴进行超弱冷，平均比水量控制在1.0~1.5L/kg钢，经中段超弱冷后，铸坯表面温度降低到1100~1200℃，铸坯中心截面的固相率达到80~90%；3）在连铸二次冷却区后段采用全水冷喷嘴进行超强冷，平均比水量控制在5.5L/kg钢以上，经后段超强冷后，铸坯表面温度降低到850~950℃，固相率达到100%；所述前段占连铸二次冷却区总长度的41.5%~45%，中段占连铸二次冷却区总长度的38%~40%，余下为后段。

2.根据权利要求1所述的薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法，其特征在于：该方法将钢水过热度控制在20~30℃，拉速控制在4.0~4.5m/min。

3.根据权利要求1或2所述的薄板坯连铸中高碳钢铸坯全厚度偏析控制方法，其特征在于：所述连铸二次冷却区在长度方向上共分为6段，其中0段、1段和2段为前段，3段和4段为中段，5段为后段。

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