CN111893403B - 一种提高中碳合金钢锭致密性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，包括成分设计、高碱性造渣低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸；具体为控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，优化冶炼及浇铸工艺等。采用本发明提供的方法生产的中碳合金钢锭具有致密性特厚钢组织，最大单重级别达70t，且钢锭组织：粗大等轴结晶带≤10%、柱状结晶带≤25%、细小等轴晶代≥65%、奥氏体组织晶粒度≥7.0级、硫化物偏析≤0.5级，探伤满足NB/T47013.3‑2015 II级及以上，满足特厚钢板轧制成材需求。

Description

一种提高中碳合金钢锭致密性的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种提高中碳合金钢锭致密性的方法。
背景技术
大单重钢锭为生产超厚超宽钢板提供了原材料基础，但是，钢锭单重越大，生产难度越大，钢锭内部组织存在疏松、偏析、夹杂等缺陷风险越高，生产出的钢板质量也相对越差，甚至因探伤、力学性能不合格而使产品计划外、甚至使产品报废，造成巨大的生产损失。
随着钢中含碳及合金的提高，钢锭的浇铸更容易产生组织偏析、缩孔、甚至钢锭开裂等缺陷。因此，提高中碳合金钢锭组织致密性，提升产品质量，为生产优质超厚超宽钢板提供原材料保障显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，采用该方法生产的中碳合金钢锭具有致密性特厚钢组织，钢锭组织的粗大等轴结晶带≤10%、柱状结晶带≤25%、细小等轴晶代≥65%、奥氏体组织晶粒度≥7.0级、硫化物偏析≤0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级及以上，且最大单重级别达70t。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，其关键技术包括中碳合金钢锭成分设计、高碱性造渣低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸。
本发明所述的中碳合金钢锭成分设计为：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%。
本发明所述的中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25～0.27%、Si：0.15～0.23%、Mn：1.80～2.00%、P≤0.010%、S≤0.005%、Ni：2.30～2.50%、Cr：1.50～1.80%、Mo：1.20～1.35%、Alt：0.060～0.080%、Nb：0.120～0.250%、Cu：1.10～1.20%、Zr：0.010～0.020%、Be：0.005～0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述的高碱性造渣低磷冶炼，精炼过程加入5～10Kg/吨钢，粒度为30～50mm的石灰石，石灰石的成分含量配比：MgO：22%～25%、CaO：30%～35%、CO2：40%～48%，一次性喂入铝线5～8m/吨钢，形成碱度R为7.5～9.0的高碱性钢液氛围冶炼。
本发明所述的循环真空微合金化，采取5～8分钟—8～15分钟—3～6分钟、吹氩强度开口度10～20%—30～40%—10～20%—20～30%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，确保钢液温度≥1570℃。
本发明所述的锭型化工艺浇铸，采用倒梯形钢锭模设计，浇注前保证模温≥100℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量≥4.5L/min、浇铸速度≤8吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间≥10h，温度≥200℃脱钢锭模。
本发明所述的方法生产的中碳合金钢锭最大单重级别达70t。
本发明所述方法生产的中碳合金钢锭组织：粗大等轴结晶带≤10%、柱状结晶带≤25%、细小等轴晶代≥65%、奥氏体组织晶粒度≥7.0级、硫化物偏析≤0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级及以上。
本发明抗冷脆性大单重钢锭钢标准参考ASME SA751/SA751M；大型钢锭检测方法参考ASME SA370/SA370M；钢中非金属夹杂物等级和分类根据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》。
本发明的发明原理及有益效果为：1、通过添加Cu、稀有合金元素Zr、Be等，促使组织结构变性；2、高碱性造渣吸附非金属夹杂物，降低组织偏析形成；3、采用连续循环式抽真空工艺，优化吹氩强度开口度，多工序操作，保证每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束；4、采用倒梯形钢锭模设计，采用新氩气保护浇注及脱钢锭模新工艺。
本发明获得的钢锭最大单重级别达70t，且具有致密性良好组织，冶炼成分稳定、可控，钢锭内部质量达到国内领先，世界一流水平。
本发明获得的钢锭组织：粗大等轴结晶带≤10%、柱状结晶带≤25%、细小等轴晶带≥65%、奥氏体组织晶粒度≥7.0级、硫化物偏析≤0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级及以上，满足特厚钢板轧制成材需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%、Si：0.20%、Mn：2.00%、P：0.010%、S：0.005%、Ni：2.30%、Cr：1.50%、Mo：1.25%、Alt：0.060%、Nb：0.120%、Cu：1.10%、Zr：0.012%、Be：0.007%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入10Kg/吨钢粒度为50mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：22%、CaO：30%、CO2：48%，一次性喂入铝线7m/吨钢，形成碱度值8.0的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取6分钟→11分钟→5分钟、吹氩强度开口度11%→38%→14%→27%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1580℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温200℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.0L/min、浇铸速度7.5吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间24h，温度250℃脱钢锭模。
本实施例所得70吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带10%、柱状结晶带25%、细小等轴晶代65%、奥氏体组织晶粒度7.0级、硫化物偏析0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级。
实施例2
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%、Si：0.20%、Mn：1.9%、P：0.008%、S：0.005%、Ni：2.40%、Cr：1.50%、Mo：1.25%、Alt：0.060%、Nb：0.120%、Cu：1.10%、Zr：0.012%、Be：0.007%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程加入8Kg/吨钢，粒度为50mm的石灰石、石灰石成分含量配比MgO：25%、CaO：30%、CO2：45%，一次性喂入铝线6.5m/吨钢，形成碱度值7.5的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取5分钟→10分钟→3分钟、吹氩强度开口度15%→—40%→—20%→26%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1575℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温200℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.0L/min、浇铸速度7.5吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间20h，温度230℃脱钢锭模。
本实施例所得60吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带8%、柱状结晶带20%、细小等轴晶代72%、奥氏体组织晶粒度7.0级、硫化物偏析0.0级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级。
实施例3
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%、Si：0.18%、Mn：1.9%、P：0.008%、S：0.005%、Ni：2.40%、Cr：1.70%、Mo：1.30%、Alt：0.070%、Nb：0.120%、Cu：1.10%、Zr：0.01%、Be：0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入6Kg/吨钢粒度为40mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：25%、CaO：35%、CO2：40%，一次性喂入铝线7m/吨钢，形成碱度值8.5的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取8分钟→15分钟→4分钟、吹氩强度开口度10%→30%→10%→30%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1585℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温150℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.5L/min、浇铸速度7.5吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间22h，温度200℃脱钢锭模。
本实施例所得55吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带8%、柱状结晶带15%、细小等轴晶代77%、奥氏体组织晶粒度7.5级、硫化物偏析0.0级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级。
实施例4
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%、Si：0.20%、Mn：2.0%、P：0.006%、S：0.005%、Ni：2.40%、Cr：1.70%、Mo：1.30%、Alt：0.070%、Nb：0.160%、Cu：1.10%、Zr：0.015%、Be：0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入7.5Kg/吨钢粒度为30mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：22%、CaO：33%、CO2：45%，一次性喂入铝线7.58m/吨钢，形成碱度值8.0的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取8分钟→12分钟→6分钟、吹氩强度开口度19%→32%→13%→24%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1585℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温100℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.5L/min、浇铸速度7.5吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间15h，温度250℃脱钢锭模。
本实施例所得43吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带10%、柱状结晶带25%、细小等轴晶代65%、奥氏体组织晶粒度7.5级、硫化物偏析0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级。
实施例5
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%、Si：0.23%、Mn：1.8%、P：0.006%、S：0.005%、Ni：2.50%、Cr：1.80%、Mo：1.30%、Alt：0.080%、Nb：0.20%、Cu：1.10%、Zr：0.018%、Be：0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入5Kg/吨钢粒度为50mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：23%、CaO：30%、CO2：47%，一次性喂入铝线8m/吨钢，形成碱度值8.5的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取5分钟→9分钟→5分钟、吹氩强度开口度20%→40%→20%→25%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1585℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温200℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量4.5L/min、浇铸速度7.0吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间10h，温度240℃脱钢锭模。
本实施例所得35.5吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带10%、柱状结晶带20%、细小等轴晶代70%、奥氏体组织晶粒度7.0级、硫化物偏析0.0级，探伤满足NB/T47013.3-2015I级。
实施例6
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%、Si：0.21%、Mn：1.8%、P：0.005%、S：0.005%、Ni：2.40%、Cr：1.70%、Mo：1.30%、Alt：0.080%、Nb：0.23%、Cu：1.10%、Zr：0.017%、Be：0.009%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入6.5Kg/吨钢粒度为50mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：24%、CaO：31%、CO2：45%，一次性喂入铝线6m/吨钢，形成碱度值7.5的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取5分钟→11分钟→4分钟、吹氩强度开口度16%→37%→12%→28%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1570℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温200℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.5L/min、浇铸速度7.6吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间13h，温度250℃脱钢锭模。
本实施例所得28.7吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带5%、柱状结晶带15%、细小等轴晶代80%、奥氏体组织晶粒度7.5级、硫化物偏析0.0级，探伤满足NB/T47013.3-2015I级。
实施例7
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%、Si：0.20%、Mn：2.0%、P：0.005%、S：0.005%、Ni：2.40%、Cr：1.60%、Mo：1.35%、Alt：0.080%、Nb：0.120%、Cu：1.20%、Zr：0.02%、Be：0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入9.0Kg/吨钢粒度为40mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：24%、CaO：34%、CO2：42%，一次性喂入铝线5m/吨钢，形成碱度值9.0的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取7分钟→13分钟→3分钟、吹氩强度开口度13%→33%→16%→20%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1585℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温200℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.5L/min、浇铸速度7.6吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间18h，温度250℃脱钢锭模。
本实施例所得15.3吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带10%、柱状结晶带22%、细小等轴晶代68%、奥氏体组织晶粒度7.0级、硫化物偏析0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015II级。
实施例8
一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，所述方法包括成分设计、高碱性低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸，具体操作如下：
（1）成分设计：控制中碳合金各成分含量，加入Cu元素以及稀有元素Zr、Be，其中Cu元素的质量百分含量≥1.10%；
本实施例中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%、Si：0.20%、Mn：2.0%、P：0.005%、S：0.005%、Ni：2.40%、Cr：1.70%、Mo：1.30%、Alt：0.080%、Nb：0.25%、Cu：1.20%、Zr：0.015%、Be：0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
（2）高碱性造渣低磷冶炼：精炼过程选择性加入7.0Kg/吨钢粒度为50mm的石灰石，石灰石成分含量配比MgO：22%、CaO：32%、CO2：46%，一次性喂入铝线6.5m/吨钢，形成碱度值7.5的高碱性钢液氛围冶炼；
（3）循环真空微合金化：采取6分钟→8分钟→6分钟、吹氩强度开口度18%→35%→18%→22%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，钢液温度1585℃；
（4）锭型化工艺浇铸：采用倒梯形钢锭模设计，浇注前模温200℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量5.5L/min、浇铸速度7.6吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间18h，温度250℃脱钢锭模。
本实施例所得12.8吨大型钢锭组织评定：粗大等轴结晶带5%、柱状结晶带20%、细小等轴晶代75%、奥氏体组织晶粒度8.0级、硫化物偏析0.0级，探伤满足NB/T47013.3-2015I级。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1. 一种提高中碳合金钢锭致密性的方法，其特征在于：所述方法包括中碳合金钢锭成分设计、高碱性造渣低磷冶炼、循环真空微合金化、锭型化工艺浇铸；所述中碳合金钢锭化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25～0.27%、Si：0.15～0.23%、Mn：1.80～2.00%、P≤0.010%、S≤0.005%、Ni：2.30～2.50%、Cr：1.50～1.80%、Mo：1.20～1.35%、Alt：0.060～0.080%、Nb：0.120～0.250%、Cu：1.10～1.20%、Zr：0.010～0.020%、Be：0.005～0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述高碱性造渣低磷冶炼，精炼过程加入5～10Kg/吨钢，粒度为30～50mm的石灰石，石灰石的成分含量配比：MgO：22%～25%、CaO：30%～35%、CO2：40%～48%，一次性喂入铝线5～8m/吨钢，形成碱度R为7.5～9.0的高碱性钢液氛围冶炼；所述循环真空微合金化，采取5～8分钟→8～15分钟→3～6分钟、吹氩强度开口度10～20%→30～40%→10～20%→20～30%方式循环，每次循环取熔炼样直至合金含量微调进内控范围结束，确保钢液温度≥1570℃；所述锭型化工艺浇铸，采用倒梯形钢锭模设计，浇注前保证模温≥100℃，采用新氩气保护浇注，氩气流量≥4.5L/min、浇铸速度≤8吨/小时，冒口内衬铝酸棉，浇后加盖绝热板和碳化稻壳，钢锭保持时间≥10h，温度≥200℃脱钢锭模；所述中碳合金钢锭最大单重级别达70t；所述中碳合金钢锭组织：粗大等轴结晶带≤10%、柱状结晶带≤25%、细小等轴晶代≥65%、奥氏体组织晶粒度≥7.0级、硫化物偏析≤0.5级，探伤满足NB/T47013.3-2015 II级及以上。
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