CN112059132A

CN112059132A - 一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法

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Publication number: CN112059132A
Application number: CN202010927836.1A
Authority: CN
Inventors: 李花兵; 姜周华; 张树才; 耿一峰; 臧喜民; 冯浩; 朱红春
Original assignee: Northeastern University China; University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: Northeastern University China; University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: CN112059132B

Abstract

本发明提供了一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法，涉及超级奥氏体不锈钢连铸生产技术领域。本发明以含硼、镁和稀土元素的合金粉末作为中间层，将两层超级奥氏体不锈钢薄带作为外层，制备得到含硼、镁和稀土的不锈钢钢带；连铸过程向结晶器喂入一根或两根所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带；采用设置有喂带区的浇铸水口，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的端头插入喂带区，开启振动装置使钢带产生非正弦振动，将钢带喂入钢液。本发明提供的方法能够有效提高铸坯纯净度、细化凝固组织并提高等轴晶比例，减轻中心元素偏析与析出，提升铸坯高温热塑性和抗高温氧化性能。

Description

一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法

技术领域

本发明涉及超级奥氏体不锈钢连铸生产技术领域，具体涉及一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法。

背景技术

超级奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性能和良好的综合力学性能，被广泛应用于石油化工、节能环保、海水淡化等诸多领域。然而，超级奥氏体不锈钢是不锈钢中制备技术要求最高、制造难度最大的一类品种，在制备过程中存在诸多瓶颈问题。在冶炼过程中，如若氧、硫含量控制不当会产生MnS等塑性夹杂和Al₂O₃等脆性夹杂，严重恶化热加工性能、耐腐蚀性能和力学性能。在连铸凝固过程，高达6～8％的Mo，使铸坯中心Mo元素偏析与析出十分严重，恶化了铸坯的热加工性能。为了消除元素偏析与析出，需要在热加工前进行长时间(12～24h)高温(1250～1280℃)均质化处理，在均质化过程，晶粒极易快速长大，恶化热加工性能。同时，高温处理还会加剧铸坯灾难性氧化，显著降低成材率。在热加工过程，钢中超过50％的合金含量，使得固溶强化作用显著增强，变形抗力增大。同时，σ相等硬脆相析出敏感性显著增强。因此，在晶粒长大、变形抗力增大和大量析出的共同影响下，超级奥氏体不锈钢的热塑性很差、热加工区间很窄，轧制过程极易中心开裂和边裂。因此，实现高纯净度冶炼、减轻元素偏析与析出、细化凝固组织、提高热塑性和抗高温氧化性能是成功制备高质量超级奥氏体不锈钢的关键。

结晶器喂钢带技术是显著提升铸坯凝固质量的有效途径之一，借助插入钢带熔化吸热，快速降低钢液过热度和温度场梯度，同时通过钢带振动扰动钢液，破碎枝晶组织，增加晶粒生长的形核质点，提高等轴晶率，加速均匀温度和成分，降低中心元素偏析与析出。

硼易偏聚于晶界，抑制S、P等杂质元素和析出相在晶界偏聚，从而起到了净化与强化晶界作用；同时，硼的偏聚作用可细化晶粒，促进热变形过程中动态再结晶发生，改善高温热塑性，拓宽热加工窗口。在含Mo不锈钢中会析出富Cr和Mo的含硼相，显著影响析出相的形貌、尺寸及分布。因此，在高合金耐蚀不锈钢和镍基合金中，主要利用硼的特殊偏聚行为，改善其热加工性能。

镁与O、S具有很强的亲和力，可以生成低密度的细小夹杂物，易上浮排除，起到净化钢液的作用。镁也可将团簇状Al₂O₃夹杂物变性为细小弥散的MgO-Al₂O₃，起到钉扎作用，细化凝固组织；同时，镁元素易偏聚于晶界，抑制S、P等元素在晶界偏聚，从而净化与强化晶界。

稀土具有净化钢液、变性夹杂物、细化凝固组织、减轻偏析、强化晶界的作用。稀土与钢液中O、S等元素反应形成高熔点稀土化合物上浮排除，从而实现净化钢液和变性夹杂物的作用。高熔点稀土化合物，在钢液凝固前沿析出作为非均质形核核心，可细化凝固组织和减轻偏析；同时，稀土元素易偏聚于晶界降低界面能，抑制S、P及低熔点杂夹在晶界的偏析，起到净化与强化晶界、细化晶粒的作用；此外，稀土还具有一定的微合金化作用，可显著提高钢的强韧性、抗高温氧化性能和耐磨性，改善热加工性能和耐蚀性等。

综上，如果将结晶器喂钢带技术以及硼、镁和稀土处理技术应用到超级奥氏体不锈钢制备过程中，有望实现高纯净度冶炼、减轻元素偏析与析出、细化凝固组织、提高热塑性和抗高温氧化性能。然而，结晶器喂钢带技术起步较晚，目前仅应用于普通低合金钢领域，在超级奥氏体不锈钢中尚无应用，无有效的经验可寻。并且，由于硼、镁和稀土的燃点较低，向钢液中直接加入硼、镁和稀土极易烧损，收得率显著降低。因此，急需开发出稳定、高效的超级奥氏体不锈钢结晶器喂钢带技术以及硼、镁和稀土处理技术，突破该类钢冶炼、凝固和热加工过程中的瓶颈问题，以制备出高质量的超级奥氏体不锈钢产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法，本发明提供的方法能够有效提高铸坯纯净度、细化凝固组织并提高等轴晶比例，减轻中心元素偏析与析出，提升铸坯高温热塑性和抗高温氧化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法，包括以下步骤：

(1)制备含硼、镁和稀土元素的合金粉末；按质量百分比计，所述合金粉末的化学成分为：B 4.0～9.0％，Mg 8.5～20.0％，稀土元素35.0～71.5％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素；

(2)以所述合金粉末作为中间层，将两层超级奥氏体不锈钢薄带作为外层，制备成三层复合钢带；将所述三层复合钢带依次进行封边、轧制压实和加固，得到含硼、镁和稀土的不锈钢钢带；

(3)确定钢带使用参数；所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为一根或两根；

当所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为一根时，钢带参数选择原则包括：喂入比R＝K₁ΔT％，宽度w为50～80mm，厚度d＝K₂ΔT^0.245 mm，喂入速度v＝K₃ΔT^0.57 m/s，且各参数满足关系：w×d×v×钢带密度＝Q×连铸坯截面积×拉坯速度×R×钢液密度；其中，钢液过热度ΔT＝15～46℃，K₁为0.015～0.020，K₂为1.50～1.85，K₃为0.016～0.022，Q为0.9～1.1；

当所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为两根时，钢带参数选择原则包括：喂入比R'＝K₁'ΔT'％，宽度w'为40～80mm，厚度d'＝K₂'ΔT'^0.245mm，喂入速度v'＝K₃'ΔT'^0.57m/s，且各参数满足关系：2×w'×d'×v'×钢带密度＝Q'×连铸坯截面积×拉坯速度×R'×钢液密度；其中，钢液过热度ΔT'＝15～46℃，K₁'为0.018～0.025，K₂'为1.50～2.00，K₃'为0.012～0.018，Q'为0.9～1.1；

(4)浇铸时，采用设置有喂带区的浇铸水口，喂带区内不添加保护渣，喂带区外添加保护渣；喂带时，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的端头插入喂带区，开启振动装置使钢带产生非正弦振动，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带以初始喂入速度喂入钢液。

(5)将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带喂入钢液后，启动拉矫机，将结晶器内的连铸坯拉出；当所述连铸坯的长度达到4～5m后，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入速度调整为正常喂入速度，并保持钢带的非正弦振动。

优选地，步骤(1)所述稀土元素包括镧、铈和钇中的一种或几种。

优选地，步骤(2)所述超级奥氏体不锈钢薄带的厚度为1.3～2.2mm；所述三层复合钢带的厚度为3.0～5.0mm。

优选地，步骤(2)所述封边的方法为：对钢带边缘进行焊接封边处理；所述加固的方法为：采用直缝焊机沿宽面中心线对钢带加固焊接。

优选地，步骤(4)所述非正弦振动的振动幅度≤0.7mm，振动频率为70～140Hz。

优选地，步骤(4)所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的初始喂入速度为0.002～0.004m/s。

优选地，步骤(4)所述设置有喂带区的浇铸水口中喂带区和浇铸水口一体成型，所述喂带区的内部宽度为15～25mm，内部长度为1.2～1.5倍的钢带宽度。

优选地，步骤(5)所述连铸坯的拉坯速度为0.015～0.017m/s。

优选地，按质量百分含量计，所述钢液的化学成分为：C≤0.02％，Mn≤4.00％，Cr19.5～25.0％，Ni 17.5～23.0％，Mo 6.0～8.0％，N 0.18～0.55％，Cu 0.30～1.00％，Si≤0.80％，P≤0.06％，S≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。

本发明提供了一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法，本发明向结晶器内喂入镁和稀土，能显著降低钢液中的氧硫含量(O≤0.0015％，S≤0.0015％)，并将有害的氧化物夹杂和硫化物夹杂变性成无害的稀土夹杂物，实现超低氧硫控制和夹杂物无害化控制；本发明向结晶器内喂入含硼、镁和稀土的不锈钢钢带，通过含硼、镁和稀土的不锈钢钢带熔化吸热，快速降低结晶器中心熔体过热度，利用含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的非正弦振动增加晶粒生长形核质点、均匀成分和温度、提高等轴晶率并细化等轴晶，从而降低铸坯中心偏析并减少σ等相析出；加入镁和稀土元素形成的镁和稀土化合物作为非均质形核中心，使凝固组织更加细化，进一步降低铸坯中心元素偏析和二次相析出；同时，硼和稀土均能净化晶界和强化晶界，促进热变形过程中的动态再结晶进行，并细化晶粒，从而显著提升连铸坯的高温热塑性；此外，稀土还能够优先氧化提供形核位置，促进致密氧化层的形成，并增强氧化层与基体的粘附性，从而有效提高抗高温氧化性能；本发明向结晶器内喂入的三层复合钢带外层为超级奥氏体不锈钢薄带，既有效避免了不锈钢钢带制备过程中的开裂问题，又最大限度地减轻了喂入钢带对结晶器内钢液的稀释作用；将硼、镁和稀土以不锈钢钢带的形式喂入结晶器，能显著减轻喂入过程硼、镁和稀土的烧损(硼收得率≥95％，镁收得率≥30％，稀土收得率≥80％)；并且，钢带的非正弦振动能促使硼、镁和稀土的分布更加均匀。

本发明突破了传统的单根喂带方式局限，可同时向结晶器内喂入一根或两根钢带，并使钢带均匀地布置在水口周围，这种喂带方式更为灵活、钢带喂入比显著提高、喂带效果更好；并且，采用设置有喂带区的特型浇铸水口，能够有效避免喂带过程中钢带将钢渣带入钢液的问题。

因此，本发明提出了一种灵活、高效的结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带技术，能够显著提升超级奥氏体不锈钢连铸坯的质量，突破该类钢冶炼、凝固和热加工过程中的瓶颈问题，为制备出高质量的超级奥氏体不锈钢产品提供了可靠的技术保障。

附图说明

图1为喂带系统示意图；

图2a为喂入一根钢带的钢带喂入方式示意图；

图2b为喂入两根钢带的钢带喂入方式示意图；

其中，1为送带卷筒，2为含硼、镁和稀土的不锈钢钢带，3为矫直牵引器，4为剪切器，5为导管，6为振动装置，7为设置有喂带区的浇铸水口，7-1为喂带区，7-2为浇铸水口，8为保护渣，9为氮封环，10为结晶器，11为连铸坯，12为支撑辊，13为引锭杆；

图3为钢带非正弦振动的波形示意图；

图4为1#～14#连铸坯等轴晶比例分析结果图；

图5为1#～14#连铸坯等轴晶尺寸分析结果图；

图6为1#～14#连铸坯中心Mo元素偏析分析结果图；

图7为1#～14#连铸坯中心析出相含量分析结果图；

图8为1#～14#连铸坯的轧制成材率图；

图9为1#～14#连铸坯试样在1000℃和1200℃氧化2h的单位表面积氧化增重量图。

具体实施方式

(1)制备含硼、镁和稀土元素的合金粉末；按质量百分比计，所述合金粉末的化学成分为：B 4.0～9.0％，Mg 8.5～20.0％，稀土元素35.0～71.5％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。

(4)浇铸时，采用设置有喂带区的浇铸水口，喂带区内不添加保护渣，喂带区外添加保护渣；喂带时，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的端头插入喂带区，开启振动装置使钢带产生非正弦振动，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带以初始喂入速度喂入钢液；

本发明制备含硼、镁和稀土元素的合金粉末。在本发明中，所述合金粉末的化学成分为：B 4.0～9.0％，Mg 8.5～20.0％，稀土元素35.0～71.5％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。在本发明中，所述合金粉末的化学成分优选为：B 5.0～7.0％，Mg 12.5～18.5％，稀土元素43.4～62.0％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。在本发明中，所述稀土元素(RE)优选包括镧、铈和钇中的一种或几种。

在本发明的具体实施例中，优选将硼铁、稀土镁合金和稀土三种粉末混合，得到所述含硼、镁和稀土元素的合金粉末。本发明对所述硼铁、稀土镁合金和稀土三种粉末的具体组成没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的原料即可；所述硼铁、稀土镁合金和稀土三种粉末的用量以得到符合上述化学成分要求的合金粉末为准。

在本发明中，所述含硼、镁和稀土元素的合金粉末的粒径优选为≤1.8mm，更优选为≤1.5mm。

得到含硼、镁和稀土元素的合金粉末后，本发明以所述合金粉末作为中间层，将两层超级奥氏体不锈钢薄带作为外层，制备成三层复合钢带；将所述三层复合钢带依次进行封边、轧制压实和加固，得到含硼、镁和稀土的不锈钢钢带。在本发明中，所述超级奥氏体不锈钢薄带优选为904L不锈钢钢带；所述超级奥氏体不锈钢薄带的厚度优选为1.3～2.2mm，更优选为1.5～2.0mm；所述三层复合钢带的厚度优选为3.0～5.0mm，更优选为3.5～4.5mm。在本发明中，轧制压实能够使钢带更加平整，不会减小厚度。

在本发明中，所述封边的方法优选为：对三层复合钢带的边缘进行焊接封边处理。

在本发明中，所述加固的方法优选为：采用直缝焊机沿宽面中心线对钢带加固焊接。

在本发明的具体实施例中，利用卷取机将所述加固后的三层复合钢带卷曲成钢带卷，备用。

得到含硼、镁和稀土的不锈钢钢带后，本发明在连铸过程向结晶器喂入所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带；所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为一根或两根。

在本发明中，当所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为一根时，钢带参数选择原则包括：喂入比R＝K₁ΔT％，宽度w为50～80mm，厚度d＝K₂ΔT^0.245 mm，喂入速度v＝K₃ΔT^0.57 m/s，且各参数满足关系：w×d×v×钢带密度＝Q×连铸坯截面积×拉坯速度×R×钢液密度；其中，钢液过热度ΔT＝15～46℃，优选为22～38℃；K₁为0.015～0.020，优选为0.017～0.019；K₂为1.50～1.85，优选为1.64～1.74；K₃为0.016～0.022，优选为0.019～0.020；Q为0.9～1.1，优选为0.95～1.03。在本发明中，所述喂入比＝钢带质量/钢液质量×100％，优选为0.285～0.646％，更优选为0.440～0.450％。在本发明中，所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的宽度w优选为60～70mm。

在本发明中，当所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为两根时，钢带参数选择原则包括：喂入比R'＝K₁'ΔT'％，宽度w'为40～80mm，厚度d'＝K₂'ΔT'^0.245mm，喂入速度v'＝K₃'ΔT'^0.57m/s，且各参数满足关系：2×w'×d'×v'×钢带密度＝Q'×连铸坯截面积×拉坯速度×R'×钢液密度；其中，钢液过热度ΔT'＝15～46℃，优选为22～37℃；K₁'为0.018～0.025，优选为0.020～0.024；K₂'为1.50～2.00，优选为1.64～1.96；K₃'为0.012～0.018，优选为0.013～0.016；Q'为0.9～1.1，优选为1.04～1.09。在本发明中，所述喂入比优选为0.375～0.945％，更优选为0.528～0.874％；所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的宽度w'优选为50～70mm。本发明采用两根钢带喂入的优势是钢带喂入比显著提高、喂带效果更好，微合金元素硼、镁、稀土在连铸坯中分布更为均匀。

本发明在向结晶器喂入所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带前，优选采用如图1所示的喂带系统，将钢带卷安装在喂带系统的送带卷筒1上，将钢带2的端头依次穿过矫直牵引器3、剪切器4、导管5和振动装置6。

本发明在浇铸时，采用设置有喂带区的浇铸水口，喂带区内不添加保护渣，喂带区外添加保护渣；喂带时，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的端头插入喂带区，开启振动装置使钢带产生非正弦振动，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带以初始喂入速度喂入钢液。

在本发明中，所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的初始喂入速度优选为0.002～0.004m/s。

本发明将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带喂入钢液后，优启动拉矫机，将结晶器内的连铸坯拉出；当所述连铸坯的长度达到4～5m后，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入速度调整为正常喂入速度，并保持钢带的非正弦振动。在本发明中，所述连铸坯的拉坯速度优选为0.015～0.017m/s；所述正常喂入速度速度为0.06～0.18m/s，更优选为0.08～0.14m/s。在本发明中，所述拉矫机与图1中的引锭杆13连接。

在本发明中，所述设置有喂带区的浇铸水口如图2a和图2b所示，包括浇铸水口7-2和设置于所述浇铸水口一侧或两侧的喂带区7-1。在本发明中，所述喂带区和浇铸水口优选一体成型，所述喂带区的内部宽度优选为15～25mm，更优选为17～22mm；内部长度优选为1.2～1.5倍的钢带宽度，具体优选为60～100mm，进一步优选为80mm。

在本发明中，所述喂带区内不添加保护渣，喂带区外添加保护渣，能够有效避免在喂带过程中钢带粘渣。

在本发明中，所述非正弦振动如图3所示，振动幅度优选≤0.7mm，更优选为0.40～0.70mm，进一步优选为0.55～0.65mm；振动频率优选为70～140Hz，更优选为80～135Hz，进一步优选为90～120Hz。本发明采用非正弦振动并控制上述振动参数能有效促进钢带熔化和微合金元素均匀扩散。

本发明提供的方法适用于超级奥氏体不锈钢的连铸结晶器喂带过程，按质量百分含量计，具体的钢液成分优选为C≤0.02％，Mn≤4.00％，Cr19.5～25.0％，Ni 17.5～23.0％，Mo 6.0～8.0％，N 0.18～0.55％，Cu 0.30～1.00％，Si≤0.80％，P≤0.06％，S≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

实施例

将硼铁、稀土镁合金和稀土三种粉末进行充分均匀混合，制备成表1所示成分的合金粉末；

将所述合金粉末作为中间层，将两层904L不锈钢薄带作为外层，制备成三层复合钢带；首先对所述三层复合钢带的边缘进行焊接封边处理，随后进行轧制压实，使内芯均匀分布于钢带内部，采用直缝焊机沿宽面中心线对三层复合钢带加固焊接，得到含硼、镁和稀土的不锈钢钢带，利用卷取机将钢带卷曲成钢带卷；其中，904L不锈钢薄带的厚度、三层复合钢带的厚度、钢带的宽度和密度如表1所示；

在结晶器尺寸为1800mm×220mm的连铸机上制备1#～14#超级奥氏体不锈钢连铸坯，具体的制备方法为：如图1、图2a和图2b所示，将钢带卷安装在喂带系统的送带卷筒1上，将钢带2的端头依次穿过矫直牵引器3、剪切器4、导管5和振动装置6，插入设置有喂带区的浇铸水口7的喂带区7-1内，喂带区内不添加保护渣，喂带区外添加保护渣；钢液由浇铸水口7-2进入结晶器10内，所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带2的喂入数量为一根或两根；

当所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为一根时，钢带参数选择原则包括：喂入比R＝K₁ΔT％，宽度w为50～80mm，厚度d＝K₂ΔT^0.245 mm，喂入速度v＝K₃ΔT^0.57 m/s，且各参数满足关系：w×d×v×钢带密度＝Q×连铸坯截面积×拉坯速度×R×钢液密度；

当所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的喂入数量为两根时，钢带参数选择原则包括：喂入比R'＝K₁'ΔT'％，宽度w'为40～80mm，厚度d'＝K₂'ΔT'^0.245mm，喂入速度v'＝K₃'ΔT'^0.57m/s，且各参数满足关系：2×w'×d'×v'×钢带密度＝Q'×连铸坯截面积×拉坯速度×R'×钢液密度；

开启振动装置6使钢带产生非正弦振动，将所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带以初始喂入速度喂入钢液；启动拉矫机，拉矫机连接引锭杆13，控制拉坯速度为0.015～0.017m/s，当连铸坯长度达到4～5m后，将钢带由初始喂入速度逐渐加速至正常喂入速度，并保持非正弦振动；

其中，1#～10#为实施例，在结晶器内喂入含硼、镁和稀土超级奥氏体不锈钢钢带；11#～14#为对比例，11#和12#不喂带，13#在中间包内加入与8#等量的硼、镁和稀土(不喂带)，14#喂入与8#同规格但不含硼、镁和稀土的不锈钢钢带。1#～14#铸坯连铸及喂带过程的工艺参数如表2所示。

表1钢带成分及制备工艺参数

表2铸坯连铸及喂带过程的工艺参数

测试例1连铸坯化学成分和夹杂物分析

用ICP化学分析方法对1#～14#连铸坯的化学成分进行分析，结果如表3所示。由表3可以看出，本发明1#～10#连铸坯中O、S含量显著低于对比例11#～14#连铸坯，说明本发明实现了超级奥氏体不锈钢的超低氧硫控制。与中间包内加入硼和稀土的13#连铸坯相比，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯中，硼、镁和稀土的收得率显著提高，说明本发明将硼、镁和稀土以不锈钢钢带的形式喂入结晶器，能显著降低喂入过程硼、镁和稀土的烧损问题。从夹杂物的类型可以看出，本发明1#～10#连铸坯中夹杂物主要为无害的镁和稀土的氧硫化物，而对比例11#、12#和14#连铸坯中夹杂物主要为有害的氧化铝和硫化锰夹杂，说明本发明实现了超级奥氏体不锈钢的夹杂物无害化控制。

表3 1#～14#连铸坯成分及夹杂物分析结果

测试例2连铸坯凝固组织和元素偏析与析出分析

(1)等轴晶比例与尺寸分析

1#～14#连铸坯等轴晶比例的分析结果如图4所示。由图4可以看出，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯的等轴晶比例明显高于对比例11#～14#连铸坯：与不喂带的11#连铸坯相比，1#～5#连铸坯等轴晶比例由22.84％提升至43.92～50.27％；与不喂带的12#连铸坯相比，6#～10#连铸坯等轴晶比例由23.98％提升至43.94～50.14％；尤其是2#、5#和8#连铸坯的等轴晶比例大幅提升至50％以上，在较高过热度下5#和10#连铸坯的等轴晶比例也高于47％。此外，与在中间包加入硼、镁和稀土的13#连铸坯以及喂入不含硼、镁和稀土钢带的14#连铸坯相比，本发明的1#～10#连铸坯的等轴晶比例更高，说明本发明的综合技术效果要远好于单一技术手段的效果。

1#～14#连铸坯等轴晶尺寸的分析结果如图5所示。由图5以看出，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯的等轴晶尺寸明显低于对比例11#～14#连铸坯：与不喂带的11#连铸坯相比，1#～5#连铸坯等轴晶尺寸由1320μm缩小至616～720μm；与不喂带的12#连铸坯相比，6#～10#连铸坯等轴晶尺寸由1360μm缩小至605～729μm；尤其是2#和6#连铸坯的等轴晶尺寸降低效果最为明显。在较高过热度下的5#和10#连铸坯的等轴晶尺寸也不超过720μm。此外，与在中间包加入硼、镁和稀土的13#连铸坯以及喂入不含硼、镁和稀土钢带的14#连铸坯相比，本发明的1#～10#连铸坯的等轴晶尺寸更小，说明本发明的综合技术效果要远好于单一技术手段的效果。

(2)铸坯中心元素偏析与析出分析

1#～14#连铸坯中心Mo元素偏析系数分析结果如图6所示。由图6可以看出，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯的Mo偏析程度明显低于对比例11#～14#连铸坯：与不喂带的11#连铸坯相比，1#～5#连铸坯的Mo偏析系数由2.15降低至1.32～1.41；与不喂带的12#连铸坯相比，6#～10#连铸坯的Mo偏析系数由2.49降低至1.39～1.52；尤其是2#、5#和8#连铸坯Mo偏析得到明显改善。在较高过热度下，5#和10#铸坯的Mo偏析系数也不超过1.46。此外，与在中间包加入硼、镁和稀土的13#连铸坯以及喂入不含硼、镁和稀土钢带的14#连铸坯相比，本发明的1#～10#连铸坯的Mo偏析程度更为轻微，说明本发明的综合技术效果要远好于单一技术手段的效果。

1#～14#连铸坯中心析出相含量分析结果如图7所示。由图7可以看出，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯的析出相含量明显低于对比例11#～14#连铸坯：与不喂带的11#连铸坯相比，1#～5#连铸坯的析出相含量由3.51％降低至1.82～2.10％；与不喂带的12#连铸坯相比，6#～10#连铸坯析出相含量由3.92％降低至2.02～2.36％；尤其是5#和8#连铸坯析出相含量降低效果最为明显。在高Cr、高Mo含量的情况下，2#与6#连铸坯的析出相含量也明显低于对比例连铸坯。此外，与在中间包加入硼、镁和稀土的13#连铸坯以及喂入不含硼、镁和稀土钢带的14#连铸坯相比，本发明的1#～10#连铸坯的析出相含量更低，说明本发明的综合技术效果要远好于单一技术手段的效果。

1#～10#连铸坯超声波探伤结果良好，未在铸坯内发现半熔钢带。综上，本发明所述的结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的方法可显著提升超级奥氏体不锈钢铸坯的凝固质量。

测试例3热加工性能

将1#～14#连铸坯经高温均质化处理后轧制成15mm厚的钢板，1#～14#连铸坯的轧制成材率如图8所示。由图8可以看出，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯轧制成材率均明显高于对比例11#～14#连铸坯：与不喂带的11#连铸坯相比，1#～5#连铸坯轧制成材率由75.12％提升至91.21～96.09％；与不喂带的12#连铸坯相比，6#～10#连铸坯轧制成材率由71.25％提升至88.70～95.05％；尤其是5#和8#连铸坯的轧制成材率提升效果最为明显。在高Mo、高N含量的情况下，2#和6#连铸坯的轧制成材率也明显高于对比例。此外，与在中间包加入硼、镁和稀土的13#连铸坯以及喂入不含硼、镁和稀土钢带的14#连铸坯相比，本发明的1#～10#连铸坯的轧制成材率均明显提高，说明本发明的综合技术手段对热加工性能的提升效果要远好于单一技术手段的效果。

测试例4抗高温氧化性能

1#～14#连铸坯在1000℃和1200℃下氧化2h后的单位表面积氧化增重量如图9所示。由图9可以看出，本发明在结晶器内喂入含硼、镁和稀土不锈钢钢带的1#～10#连铸坯在两个温度下的单位表面积氧化增重量均明显低于对比例11#～14#连铸坯：与不喂带的11#连铸坯相比，1#～5#连铸坯在1000℃和1200℃下的单位表面积氧化增重量分别降低了12.97～20.18mg/cm²和27.34～41.65mg/cm²；与不喂带的12#连铸坯相比，6#～10#连铸坯在1000℃和1200℃下的单位表面积氧化增重量分别降低了10.94～18.58mg/cm²和28.54～39.90mg/cm²；尤其是3#和8#连铸坯的抗高温氧化性能提升效果最为明显。高Mo含量的4#和9#连铸坯的氧化增重量也明显低于对比例。此外，与在中间包加入硼、镁和稀土的13#连铸坯以及喂入不含硼、镁和稀土钢带的14#连铸坯相比，本发明的1#～10#连铸坯的氧化增重量均明显降低，说明本发明的综合技术手段对抗高温氧化性能的提升效果要远好于单一技术手段的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种结晶器喂含硼、镁和稀土不锈钢钢带提升铸坯凝固质量的方法，包括以下步骤：

(1)制备含硼、镁和稀土元素的合金粉末；按质量百分比计，所述合金粉末的化学成分为：B 4.0～9.0％，Mg 8.5～20.0％，稀土元素35.0～71.5％，余量为Fe；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述稀土元素包括镧、铈和钇中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述超级奥氏体不锈钢薄带的厚度为1.3～2.2mm；所述三层复合钢带的厚度为3.0～5.0mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述封边的方法为：对钢带边缘进行焊接封边处理；所述加固的方法为：采用直缝焊机沿宽面中心线对钢带加固焊接。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述非正弦振动的振动幅度≤0.7mm，振动频率为70～140Hz。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述含硼、镁和稀土的不锈钢钢带的初始喂入速度为0.002～0.004m/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述设置有喂带区的浇铸水口中喂带区和浇铸水口一体成型，所述喂带区的内部宽度为15～25mm，内部长度为1.2～1.5倍的钢带宽度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述连铸坯的拉坯速度为0.015～0.017m/s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分含量计，所述钢液的化学成分为：C≤0.02％，Mn≤4.00％，Cr 19.5～25.0％，Ni 17.5～23.0％，Mo 6.0～8.0％，N 0.18～0.55％，Cu 0.30～1.00％，Si≤0.80％，P≤0.06％，S≤0.01％，余量为Fe。