CN113042695A - 一种厚板坯角部裂纹控制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚板坯角部裂纹控制工艺，涉及钢铁生产技术领域，通过综合优化钢种微合金元素成分，选用合适碱度和粘度保护渣，调整结晶器的冷却制度，优化二冷冷却强度，优化结晶器振动参数和锥度，以及提高铸机设备精度控制，或者采取倒角结晶器和表面组织控制SSC技术等措施，可有效控制铸坯角部横裂纹发生。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种厚板坯角部裂纹控制工艺。
背景技术
连铸坯角部横裂纹通常隐藏于铸坯氧化铁皮或铸坯表皮下方而无法直接观察到，使用火焰清理角部并用移动充电式磨光机进行打磨，则可清晰显示出横裂纹，有角部横裂纹缺陷的厚板连铸坯被加热、轧制后，距钢板上下表面边沿20～50mm就会出现气泡形裂纹。不均匀的温度场、凝固过程中组织相变和设备精度差会导致板坯角部承受额外应力，产生应变。同时，不合适的连铸工艺和浇铸操作使得铸坯凝固过程异常，以及铸坯角部在钢种第三脆性区进行弯曲矫直，都会加剧铸坯角部横裂纹的产生。铸坯角部横裂纹是钢种成分特点、连铸工艺操作和设备精度等方面共同作用的结果。
板坯角部横裂纹是高品质微合金钢连铸工艺中最为突出的质量问题。为了消除角部横裂纹缺陷对后续轧钢工序的影响，连铸工序被迫将大量连铸坯下线，再进行火焰清理及切角处理，对生产顺行、成本控制、质量稳定、热装热送，钢板成材率和合同兑现率均产生了较大影响。
生产实践表明，越厚越宽的板坯，越容易产生表面裂纹质量缺陷。国内多家钢厂的厚板连铸坯均不同程度地出现了角部横裂纹缺陷，且随着铸坯厚度的增加、钢种等级的提高和品种范围的扩大而有加重趋势。采用合适生产工艺控制铸坯角裂发生率，对于降低铸坯质量成本意义重大。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种厚板坯角部裂纹控制工艺，通过实施该项技术使得厚板铸坯角部裂纹得到控制，包括
（一）成分优化
C含量设计范围避开包晶反应的成分范围；
通过Ca处理将S元素以CaS形式凝固于钢中；
N含量设计范围在40ppm以内；
尽量降低Al*N积；
Nb含量设计范围避开0.02%～0.05%；
尽量提高Ti/N比例；
（二）结晶器传热优化
尽量使结晶器均匀传热，并控制结晶器的传热强度；
（三）二冷制度优化
生产中，铸坯经历弯曲和矫直区域时，应避免其表面温度在第三脆性区区间内；
（四）设备优化
对连铸机香蕉梁进行定期校准。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，C含量设计避开0.08%～0.18%范围。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，通过Ca处理凝固S元素时，Ca/S范围为2～3。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，Al*N积≤7000ppm2。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，Ti含量控制在0.015%～0.04%。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，Ti/N比例为3～4。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，260mm*2850mm铸坯结晶器宽面水量设置为4700L/min，窄面水量设置为500L/min，水速范围为6～10m/s，结晶器进水温度大于30℃，保护渣碱度控制在1.25。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，采用弱冷模式，在矫直之前使铸坯表面温度＞900℃；或采用强冷模式，在矫直之前使铸坯表面温度＜700℃。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，辊缝不对中控制在0.5mm以下。
前所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，关注设备不利于铸坯表面角部横裂纹控制因素，包括扇形段辊子磨损、变形以及喷嘴堵塞和不对中情况。
本发明的有益效果是：
（1）本发明从钢种成分及板坯连铸生产工艺和设备出发,分析了钢种成分、生产工艺和设备精度因素对角部横裂纹的影响,进而提出了减轻角部横裂纹的措施，建议Ti/N比例控制在3～4之间，尽量降低N、Nb和Al含量，采用碱度略高的保护渣，优化调整结晶器和二次冷却强度，同时提高铸机设备对中精度，减少铸坯角部所受应力应变；
（2）本发明中钢种成分设计时尽量避开包晶成分范围，对C含量在0.08%～0.18%范围之内属于包晶反应的钢种，其在结晶器内凝固收缩大，坯壳传热不均匀更易形成粗大奥氏体，而粗大奥氏体晶粒对裂纹控制不利；
（3）本发明中S元素在钢种塑性降低中起着较大作用，尽管Mn的加入量很高，但由于沉淀动力学相当缓慢，MnS沉淀并不能将全部的S固定，通过对钢水进行Ca处理，可以将元素S以CaS的形式凝固于钢中；另外 CaS在高温下可能会作为Nb(N，C)形核中心，降低Nb析出物对钢种塑性的影响，S含量越低，板坯裂纹发生率越低；
（4）本发明中氮对微合金钢角部裂纹的巨大影响主要原因是凝固和冷却过程中析出的碳氮化物，钢中Nb和V含量越高，铸坯角部裂纹发生率越高，而N含量越低，裂纹板坯比例越低，当N含量超过50ppm时，裂纹发生率达到了50%，因此为控制角部横裂纹发生，S含量和N含量控制越低越好，钢中N含量≤40 ppm时，即使钢中铝和铌含量较高，裂纹发生几率也较小；
（5）本发明中Al*N积越低，裂纹板坯比例越低，当Al*N积为7000ppm2时，板坯几乎不出现角部裂纹；
（6）本发明中钢种成分不管有没有铝，含0.02%～0.05%铌的微合金钢都易发生横向裂纹，由于钢种成分不同，铌会沉淀析出为碳化铌、氮化铌或碳氮化铌，这些沉淀析出物对强化微合金钢有效，但它们对钢种延展性有显著的不利影响，会导致钢种低塑性区扩大和加深；
（7）本发明中钢中Ti含量0.015%～0.04%时，发现铸坯角部横向裂纹发生几率减小，在客户、规范允许的情况下，钛被添加到某些微合金钢中，钛的加入减少了钢种低塑性区，Ti/N比例越高，裂纹板坯比例越低，当Ti/N比例超过3.6，板坯几乎不出现角部裂纹；
（8）本发明中结晶器传热（一次冷却）直接影响初生坯壳的组织结构，不均匀的传热易造成表面晶粒尺寸不一，裂纹敏感性增加；传热的强度和均匀性与结晶器铜板冷却水量、水速、水温、保护渣等有关，传热强度过大，热应力过大，对于裂纹敏感性钢，弯月面附近易产生微裂纹，而且柱状晶发达，裂纹更易延伸；强度过小，初始坯壳薄，在钢水静压力和结晶器摩擦力等作用下也易产生裂纹；
（9）本发明中二次冷却影响铸坯表面温度和其所受的热应力，为避免角部横裂纹，主要采用两种二冷策略；
（10）本发明中连铸机经过多年运行后，基础框架会存在不同程度的沉降和滑移，影响连铸机的正常运行及铸坯质量，因此需要对连铸机香蕉梁进行定期的校准；
（11）本发明中辊缝对准精度会影响铸坯所受应力的大小，辊径、辊距越小，铸坯厚度越大，初始凝固坯壳越厚，辊缝未对准幅度越大，铸坯角部所受应力越大，为避免角部横裂纹的产生，辊不对中控制在0.5mm以下。
具体实施方式
本实施例提供的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，针对南钢第一炼钢厂3号机厚板坯角部裂纹，第一炼钢厂3号连铸机为奥钢联设计，直弧形连铸机，弧半径为10.0m，冶金长度为32.12m，连续弯曲/矫直，生产铸坯规格为（220mm、260mm、320mm）×（1600～2800）mm，是典型的厚板坯铸机。通过综合优化钢种微合金元素成分，选用合适碱度和粘度保护渣，调整结晶器的冷却制度，优化二冷冷却强度，优化结晶器振动参数和锥度，以及提高铸机设备精度控制，或者采取倒角结晶器和表面组织控制SSC技术等措施，可有效控制铸坯角部横裂纹发生。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：包括
（一）成分优化
C含量设计范围避开包晶反应的成分范围；
通过Ca处理将S元素以CaS形式凝固于钢中；
N含量设计范围在40ppm以内；
尽量降低Al*N积；
Nb含量设计范围避开0.02%～0.05%；
尽量提高Ti/N比例；
（二）结晶器传热优化
尽量使结晶器均匀传热，并控制结晶器的传热强度；
（三）二冷制度优化
生产中，铸坯经历弯曲和矫直区域时，应避免其表面温度在第三脆性区区间内；
（四）设备优化
对连铸机香蕉梁进行定期校准。
2.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：C含量设计避开0.08%～0.18%范围。
3.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：通过Ca处理凝固S元素时，Ca/S范围为2～3。
4.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：Al*N积≤7000ppm2。
5.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：Ti含量控制在0.015%～0.04%。
6.根据权利要求5所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：Ti/N比例为3～4。
7.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：260mm*2850mm铸坯结晶器宽面水量设置为4700L/min，窄面水量设置为500L/min，水速范围为6～10m/s，结晶器进水温度大于30℃，保护渣碱度控制在1.25。
8.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：采用弱冷模式，在矫直之前使铸坯表面温度＞900℃；或采用强冷模式，在矫直之前使铸坯表面温度＜700℃。
9.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：辊缝不对中控制在0.5mm以下。
10.根据权利要求1所述的一种厚板坯角部裂纹控制工艺，其特征在于：关注设备不利于铸坯表面角部横裂纹控制因素，包括扇形段辊子磨损、变形以及喷嘴堵塞和不对中情况。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210629 |
|
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