CN113699431A

CN113699431A - 一种减少低合金钢表面裂纹的方法

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Publication number: CN113699431A
Application number: CN202110988770.1A
Authority: CN
Inventors: 刘辰生; 寻忠忠; 王冠; 黄利; 钟寿军; 刘志明; 张志明; 曾令宇; 郭峻宇; 黎莉; 佟迎; 孙忠权; 叶德新; 付谦惠; 穆康锋; 朱远坚; 刘志龙; 邓长付; 彭海京; 黄远坚
Original assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Current assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2021-11-26

Abstract

本申请涉及钢铁生产技术领域，具体而言，涉及一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其通过精确控制低合金钢中Ti、Mn、Al、N的含量，尤其是在精炼全过程中不添加铝或铝合金，控制低合金钢中的Als含量为0.01％以下，同时在转炉冶炼、LF精炼和连铸过程中均进行控氮处理，控制N含量为50ppm以下，减少AlN及消除NbC、NbCN析出导致晶界脆性，可以大大降低低合金钢表面的开裂风险；另外，通过对连铸过程中二冷水的配置以及铸坯加热工艺的优化，进一步降低低合金钢由于热应力导致的表面裂纹。

Description

一种减少低合金钢表面裂纹的方法

技术领域

本申请涉及钢铁生产技术领域，具体而言，涉及一种减少低合金钢表面裂纹的方法

背景技术

低合金钢广泛应用于车辆、桥梁、建筑、特种设备等各种行业。随着制造业的不断发展，对钢板的强度、韧性、耐冲击性等性能提出更高要求，高质量、低成本是钢铁行业中竞争的主要方向。

大部分低合金钢中含有0.02％-0.04％的Nb元素，以NbC晶体在铸坯中弥散强化，提高低合金钢性能。低合金钢在冶炼过程中，Al、Nb元素易与N元素结合形成AlN、NbC、NbCN晶体，在铸坯浇注过程中析出导致晶界脆性，产生龟裂、角裂等铸坯表面裂纹，属于裂纹敏感性钢种。铸坯表面裂纹在轧制过程易导致强度、韧性恶化，轧制开裂甚至断坯等情况影响生产，因此低合金钢板坯轧制前要求进行表面精整检查，即对2-3mm表皮下横裂，龟裂等裂纹缺陷确认，并采用剥皮5-7mm处理严重缺陷，精整成本增加，生产效率偏低。采用Ti取代Nb的合金化冶炼工艺和采用缓冷坑缓冷或扣罩缓冷的方法可以改善一般裂纹敏感性钢种质量问题。但是有些问题依然难以得到解决，如铝合金脱氧在钢水凝固过程易产生AlN，析出导致晶界脆性，该问题仍是影响板坯表面裂纹的重要因素；其次，现有技术主要通过采用加强设备功能精度的方式来减少冶炼过程钢水吸氮、增氮，方法较为单一，对设备的稳定性，人工点检、维护成本要求较高；最后，采用下线堆叠缓冷或缓冷坑缓冷的方式降低板坯表面裂纹，生产效率低，对于高敏感性低合金钢，并不能从完全消除表面裂纹。

因此，采用合理的生产方法制造出各项性能优异的经济型高强钢板的同时，彻底消除高裂纹敏感性对轧制生产过程的不利影响成为当前亟待研究的重点方向。

发明内容

本申请的目的在于提供一种减少低合金钢表面裂纹的方法，通过多节点多手段控制，可以经济地解决低合金钢表面容易出现裂纹的问题。

本申请提供一种减少低合金钢表面裂纹的方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、轧制；LF精炼合金化时，控制钢中的Ti含量为0.010％-0.030％，Mn含量为1.40％-1.55％，并且在精炼全过程中不添加铝或铝合金，控制低合金钢中的Als含量为0.010％以下，在转炉冶炼、LF精炼和连铸过程中均进行控氮处理，控制N含量为50ppm以下。

进一步地，控制低合金钢中的Ti含量为0.010％-0.020％，N含量为45ppm以下。

在一种可选的实施方案中，转炉冶炼过程的控氮处理包括：出钢过程加碳粉进行弱脱氧，出钢终点加入120-150kg铝铁，同时转炉冶炼终点高拉碳，控制冶炼终点C含量≥0.07％。

在一种可选的实施方案中，转炉冶炼过程的控氮处理包括：扩大转炉出钢口，出钢口的横截面面积扩大10％-25％。

在一种可选的实施方案中，转炉冶炼过程的控氮处理包括：添加低氮含量的增碳剂，并且钢包全程底吹氩。

在一种可选的实施方案中，LF精炼过程的控氮处理包括：采用短弧造稀渣，控制氩气流量≤60L/min，钢液的成分调整在停电状态下进行，控制电离钢液面凹坑半径≤57mm。

在一种可选的实施方案中，连铸过程的控氮处理包括：在长水口与钢包下水口接触处进行50-60L/min的Ar封保护；开浇前6-10min中包内进行Ar气吹扫，形成无氮氛围；设置中包渣层厚度60～100mm，结晶器渣层厚度控制在40～80mm。

在一种可选的实施方案中，连铸过程采用单机单流连续弯曲、连续矫直、直弧型连铸机，连铸机配置两对电搅辊，扇形段采用动态软压，铸坯导向及拉矫装置为扇形段结构，分散驱动，连续弯曲，连续矫直，包括1个弯曲段、6个弧形段、2个矫直段和4个水平段。

在一种可选的实施方案中，连铸中通过降低结晶器、0段水量，弱化1-8段水量，将连铸矫直温度控制在955-975℃。

在一种可选的实施方案中，轧制采用板坯直装工艺，板坯装炉温度提高至450℃以上，轧制过程一段加热1080±50℃，二段加热1230±50℃，加热速度8.5±1min/cm。

本申请提供的一种减少低合金钢表面裂纹的方法的有效效果包括：通过精确控制低合金钢中Ti、Mn、Al、N的含量，尤其是在精炼全过程中不添加铝或铝合金，控制低合金钢中的Als含量为0.01％以下，同时在转炉冶炼、LF精炼和连铸过程中均进行控氮处理，控制N含量为50ppm以下，减少AlN及消除NbC、NbCN析出导致晶界脆性，可以大大降低低合金钢表面的开裂风险；另外，通过对连铸过程中二冷水的配置以及铸坯加热工艺的优化，进一步降低低合金钢由于热应力导致的表面裂纹。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：本实施例1中Q345T钢在工艺调整前的表面宏观状态；

图2：本实施例1中Q345T钢在工艺调整后的表面宏观状态；

图3：本实施例1中Q345T钢在工艺调整前的表面微观状态；

图4：本实施例1中Q345T钢在工艺调整后的表面微观状态。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本实施例提供一种减少合金钢表面裂纹的方法，本发明人发现，导致低合金钢表面裂纹产生的重要原因在于，低合金钢中添加了少量的微合金元素，如Nb、Ti、V等，这些元素和钢水中C、N结合能力强，容易形成碳氮化物并以第二相的形式析出，而微量元素的碳氮化物硬度大，在晶界中聚集的时候，容易导致钢坯在铸造或者压力加工时产生裂纹。其次，Al元素在钢中与氧和氮有很强的亲和力，其可作为脱氧定氮剂，缩小钢中的奥氏体相区。

基于上述认识，本实施例在精炼全过程中均不加入铝或者铝合金，精炼全过程包括LF精炼过程、RH真空处理；由于精炼过程未加入Al，钢中的Al含量很低，从而减少Al和N结合形成AlN，避免AlN在析出导致的晶界脆性，从而减少了表面裂纹。同时，由于Al含量低，为了进一步对钢水进行脱氧，采用转炉出钢加碳粉弱脱氧、LF精炼渣面脱氧剂进行扩散脱氧，在转炉冶炼、LF精炼和连铸过程中均进行控氮处理。具体地，将Als含量控制为0.010％以下，N含量控制为50ppm以下。

另外，Ti元素与N结合力强，可形成弥散的TiN，抑制奥氏体晶粒粗化，可增加钢板强度、断裂韧性，Mn元素与刚水中S元素结合，可降低S元素引起的热脆影响，稳定钢板性能，同时可与Ti、S形成复合硫化物，影响钢板低温韧性。具体地，本实施例LF精炼合金化时，控制钢中的Ti含量为0.010％-0.030％，Mn含量为1.40％-1.55％。

作为一种更加优选的方案，控制低合金钢中的Ti含量为0.010％-0.020％，N含量为45ppm以下。

RH真空处理采用氩气循环处理，避免钢水增氮。

可以理解的是，本实施例低合金钢的制备方法还包括铁水预处理、转炉冶炼、连铸和轧制步骤。

在转炉冶炼过程的控氮处理包括：进行弱脱氧，转炉冶炼终点高拉碳，控制冶炼终点C含量≥0.07％。

通过控制转炉冶炼终点的C含量在0.07％以上，可以实现造渣充分泡沫化，提高LF精炼埋弧效果，减少钢水与空气接触增氮，从而减少钢水中的氮含量。

此外，转炉冶炼过程的控氮处理还包括：扩大转炉出钢口，所述出钢口的横截面面积扩大10％-25％。

通过适当扩大出钢口，可以加快钢水的出钢过程，从而减少钢水与大气接触，并减少钢水吸氮。但是需要注意的是，出钢口过大，会导致出钢过程钢流大，易下渣回磷，影响铸坯质量，出钢口过小，会导致钢水与空气接触时间长，易增氮，因此，需要将出钢口横截面积扩大到合适的范围内，才能较好地控制钢水中的氮含量。

进一步地，转炉冶炼过程的控氮处理还包括：添加低氮含量的增碳剂，并且钢包全程底吹氩。

通过选择低氮含量的增碳剂原料，并配合全程底吹氩处理，可以进一步去除钢中的氮。

LF精炼过程的控氮处理包括：采用短弧造稀渣，控制氩气流量≤60L/min，钢液的成分调整在停电状态下进行，控制电离钢液面凹坑半径≤57mm。

在上述方案中，短弧造稀渣可以减少空气电离溶解且能耗低、钢水不易增碳。氩气的流量设置以不吹开钢水渣面为准，避免钢水与大气接触，钢液成分调整在停电状态下进行，可以减少物料引入空气增氮，持续底吹营造氩气氛围。电离钢液面凹坑半径越小，则钢水与大气接触的面积越小，钢水吸氮也越小。

连铸过程的控氮处理包括：在长水口与钢包下水口接触处进行50-60L/min的Ar封保护；开浇前6-10min中包内进行Ar气吹扫，形成无氮氛围；设置中包渣层厚度60～100mm，结晶器渣层厚度控制在40～80mm。

通过在连铸过程中对钢水可能和大气接触的位置进行Ar气吹扫，避免连铸过程中带入大气中的氮，并且通过设置合适的中包和结晶器渣层厚度，可以保证保护渣既可以吸附夹杂物上浮，又能减少卷渣，防止铸坯表面裂纹等缺陷发生。

连铸过程采用单机单流连续弯曲、连续矫直、直弧型连铸机，连铸机配置两对电搅辊，扇形段采用动态软压，铸坯导向及拉矫装置为扇形段结构，分散驱动，连续弯曲，连续矫直，包括1个弯曲段、6个弧形段、2个矫直段和4个水平段。

采用上述连铸设备和连铸布置方式，可以使热坯冷却过程受力均匀，减少液芯凝固产生中心偏析缺陷。

连铸中通过降低结晶器、0段水量，弱化1-8段水量，将连铸矫直温度控制在955-975℃。

其中，一冷、二冷水配置方式为：降低结晶器、0段水量，弱化1-8段水量。

通过上述配置，可以降低二冷比水量，保证铸坯矫直段表面温度，防止过冷产生表面裂纹。

通过上述轧制工艺的设置，可以避开第三脆性区间，不易发生沿晶断裂，降低微裂纹的扩大。

本实施例在不使用复杂设备的情况下，通过对转炉冶炼、LF精炼和连铸过程中多点控氮处理，将N含量控制在50ppm以下，极大地减小了钢中产生微合金氮化物的几率，降低了钢材开裂的概率。

实施例

韶钢炼钢厂生产的低合金钢包括：Q460C、Q420C、Q345T、Q345C和HQ435T等牌号钢，在合金成分未做优化以及工艺未调整前，其合金的化学组分及含量如表1所示。

表1未调整工艺前的合金成分(wt％)

本实施例分别对上述低合金钢的成分进行调整，提高Si、Ti、Mn含量、降低Al含量，并且严格控制钢中的N含量，具体制备工艺为：

(1)铁水预处理

KR脱硫设备，是铁水预处理的常用手段。通过添加活性石灰、萤石和铝渣利用搅拌扒渣的方式降低铁水中S及其他杂质元素含量，降低其对冶炼低合金钢的铁水质量影响。

(2)转炉冶炼

转炉出钢控氮：转炉冶炼弱脱氧终点高拉碳，冶炼终点C含量≥0.07，便于吹炼气体发生量增加，造渣充分泡沫化，降低裸露吸氮；扩大120t转炉出钢口，由150*170mm改造为160*190mm，缩短出钢时间，减少吸氮；缩短出钢过程加料时间，控制在1min以内；采用低氮含量的高温煅烧石油焦增碳剂，钢包全程底吹氩，降低钢水增氮。

(3)LF精炼

钢包炉精炼控氮：采用短弧造稀渣，氩气流量≤60L/min(不吹开钢水渣面)和停电调成分的方式，减少加热时电离钢液面凹坑半径，减少裸露吸氮。

(4)RH精炼

RH真空处理，以氩气作为循环气，软吹采用氩气进行底吹，氩气流量≤20L/min。

(5)连铸

保护浇注控氮：长水口与钢包下水口接触处进行50-60L/min的Ar封保护；开较前6-10min中包内进行Ar气吹扫，形成无氮氛围；中包渣层厚度60～100mm，结晶器渣层厚度控制在40～80mm，有效隔绝空气，减少成品增氮。

(6)二冷水制度优化

采用单机单流连续弯曲、连续矫直、直弧型连铸机，配置两对电搅辊；扇形段采用动态软压；铸坯导向及拉矫装置为扇形段结构，分散驱动，连续弯曲，连续矫直，包括1个弯曲段、6个弧形段、2个矫直段和4个水平段；优化一冷、二冷配水配置，降低0段上部、中部、下部水量，弱化1-8段水量，将连铸矫直温度控制在955-975℃。

具体地，220*2300mm断面结晶器水宽面由4500L/min降低至4000L/min，窄面由450L/min降低至400L/min；0段上部由300L/min降低至225L/min，0段中部由396L/min降低至297L/min，0段下部由298L/min降低至209L/min；1段由160-169L/min降低至104-110L/min；2、3段由43-112L/min降低至28-73L/min；4、5段由16-87L/min降低至10-57L/min；6、7、8段由0-203L/min降低至0-132L/min；总水量由2388L/min降低至1728L/min。

通过上述方法制备的合金成分如表2。

表2调整工艺后的合金成分(wt％)

可见，经过本技术方案制备的低合金钢，由于精炼全过程均未添加铝或者铝合金，Al含量均控制在0.01％以下，且由于在冶炼过程多个节点进行控氮，其N含量均控制在50ppm以下。

对工艺调整前和工艺调整后的部分低合金钢牌号(Q345T和Q460C)进行加热和轧制。

连铸坯完成直装工艺进行轧制，板坯装炉温度提高至450℃以上。轧制过程一段加热1080±50℃，二段加热1230±50℃，加热速度8.5±1min/cm，然后根据所需钢板规格调整压下量在初轧机内反复轧制，再经过矫直机对钢板矫正，最后剪切得到成品，经探伤检查质量后入库。

对工艺调整前后6个月的数据进行统计，其开裂情况如表3所示。

表3工艺调整前后的钢材轧制开裂情况

其中，Q345T的总裂纹占比由1.6％降低至0.14％，Q460C由3.9％将至0。可见，经过工艺调整后，钢材轧制后的开裂比例显著低于工艺调整前的钢材，大大提高了钢产品的合格率。另外，图1-图4为Q345T钢工艺调整前后的表面开裂情况，可以发现，工艺调整后，缺陷数量明显减少，缺陷分布由分散、密集变化为少量且集中，裂纹大小降低且裂纹深度减小，大大降低了清理量，可节约成本。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种减少低合金钢表面裂纹的方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、轧制；其特征在于，LF精炼合金化时，控制钢中的Ti含量为0.010％-0.030％，Mn含量为1.40％-1.55％，并且在精炼全过程中不添加铝或铝合金，控制所述低合金钢中的Als含量为0.010％以下，在转炉冶炼、LF精炼和连铸过程中均进行控氮处理，控制N含量为50ppm以下。

2.根据权利要求1所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，控制所述低合金钢中的Ti含量为0.010％-0.020％，N含量为45ppm以下。

3.根据权利要求1或2所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述转炉冶炼过程的控氮处理包括：出钢过程加碳粉进行弱脱氧，出钢终点加入120-150kg铝铁，同时转炉冶炼终点高拉碳，控制冶炼终点C含量≥0.07％。

4.根据权利要求3所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述转炉冶炼过程的控氮处理包括：扩大转炉出钢口，所述出钢口的横截面面积扩大10％-25％。

5.根据权利要求4所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述转炉冶炼过程的控氮处理包括：添加低氮含量的增碳剂，并且钢包全程底吹氩。

6.根据权利要求1或2所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述LF精炼过程的控氮处理包括：采用短弧造稀渣，控制氩气流量≤60L/min，钢液的成分调整在停电状态下进行，控制电离钢液面凹坑半径≤57mm。

7.根据权利要求1或2所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述连铸过程的控氮处理包括：在长水口与钢包下水口接触处进行50-60L/min的Ar封保护；开浇前6-10min中包内进行Ar气吹扫，形成无氮氛围；设置中包渣层厚度60～100mm，结晶器渣层厚度控制在40～80mm。

8.根据权利要求1或2所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述连铸过程采用单机单流连续弯曲、连续矫直、直弧型连铸机，所述连铸机配置两对电搅辊，扇形段采用动态软压，铸坯导向及拉矫装置为扇形段结构，分散驱动，连续弯曲，连续矫直，包括1个弯曲段、6个弧形段、2个矫直段和4个水平段。

9.根据权利要求8所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述连铸中通过降低结晶器、0段水量，弱化1-8段水量，将连铸矫直温度控制在955-975℃。

10.根据权利要求9所述的一种减少低合金钢表面裂纹的方法，其特征在于，所述轧制采用板坯直装工艺，板坯装炉温度提高至450℃以上，轧制过程一段加热1080±50℃，二段加热1230±50℃，加热速度8.5±1min/cm。