CN114130976A - 一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车轴钢大圆坯连续铸钢，属于钢铁冶金领域。一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，包括以下步骤：（1）生产工艺流程设计：生产工艺依次经过电炉冶炼、精炼、真空脱气、大圆坯连铸和铸坯缓冷；（2）连铸工艺技术设计思路。本发明采用三段式电磁搅拌避免凝固穿晶现象发生，增加中心等轴晶比例，增强补缩效果，将原本凝固收缩产生的大尺寸缩孔分散至中心等轴晶区域内，改善中心质量；将凝固末端压下技术首次应用到大圆坯连铸，起到直接压合缩孔的效果，显著提升了铸坯的中心致密性。
Description
技术领域
本发明涉及车轴钢大圆坯连续铸钢，主要采用电磁搅拌和末端压下的方法来提升连铸圆坯中心致密性，属于钢铁冶金领域。
背景技术
LZ50钢是目前市场上需求量最大、用途最广的车轴钢品种，广泛应用于国内外铁路货车、客车以及160km/h城际动车组车轴制造上。但LZ50钢成分体系中C元素含量在0.50％附近，连铸坯的凝固结构上等轴晶比例很低，且极易发生穿晶问题，导致严重的中心缩孔缺陷，造成轧后探伤不合。本发明是通过三段式电磁搅拌增加中心等轴晶比例、防止穿晶现象发生，再通过直接在圆坯凝固末端施加压下，减轻缩孔缺陷，提升铸坯的中心致密性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法。
本发明的目的是这样实现的：一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，包括以下步骤：
（1）生产工艺流程设计：生产工艺依次经过电炉冶炼、精炼、真空脱气、大圆坯连铸和铸坯缓冷；
（2）连铸工艺技术设计思路：
1）采用深熔池大容量中间包，稳定浇注过程中的中包钢水温度，控制中包内钢水温降＜10℃，实现低过热度浇注；
2）在铸机二冷区施加电磁搅拌，调整电磁搅拌电流至80-200A，频率至2-3Hz，均匀钢水温度，提升大圆坯的中心等轴晶比例，在凝固过程中施加末端电磁搅拌，调整电磁搅拌电流至300-500A，频率至1-2Hz，打碎枝晶，增强钢水补缩，通过3次电磁搅拌，实现第一步减轻中心缩孔的目的；
3）将凝固末端控制在铸机的矫直区间，通过拉矫机的液压系统在凝固末端施加压下，使铸坯中心出现变形，实现第二步减轻中心缩孔、压合疏松的目的。
进一步的讲，大圆坯连铸的断面尺寸在Φ600-800mm。
进一步的讲，步骤1）中连铸中间包钢水容量与大包钢水容量的比值在0.45-0.55，低过热度浇注时钢水过热度在20-30℃。
进一步的讲，步骤2）中在铸机二冷区施加两次电磁搅拌将大圆坯的中心等轴晶比例调整为30-60％，防止凝固穿晶现象发生，在凝固过程中施加一次末端电磁搅拌，末端搅拌安装在凝固液芯比例为30-40％的位置。
进一步的讲，步骤3）中利用凝固末端附近的2-5组拉矫机对铸坯施加压下，总压下量为30-60mm。
进一步的讲，步骤3）中2-5组拉矫机采用多点压下的方法避免出现铸坯出现中间裂纹。
进一步的讲，步骤3）中压下过程铸坯表面温度在800-880℃，避免铸坯出现表面裂纹。
本发明的有益效果是：本发明采用三段式电磁搅拌避免凝固穿晶现象发生，增加中心等轴晶比例，增强补缩效果，将原本凝固收缩产生的大尺寸缩孔分散至中心等轴晶区域内，改善中心质量；将凝固末端压下技术首次应用到大圆坯连铸，起到直接压合缩孔的效果，显著提升了铸坯的中心致密性。
具体实施方式
本发明创新目的在于减轻LZ50车轴钢大圆坯的中心缩孔，提升铸坯中心致密性，其中将末端压下技术应用到圆坯连铸来提升中心致密性在国内属于首创。
1、生产工艺流程设计：
电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大圆坯连铸→铸坯缓冷。
2、生产工艺技术设计思路
（1）采用深熔池大容量中间包，稳定浇注过程中的中包温度，控制中包内钢水温降＜10℃，实现低过热度浇注。
（2）连铸过程中，在二冷区施加2次电磁搅拌，均匀钢水温度，增加凝固形核，提升铸坯的中心等轴晶比例，通过调整合适的电磁搅拌强度，将LZ50钢的中心等轴晶稳定提高至30％-60％，防止凝固穿晶现象发生，将原本凝固收缩后铸坯中心出现的大尺寸缩孔分散至整个中心等轴晶区域内，减小缩孔尺寸，改善中心质量；在凝固末期，液芯比例30％-40％的区域施加末端电磁搅拌，打碎枝晶，增强钢水补缩，减轻中心缩孔。
（3）结合凝固传热模型以及实际的铸坯解剖结果确定凝固末端位置，控制合理的拉速和钢水过热度，将凝固末端控制到铸机的矫直区间。利用拉矫机上装备的液压系统对铸坯施加压下，通过凝固末端位置附近的2-5组拉矫机实现多点压下，避免单点压下量过大产生内部裂纹。此外，实际过程中还应特别注意铸坯压下过程的温度，对于LZ50车轴钢而言，需保证压下过程的铸坯表面温度在800-880℃，否则压下过程中铸坯会产生表面裂纹。
实施例
对于Φ690mm车轴钢大圆坯规格，第一段二冷电磁搅拌布置位置在距结晶器3.8m，搅拌采取不换向工艺；第二段二冷电磁搅拌布置位置在距结晶器9.7m，搅拌采取不换向工艺；末端电磁搅拌布置位置在距结晶器17.0m，搅拌采取不换向工艺。在柱状晶生长过程中施加两次搅拌，有效均匀钢水温度，降低温度梯度，增加等轴晶形核，将铸坯等轴晶比例稳定控制在30％-60％。在液芯30-40％的区域施加末端电磁搅拌，打碎枝晶，增加钢水补缩，减轻中心缩孔。
大圆坯末端压下方法：控制0.26m/min横定拉速铸钢，控制20-30℃的钢水过热，将凝固末端位置控制在铸机矫直区间。利用凝固末端位置前后的4组拉矫机直接对大圆坯施加压下，采用多点压下技术，避免单点压下量过大造成的铸坯中间裂纹，总压下量控制在30-60mm。
压下过程表面裂纹控制方法：控制LZ50车轴钢大圆坯末端压下位置的铸坯表面温度在800-880℃，防止压下过程出现表面裂纹。
实施例一
（1）采用“80t电炉+LF精炼+VD真空脱气”冶炼，典型的LZ50钢成分见表1。
表1 LZ50车轴钢熔炼成品化学成分（质量百分比％）
（2）选用Φ690mm断面规格的结晶器。
（3）采用40t深熔池大容量中间包，减少中包钢水过程温降，浇注过程中中间包钢水容量30-38t，浇注过程中温降＜10℃；中包液面以上全程通Ar气保护，使用碱性覆盖剂，减少二次氧化。
（4）大包到站温度1545±5℃，浇注过程稳定中间包内钢水温度在1503-1513℃，LZ50钢液相线参考温度1483℃，即实现25±5℃的低过热度目标。
（5）过程维持0.26m/min恒定拉速铸钢。
（6）结晶器水流量4000L/min；二冷区弱冷，比水量0.12L/Kg钢。
（7）在足辊以下距结晶器3.8m位置布置第一段二冷电磁搅拌，设置120A电流/2.5Hz频率，采用不换向工艺；在距结晶器9.7m位置布置第二段二冷电磁搅拌，设置130A电流/2.0Hz频率，采用不换向工艺；在距结晶器17.0m位置布置末端电磁搅拌，设置400A电流/1.5Hz频率，采用不换向工艺。
（8）在连铸机的第2-5组拉矫机上开启压下功能，其中第2、3、4组拉矫机的矫直辊分别压下10mm，第5组拉矫机的矫直辊压下5mm总压下量35mm。
表2 实施例一的拉矫机布置位置及压下方案
（9）铸坯切头≥1500mm，切尾≥4000mm，切割后入缓冷坑冷却，缓冷时间≥48小时。
实施例二
采用“80t电炉+LF精炼+VD真空脱气”冶炼，典型的LZ50钢成分见表1。
表1 LZ50车轴钢熔炼成品化学成分（质量百分比％）
（2）选用Φ690mm断面规格的结晶器。
（3）采用40t深熔池大容量中间包，减少中包钢水过程温降，浇注过程中中间包钢水容量30-38t，浇注过程中温降＜10℃；中包液面以上全程通Ar气保护，使用碱性覆盖剂，减少二次氧化。
（4）大包到站温度1545±5℃，浇注过程稳定中间包内钢水温度在1503-1513℃，LZ50钢液相线参考温度1483℃，即实现25±5℃的低过热度目标。
（5）过程维持0.26m/min恒定拉速铸钢。
（6）结晶器水流量4200L/min；二冷区弱冷，比水量0.10L/Kg钢。
（7）在足辊以下距结晶器3.8m位置布置第一段二冷电磁搅拌，设置100A电流/2.5Hz频率，采用不换向工艺；在距结晶器9.7m位置布置第二段二冷电磁搅拌，设置110A电流/2.0Hz频率，采用不换向工艺；在距结晶器17.0m位置布置末端电磁搅拌，设置300A电流/1.5Hz频率，采用不换向工艺。
（8）在连铸机的第2-5组拉矫机上开启压下功能，其中第2、3组拉矫机的矫直辊压下20mm，第4、5组拉矫机的矫直辊压下10mm，总压下量60mm。
表3 实施例二的拉矫机布置位置及压下方案
（9）铸坯切头≥1500mm，切尾≥4000mm，切割后入缓冷坑冷却，缓冷时间≥48小时。
实施效果
（1）三段式电磁搅拌下铸坯的等轴晶比例以及末端压下工艺铸坯变形效果：采用本发明的双二冷+末端电磁搅拌，铸坯等轴晶比例可稳定达到30％以上；实施例一中Φ690mm圆坯末端压下35mm后，外形尺寸上平行于压下方向的尺寸为640mm，垂直于压下方向的尺寸为698mm，变形效果显著；实施例二中Φ690mm圆坯末端压下60mm后，外形尺寸上平行于压下方向的尺寸为615mm，垂直于压下方向的尺寸为709mm，变形效果显著。
（2）铸坯中心致密性对比：常规工艺下LZ50钢大圆坯的中心缩孔的最大尺寸约15mm，实施例一中采用三段式电磁搅拌+末端压下35mm工艺可将中心缩孔减至5mm以下，实施例二中采用三段式电磁搅拌+末端压下60mm工艺可将中心缩孔减至3mm以下。
（3）压下位置表面温度：在铸机第2-5组拉矫机施加压下过程中，实施例一、二均保证了铸坯表面温度在800-880℃。
表4 铸坯表面温度测量结果,℃
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (7)
1.一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）生产工艺流程设计：生产工艺依次经过电炉冶炼、精炼、真空脱气、大圆坯连铸和铸坯缓冷；
（2）连铸工艺技术设计思路：
1）采用深熔池大容量中间包，稳定浇注过程中的中包钢水温度，控制中包内钢水温降＜10℃，实现低过热度浇注；
2）在铸机二冷区施加电磁搅拌，调整电磁搅拌电流至80-200A，频率至2-3Hz，均匀钢水温度，提升大圆坯的中心等轴晶比例，在凝固过程中施加末端电磁搅拌，调整电磁搅拌电流至300-500A，频率至1-2Hz，打碎枝晶，增强钢水补缩，通过3次电磁搅拌，实现第一步减轻中心缩孔的目的；
3）将凝固末端控制在铸机的矫直区间，通过拉矫机的液压系统在凝固末端施加压下，使铸坯中心出现变形，实现第二步减轻中心缩孔、压合疏松的目的。
2.根据权利要求1所述的一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：大圆坯连铸的断面尺寸在Φ600-800mm。
3.根据权利要求1所述的一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：步骤1）中连铸中间包钢水容量与大包钢水容量的比值在0.45-0.55，低过热度浇注时钢水过热度在20-30℃。
4.根据权利要求1所述的一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：步骤2）中在铸机二冷区施加两次电磁搅拌将大圆坯的中心等轴晶比例调整为30-60％，防止凝固穿晶现象发生，在凝固过程中施加一次末端电磁搅拌，末端搅拌安装在凝固液芯比例为30-40％的位置。
5.根据权利要求1所述的一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：步骤3）中利用凝固末端附近的2-5组拉矫机对铸坯施加压下，总压下量为30-60mm。
6.根据权利要求5所述的一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：步骤3）中2-5组拉矫机采用多点压下的方法避免出现铸坯出现中间裂纹。
7.根据权利要求1所述的一种车轴钢大圆坯中心致密性的提升方法，其特征在于：步骤3）中压下过程铸坯表面温度在800-880℃，避免铸坯出现表面裂纹。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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: 20220304 |