CN115041654A - 一种铸坯中心偏析的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铸坯中心偏析的控制方法，尤其适用于海洋耐蚀钢筋铸坯中心偏析的控制。该控制方法包括连铸中的二冷过程和轻压下过程，其中二冷过程采用弱冷，比水量为0.4L/kg‑1.2L/kg；轻压下过程的压下区间固相率为0.3‑0.8，压下量为8mm‑14mm。该控制方法可以显著减少铸坯中硫元素和锰元素偏析，而且通过检验，中心偏析级别达到1.0级，中心偏析指数小于1.10。

Description

一种铸坯中心偏析的控制方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铸坯中心偏析的控制方法，尤其适用于海洋耐蚀钢筋铸坯中心偏析的控制。
背景技术
中心偏析是在钢铁铸坯过程中，在铸坯中心部位往往会形成元素富集的偏析带，是铸坯常见的一种宏观缺陷，铸坯的中心偏析一旦形成，无法在后续工序(如轧制、热处理等)中完全消除。在连铸生产中，铸坯的中心偏析对钢材质量和性能有重要影响。比如，现在随着越多的基础设施在海洋中建设，沿海的港口码头、跨海大桥、填海造岛等钢筋混凝土建筑增加，更多海洋工程建筑群面临氯盐腐蚀的严峻挑战，需要耐腐蚀钢筋。而海洋耐蚀钢筋为中、高合金钢，添加的高锰、高铬等元素会在钢坯凝固过程形成偏析问题，造成铸坯轧后中心质量恶化，最终导致冲击韧性差、拉拔断裂等质量问题。除此之外，一些其他用途的钢在铸坯过程也同样存在中心偏析的问题。
综上，现在需要一种连铸过程中控制铸坯中心偏析的方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种铸坯中心偏析的控制方法。该控制方法通过在连铸过程中主要控制轻压下的参数(如压下量、压下区间固相率等)和二冷过程的参数，从而有效减少铸坯中硫元素和锰元素的偏析。
为了达到上述目的，采用以下技术方案：
本发明提供了一种铸坯中心偏析的控制方法，包括控制连铸中的二冷过程和轻压下过程，其中，二冷过程采用弱冷，比水量为0.4L/kg-1.2L/kg；轻压下过程的压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为8mm-14mm。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，还可以包括在二冷过程中控制冷却水流量和气流量，其中，一区：冷水量可以为2.52m3/h-2.88m3/h，气流量可以为163m3/h-172m3/h；二区：冷水量可以为2.30m3/h-2.61m3/h，气流量可以为231m3/h-236m3/h；三区：冷水量可以为2.24m3/h-2.52m3/h，气流量可以为198m3/h-203m3/h；四区：冷水量可以为1.26m3/h-1.49m3/h，气流量可以为220m3/h-225m3/h。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，轻压下过程的压下率可以为0.98mm/m-1.02mm/m。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，还可以包括连铸前对钢水进行精炼，控制钢水中S百分含量≤0.005％。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，上述精炼过程中，石灰用量可以为6.5Kg/t-7.5Kg/t，白渣碱度质量比CaO：SiO2可以为3.5-4.5。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，还可以包括连铸前对连铸机辊缝进行测量，控制辊缝误差≤0.5mm。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，还可以包括连铸过程进行过热度控制，过热度为18℃-33℃。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，还包括在连铸过程中进行电磁搅拌，搅拌电流为350A-550A，搅拌频率为3Hz-8Hz。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，在连铸凝固末端进行电磁搅拌。
在本发明控制方法的一个示例性实施例中，铸坯组分按照质量百分比计，可以包括0.02％-0.05％C、0.40％-0.60％Si、1.40％-1.60％Mn、0.20％-0.50％Ni、2.0％-3.0％Cr、0.03％-0.10％V、≤0.005％S、≤0.010％P，余量为Fe和杂质。
本发明有益效果在于：本发明提供的铸坯中心偏析的控制方法可以显著减少铸坯中硫元素和锰元素偏析，而且通过检验，中心偏析级别达到1.0级，中心偏析指数小于1.10。
附图说明
图1为连铸设备示意图。
图2为5点法取样检测中心偏析指数示意图。
图3为实施例1中低倍检验情况。
图4为实施例2中低倍检验情况。
附图标记说明
图1中，1：盛钢桶(大包)；2：滑动水口；3：塞棒；4：中间罐(中间包)；5：一次冷却装置；51：震动装置；52：结晶器；6：电磁搅拌装置；7：二次冷却装置；8：拉坯(矫直)装置；9：轻压下装置；10：切割装置；11：铸坯传送装置。
具体实施方式
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意于限制本公开。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则单数形式的表达包括复数形式的表达。如本文所使用的，应当理解，诸如“包括”、“具有”、“包含”之类的术语旨在指示特征、数字、操作、组件、零件、元件、材料或组合的存在。在说明书中公开了本发明的术语，并且不旨在排除可能存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、操作、组件、部件、元件、材料或其组合的可能性。如在此使用的，根据情况，“/”可以被解释为“和”或“或”。
本发明中，铸坯中心偏析的控制方法是通过控制连铸过程或连铸前后过程的工艺参数进而控制铸坯的中心偏析。现有连铸设备示意图如图1所示，结合图1，对现有连铸工艺步骤进行说明，其包括以下步骤：(1)精炼或者未精炼的钢水盛装于盛钢桶(大包)1，然后通过滑动水口2分装至中间罐(中间包)4；(2)抬升塞棒3，将中间罐4的钢水经过一次冷却装置5进行冷却，即在结晶器52和结晶振动装置51的共同作用下进行冷却；(3)一次冷却后的钢筋在扇形段通过拉坯(矫值)装置8和结晶振动装置51共同作用，将结晶器52内的铸件拉出，然后通过二次冷却装置7进行进一步冷却(即控制冷却水和冷却气二次冷却铸坯)，同时使用电磁搅拌装置6进行电磁搅拌；(4)二次冷却后拉出的钢筋在轻压下装置9的作用下进行轻压下；(5)将轻压下后得到的钢筋板坯使用切割装置10进行切割，然后通过铸坯传送装置11传送。
对于上述连铸工艺中，结晶器52使铸件成形并凝固结晶(一次冷却)，拉坯(矫值)装置8和结晶振动装置51共同作用，将结晶器52内的铸件拉出；当铸坯从结晶器52中拉出以后，它表面仅有10mm-25mm的坯壳，中间充满未凝固钢液，因此使用二冷区(即沿扇形段分布的二次冷却装置7对初生坯壳起支撑保护和向铸坯喷水进一步冷却铸坯。在结晶器52中钢水凝固带走整个过程凝固热量的20％左右，剩下的80％热量在二冷区中被带走。
需要说明的是，上述图1所示的连铸设备示意图仅仅是为了更加清楚的阐述本发明的控制方法，但是本发明中的控制方法不仅仅局限于上述连铸设备的流程。
本发明提供了一种铸坯中心偏析的控制方法，至少包括连铸中的二冷过程和轻压下过程，其中，二冷过程采用弱冷，比水量为0.4L/kg-1.2L/kg；轻压下过程的压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为8mm-14mm。对于具体比水量和具体压下量，比水量可以选择0.5L/kg、1L/kg、1.2L/kg等，压下量可以选择8mm、10mm、14mm等。
需要说明的是，在本发明中，连铸中的二冷过程采用弱冷且比水量为0.4L/kg-1.2L/kg结合压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为8mm-14mm的轻压下过程，可将铸坯的中心偏析问题进行大幅度的改善，至少可以将铸坯的中心偏析控制到1.0级，且中心偏析指数＜1.10。
进一步地，上述控制方法中，连铸二冷阶段各区冷却水流量和冷却气流量可以进行如下设置：一区：冷水量可以为2.52m3/h-2.88m3/h，例如2.55m3/h、2.80m3/h；气流量可以为163m3/h-172m3/h，例如165m3/h、170m3/h；二区：冷水量可以为2.30m3/h-2.61m3/h，例如2.41m3/h、2.52m3/h；气流量可以为231m3/h-236m3/h，例如233m3/h、235m3/h；三区：冷水量可以为2.24m3/h-2.52m3/h，例如2.30m3/h、2.50m3/h，气流量可以为198m3/h-203m3/h，例如，199m3/h、200m3/h；四区：冷水量可以为1.26m3/h-1.49m3/h，例如1.30m3/h、1.45m3/h，气流量可以为220m3/h-225m3/h，例如223m3/h、224m3/h。具体地，二冷的冷水量和气流量决定了二冷冷却强度，二冷冷却强度会对中心偏析造成较大影响，较小二冷冷却强度将造成铸坯带液心矫直，易产生矫直裂纹；二冷冷却强度过高，那么柱状晶发达以及枝晶搭桥会造成疏松、缩孔和中心偏析等问题；所以本发明中的冷水量和气流量优选上述参数，可以较大程度改善钢铸坯中心偏析和疏松等问题。
进一步地，上述控制方法中，连铸轻压下过程的目的是对凝固收缩进行补偿。具体地，轻压下技术的基本原理是指通过在连铸坯液芯末端附近施加压力，产生一定的压下量来补偿铸坯凝固的收缩量，消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，让枝晶间富集溶质的剩余液相仍保留在原来的位置，防止向铸坯中心横向移动形成偏析，同时轻压下的压下作用使液芯钢液沿拉坯的反向流动，使中心钢液重新分配，从而使中心凝固组织更加致密，成分更加均匀，起到降低中心偏析和改善中心疏松的作用。
进一步地，目前轻下压有两种方式，一种是静态轻压下，一种是动态轻压下。目前静态轻压下由于需要调整浇铸条件(拉速、冷却等)，使铸坯凝固末端两相区刚好位于固定的轻压下铸辊内然后进行轻压，控制比较麻烦，而且目前静态轻压下工艺减轻中心偏析的效果大多不佳，所以优选动态轻压下的方式。
进一步地，上述轻压下过程的压下率可以为0.98mm/m-1.02mm/m。具体地，轻压下的压下率是指在浇筑方向上单位长度的压下量，可以根据钢铸坯材料内部产生裂纹的临界应变和对钢铸坯进行轻压下时产生的应变进行计算，为了达到更好的轻压下效果，压下率可以设置为1.02mm/m。
进一步地，上述控制方法中还可以包括连铸前对连铸辊缝进行测量，控制辊缝误差≤0.5mm。具体地，辊缝控制不良不仅影响铸坯的质量，容易引起中心裂纹，偏析等质量问题，同时也将影响铸机的运行状态，还可能导致辊子变形，扇形段损坏等问题。所以，在连铸前，可以对扇形段辊缝情况进行检查，控制辊缝与标准值误差≤0.5mm，即辊缝误差≤0.5mm；同时，同侧上下两辊之间的偏差量控制在≤0.05mm。
进一步地，上述控制方法中还可以包括连铸前对钢水进行精炼，控制钢水中S百分含量≤0.005％。具体地，连铸前，在LF精炼炉加入石灰和助熔渣调整渣的流动性及碱度并制造还原性白渣，保证钢水S百分含量≤0.005％，减少钢铸坯中硫元素偏析。
进一步地，上述精炼过程中，石灰用量可以为6.5Kg/t-7.5Kg/t，白渣碱度质量比CaO：SiO2可以为3.5-4.5。即在此过程中，可以加入6.5Kg/t-7.5Kg/t石灰，白渣碱度CaO：SiO2的质量比可以控制在3.5-4.5。例如，加入石灰量可以为6.8Kg/t、7.0Kg/t、7.5Kg/t；白渣碱度CaO：SiO2的质量百分比可以控制为3.5、3.7、3.9、4.5。
进一步地，上述控制方法中，为了更有效减少中心偏析，在连铸过程中进行过热度控制，过热度可以为18℃-33℃。比如，过热度可以为18℃、23℃、30℃。具体地，过热度过高会导致铸坯柱状晶发达、中心偏析加重以及易产生中心线裂纹等问题；过热度过低会产生连坯表面容易产生结疱、夹渣和裂纹等问题，而且过热度过低还会导致非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量；所以本发明中过热度优选为18℃-33℃，可以较大程度改善中心线裂纹以及表面结疱、夹渣、裂纹等问题。
进一步地，上述控制方法还可以包括在连铸过程中进行电磁搅拌，搅拌电流可以为350A-550A，搅拌频率可以为3Hz-8Hz。具体地，搅拌电流可以设置为350A、480A、550A等；搅拌频率可以设置为3Hz、5Hz、8Hz等。
需要说明的是，进行电磁搅拌是为了防止连铸过程钢筋凝固搭桥并提高等轴晶比例，电磁搅拌技术是借助电磁力的作用，强化铸坯液相穴中钢水的运动，从而改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，达到改善铸坯质量的目的。
进一步地，电磁搅拌可以在连铸一冷阶段、二冷阶段、凝固末端进行，为了生产的需要还可以将其任意组合来使用。不过本发明中，为了使得减轻铸坯中心偏析的效果更加明显，更加显著增加连铸坯的等轴晶率，减少连铸坯的“晶桥”现象，可以选择在凝固末端进行电磁搅拌。
进一步地，上述控制方法适用于不同种类的铸坯材料，不过更加适用于海洋耐腐蚀钢筋铸坯材料，尤其更适用于以下组分的海洋耐腐蚀钢筋材料，其组分按照质量百分比计，包括0.02％-0.05％C、0.40％-0.60％Si、1.40％-1.60％Mn、0.20％-0.50％Ni、2.0％-3.0％Cr、0.03％-0.10％V、≤0.005％S、≤0.010％P，余量为Fe和杂质。对于上述组分的海洋耐腐蚀钢筋，通过本发明控制方法得到的通过低倍检验得知，中心偏析级别可达到1.0级，中心偏析指数小于1.10。
进一步地，上述控制方法尤其适用于控制小方坯连铸过程中的中心偏析，比如尤其适用于控制海洋耐腐蚀钢筋小方坯连铸过程中的中心偏析。
需要说明的是，上述控制方法中，除了至少包括连铸二冷过程(采用弱冷，比水量为0.4L/kg-1.2L/kg)和轻压下过程(压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为8mm-14mm)外，为了达到减轻硫元素和锰元素中心偏析的最优的效果，可以将上述控制方法的每个阶段的参数进行匹配形成综合优势，即在连铸过程的每个对应阶段，均使用上述的工艺参数。
进一步地，上述控制方法连铸得到的海洋耐腐蚀钢铸坯按照标准《YB/T4002-2013》进行低倍检测，中心偏析能达到1.0级以上；和/或按照5点取样法进行中心偏析质量检测，中心偏析指数小于1.10。
进一步地，按照上述控制方法连铸的海洋耐腐蚀钢铸坯，内部质量好，可以广泛应用在海洋建设中，比如广泛应用在沿海的港口码头、跨海大桥、填海造岛等钢筋混凝土建筑工程中。
为了更好地理解本发明，下面结合具体示例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。
以下实施例中，按照标准《YB/T4002-2013》对连铸坯进行低倍检测。
以下实施例中，采用如图2所示的5点取样法进行中心偏析质量检验，具体为：以直径5mm钻头在图示中5点进行钻取，以1号至4号4个位置点的平均碳含量作为碳的名义含量，以几何中心位置(5号位置)碳元素含量比上碳元素的名义含量作为中心偏析指数。需要说明的是，对于图2中标记的尺寸，并非限定了仅仅适用于该尺寸的检测，也适用于其他尺寸检测；检测其他尺寸时，可以按照图2中的尺寸比例进行缩放找到1号至5号位置，然后进行检测。
实施例1
本发明实施例中，选择化学成分如表1所示的海洋耐蚀钢筋材料进行连铸。
表1实施例1中海洋耐蚀钢筋化学成分(wt，％)
成分 C Si Mn P S Ni V Cr N
数值 0.034 0.51 1.52 0.007 0.004 0.41 0.055 2.52 0.0098
本发明实施例中，对上述海洋耐蚀钢筋材料按照以下参数进行连铸：
(1)钢水在LF精炼工序炉加入石灰6.8Kg/t造碱度在3.7的还原性白渣，保证钢水S质量百分数≤0.004％；
(2)生产前对扇形段对中情况进行检查，辊子不对中的允许值为0.3mm，辊缝误差为0.4mm，同时同侧上下两辊之间的偏差量控制在0.05mm以下；
(3)生产过程连铸钢水过热度范围控制在18℃-33℃，浇注温度为1533℃-1551℃；二冷各区水流量和气流量如表2所示；
表2实施例1二冷各区水流量和气流量
Figure BDA0003667326730000061
Figure BDA0003667326730000071
(4)设置二冷电磁搅拌电流为410A，搅拌频率5Hz；
(5)浇铸过程在凝固末端动态轻压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为10mm，压下率1.02mm/m。
按照上述连铸参数连铸得到海洋耐蚀钢筋铸坯按照上述标准进行低倍检测，检测情况如图3所示，中心偏析级别为1.0级；然后按照上述5点法进行中心偏析质量检验，检验情况如下表3所示，中心偏析指数为1.05。
表3实施例1的中心偏析指数
位置 1 2 3 4 5(中心) 中心偏析指数
碳含量 0.830 0.841 0.827 0.829 0.873 1.05
实施例2
本发明实施例中，选择化学成分如表3所示的海洋耐蚀钢筋材料进行连铸。
表4实施例2中海洋耐蚀钢筋化学成分(wt，％)
成分 C Si Mn P S Ni V Cr N
数值 0.031 0.54 1.50 0.009 0.003 0.44 0.057 2.56 0.0086
本发明实施例中，对上述海洋耐蚀钢筋材料按照以下参数进行连铸：
(1)钢水在LF精炼工序炉加入石灰7.1Kg/t造碱度在3.9的还原性白渣，保证钢水S质量百分数≤0.003％；
(2)生产前对扇形段对中情况进行检查，辊子不对中的允许值为0.4mm，辊缝误差为0.4mm，同时同侧上下两辊之间的偏差量控制在0.05mm以下；
(3)生产过程连铸钢水过热度范围控制在18℃-33℃，浇注温度为1533℃-1551℃，二冷各区水流量和气流量如表4所示；
表5实施例2中二冷各区水流量和气流量
一区 二区 三区 四区
水流量(m<sup>3</sup>/h) 2.65 2.31 2.33 1.36
气流量(m<sup>3</sup>/h) 167 234 198 221
(4)设置二冷电磁搅拌电流为430A，搅拌频率6Hz。
(5)浇铸过程在凝固末端动态轻压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为11mm，压下率1.02mm/m。
按照上述连铸参数连铸得到海洋耐蚀钢筋铸坯按照上述标准进行低倍检测，检测情况如图4所示，中心偏析级别为1.0级；然后按照上述5点法进行中心偏析质量检验，检验情况如下表6所示，中心偏析指数为1.02。
表6实施例2的中心偏析指数
位置 1 2 3 4 5(中心) 中心偏析指数
碳含量 0.819 0.843 0.83 0.826 0.846 1.02
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，包括控制连铸中的二冷过程和轻压下过程，其中，二冷过程采用弱冷，比水量为0.4L/kg-1.2L/kg；轻压下过程的压下区间固相率为0.3-0.8，压下量为8mm-14mm。
2.根据权利要求1所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，还包括在二冷过程中控制冷却水流量和气流量，其中，
一区：冷水量2.52m3/h-2.88m3/h，气流量163m3/h-172m3/h；
二区：冷水量2.30m3/h-2.61m3/h，气流量231m3/h-236m3/h；
三区：冷水量2.24m3/h-2.52m3/h，气流量198m3/h-203m3/h；
四区：冷水量1.26m3/h-1.49m3/h，气流量220m3/h-225m3/h。
3.根据权利要求1或2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，轻压下过程的压下率为0.98mm/m-1.02mm/m。
4.根据权利要求1或2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，还包括连铸前对钢水进行精炼，控制钢水中S百分含量≤0.005％。
5.根据权利要求4所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，精炼过程中，石灰用量为6.5Kg/t-7.5Kg/t，白渣碱度质量比CaO：SiO2为3.5-4.5。
6.根据权利要求1或2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，还包括连铸前对连铸辊缝进行测量，控制辊缝误差≤0.5mm。
7.根据权利要求1或2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，还包括连铸过程进行过热度控制，过热度为18℃-33℃。
8.据权利要求1或2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，还包括在连铸过程中进行电磁搅拌，搅拌电流为350A-550A，搅拌频率为3Hz-8Hz。
9.根据权利要求8所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，采用末端电磁搅拌。
10.根据权利要求1或2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，铸坯组分按照质量百分比计，包括0.02％-0.05％C、0.40％-0.60％Si、1.40％-1.60％Mn、0.20％-0.50％Ni、2.0％-3.0％Cr、0.03％-0.10％V、≤0.005％S、≤0.010％P，余量为Fe和不可避免的杂质。
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