CN115198070B - 控制钛合金钢铸坯鼓包的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种控制钛合金钢铸坯鼓包的方法，包括：检测连铸中间包钢液中的H元素的含量；根据检测结果选取H元素的含量达到预设范围a的钢液所形成的铸坯，作为目标铸坯，其中7ppm≤a≤12ppm；对所述目标铸坯进行缓冷处理第一预设时间，得到第一处理铸坯；对所述第一处理铸坯在第一环境条件下进行热轧处理，得到鼓包率小于0.001％的铸坯。本申请将氢元素含量位于7ppm≤a≤12ppm范围内的钢液形成的铸坯作为目标铸坯，对目标铸坯进行缓冷处理，有利于缓解铸坯中心疏松和裂纹，降低氢陷阱数量，同时促进氢的逸出，可以有效防止钛合金钢铸坯在加热炉内加热时鼓包现象的发生，同时避免全部铸坯缓冷，兼顾生产顺行。
Description
技术领域
本申请涉及钢材制备领域，具体涉及一种控制钛合金钢铸坯鼓包的方法。
背景技术
钛合金钢具有高强度、可塑性好、耐腐蚀的特点，被广泛应用于化学、冶金、航空航天、医疗设备以及我们的日常使用中，为我们的生活提供了诸多的便利。在钛合金的不断发展中，钛合金钢必然能够发挥出更大的作用，成为我们生活中更加依赖的新型材料。
钢水中的氢是有害元素，当钢水中的氢含量较高时，在铸坯生产中容易积聚，同时与钢中的碳反应形成甲烷。氢含量偏高的铸坯在热轧加热炉内加热时，铸坯内部的氢气及甲烷受热体积膨胀，当气体压力超过铸坯强度时，形成鼓包缺陷。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种控制钛合金钢铸坯鼓包的方法，包括：
检测连铸中间包的钢液中的H元素的含量；
根据检测结果选取H元素的含量达到预设范围a的钢液所形成的铸坯，作为目标铸坯，其中7ppm≤a≤12ppm；
对目标铸坯进行缓冷处理第一预设时间，得到第一处理铸坯；
对第一处理铸坯在第一环境条件下进行热轧预加热处理，得到鼓包率小于0.001％的铸坯。
可选地，目标铸坯的化学成分包括：C：0.06％～0.18％，Si：0.05％～0.3％，Mn：1.0％～2.0％，P≤0.025％，S≤0.01％，Al：0.015％～0.06％，Ti：0.025％～0.09％，Nb：0.01％～0.065％，V：0.001％～0.05％，Mo：0.001％～0.2％，Cr：0.012％～0.3％；其余为Fe和杂质元素。
可选地，得到第一处理铸坯的步骤中，第一预设时间t1为1h～120h。
可选地，得到第一处理铸坯的步骤中，第一预设时间t1为12h～96h。
可选地，还包括测量铸坯的温度的步骤，当铸坯的温度位于300℃～800℃范围时，将经过缓冷处理的铸坯进行热轧预加热处理。
可选地，缓冷处理的方式包括缓冷坑式缓冷或缓冷罩式缓冷中的一种。
可选地，还包括对铸坯进行质量检查或修磨的步骤，当第一预设时间t1满足48h≤t1≤96h时，对铸坯进行质量检查或修磨等处置。
可选地，还包括铸坯库龄刷新的步骤，将铸坯装入加热炉进行加热处理，得到退炉坯，将退炉坯缓冷第二预设时间t2。
可选地，铸坯库龄刷新的步骤中，加热处理的温度为900℃～1000℃。
可选地，第二预设时间t2为1h～96h。
与现有技术相比，本申请实施例提供的控制钛合金钢铸坯鼓包的方法至少具有以下有益效果：
本申请实施例提供的控制钛合金钢铸坯鼓包的方法中将氢元素含量位于7ppm≤a≤12ppm范围内的钢液形成的铸坯作为目标铸坯，对目标铸坯进行缓冷处理，有利于缓解铸坯中心疏松和裂纹，降低氢陷阱数量，同时促进氢的逸出，可以有效防止钛合金钢铸坯在加热炉内加热时鼓包现象的发生，同时避免全部铸坯缓冷，兼顾生产顺行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
图1是对比例1的铸坯的鼓包示意图。
具体实施方式
为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
为了简便，本申请仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及其两种以上。
本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
钢水中的氢是有害元素，当钢水中的氢含量较高时，在铸坯生产中容易积聚，同时与钢中的碳反应形成甲烷。氢含量偏高的铸坯在热轧加热炉内加热时，铸坯内部的氢气及甲烷受热体积膨胀，当气体压力超过铸坯强度时，形成鼓包缺陷。
钛合金钢具有高强度、可塑性好、耐腐蚀的特点，被广泛应用于化学、冶金、航空航天、医疗设备以及我们的日常使用中，为我们的生活提供了诸多的便利。在钛合金的不断发展中，钛合金钢必然能够发挥出更大的作用，成为我们生活中更加依赖的新型材料。
发明人注意到，钛合金钢铸坯中具有形成氢陷阱的元素，钢液凝固过程中析出较多的TiC粒子，TiC作为不可逆氢陷阱，与氢的结合能大，使氢容易被TiC氢陷阱捕获，增加钢液中的氢含量。钢液凝固过程中产生铸坯中心偏析、中心疏松和裂纹，氢陷阱粒子易在铸坯中心偏析处析出并积聚，同时铸坯中心疏松和裂纹等缺陷成为氢陷阱，氢陷阱使得氢元素易被捕获，增加鼓包风险。
鉴于此，发明人进行了大量的研究，旨在提供一种控制钛合金钢铸坯鼓包的方法，方法包括：
检测连铸中间包的钢液中的H元素的含量；
根据检测结果选取H元素的含量达到预设范围a的钢液所形成的铸坯，作为目标铸坯，其中7ppm≤a≤12ppm；
对目标铸坯进行缓冷处理第一预设时间，得到第一处理铸坯；
对第一处理铸坯在第一环境条件下进行热轧预加热处理，得到鼓包率小于0.001％的铸坯。
发明人经研究发现当钢水中的H含量≥7ppm，氢容易在铸坯中积聚，同时与铸坯中的碳反应生成甲烷。氢含量偏高的铸坯在热轧加热炉内加热时，铸坯内部的氢气及甲烷受热体积膨胀，当气体压力超过铸坯强度时，形成鼓包缺陷。因此，将H含量≥7ppm的钢液形成的铸坯作为目标铸坯。
具体地，通过定氢装置检测连铸中间包中的钢液中的H元素的含量；将H元素含量位于7ppm≤a≤12ppm范围内的钢液形成的铸坯作为目标铸坯，对目标铸坯进行缓冷处理，通过铸坯缓冷方式，有利于降低铸坯内应力，缓解铸坯中心偏析、中心疏松。降低氢陷阱数量，同时促进氢的逸出，通过缓冷处理降低了铸坯中H元素的含量，进而降低了后续处理工序中出现鼓包的风险，对第一处理铸坯在第一环境条件下进行热轧处理，得到鼓包率小于0.001％的铸坯。
在一些实施方式中，以质量百分比计，目标铸坯的化学成分包括：C：0.06％～0.18％，Si：0.05％～0.3％，Mn：1.0％～2.0％，P≤0.025％，S≤0.01％，Al：0.015％～0.06％，Ti：0.025％～0.09％，其余为Fe和杂质元素。本申请实施方式提供的控制钛合金钢铸坯鼓包的方法适用于包含如上成分的钢材。
在一些实施方式中，得到第一处理铸坯中，第一预设时间t1为1h～120h。例如，第一预设时间t1为2h、8h、12h、16h、20h、24h、30h、36h、48h、60h、66h、72h、80h、90h、96h、100h、108h或116h。可以理解的是，第一预设时间t也可以是以上数值的任意组合范围。
本申请的实施例所提到的控制钛合金钢铸坯鼓包的方法中，在缓冷处理1h～120h的时间段内，氢陷阱捕获的氢含量不高，且氢在铸坯中呈弥散分布状态，未积聚，因此在缓冷处理1h～120h的时间段内，具备排产条件时，第一处理铸坯可以直接送入加热炉进行热轧预加热处理，可以减少后续工序鼓包的风险。
在一些实施方式中，得到第一处理铸坯的步骤中，第一预设时间t1为12h～96h。
在一些实施方式中，还包括测量铸坯的温度的步骤，优选地，当铸坯的温度位于300℃～800℃范围时，将经过缓冷处理的铸坯进行热轧预加热处理。
本申请的发明人注意到，当铸坯温度处于300～800℃范围时，有利于缓解铸坯中心疏松和裂纹，降低氢陷阱数量，同时促进氢的逸出，从而降低鼓包风险。
本申请对缓冷处理的具体方式不做限定，在一些实施方式中，缓冷处理的方式包括缓冷坑式缓冷或缓冷罩式缓冷中的一种，具体地为在缓冷坑内进行堆垛缓冷，或者增加缓冷罩进行堆垛缓冷。
在一些实施方式，还包括将铸坯拆垛进行质量检查或修磨的步骤，当第一预设时间t1满足48h≤t1≤96h时，对铸坯进行质量检查或修磨等处置。
根据本申请的实施方式，当第一预设时间≥48h时，铸坯的温度在室温左右，此时可以对铸坯进行质量检查，对出现问题的铸坯进行修磨，减少铸坯在后续工序的判废率，提高铸坯利用率。
在对铸坯进行缓冷处理第一预设时间内，若未排产，在一些实施方式中，还包括铸坯库龄刷新的步骤，将经过缓冷处理的铸坯装入加热炉进行加热处理，得到退炉坯，将退炉坯缓冷第二预设时间。
根据本申请的实施方式，铸坯经过加热炉加热后得到退炉坯，缓冷的时间重新计算，库龄刷新，重新执行缓冷处理操作，退炉坯库龄刷新96小时内可再次入炉，此措施目的在于延长铸坯的实际库龄，为减少铸坯判废损失、订单兑现和生产顺行提供便利。
在一些实施方式中，铸坯库龄刷新的步骤中，加热处理的温度为900℃～1000℃。
根据本申请的实施方式，铸坯经过加热炉加热后，退炉坯温度可达900～1000℃，高温状态下缓冷处理有利于缓解铸坯中心疏松和裂纹，降低氢陷阱数量，同时促进氢的逸出，从而降低鼓包风险。
在一些实施方式中，第二预设时间t2为1h～96h。
本申请的发明人注意到，退炉坯在缓冷1h～96h内，送入加热炉，仍然具有较低的鼓包率，当退炉坯缓冷时间超过96h时，氢元素积聚会增加鼓包风险。因此通过控制合适的缓冷时间可以降低铸坯的判废率。
根据本申请的实施方式，第二预设时间t2为2h、8h、12h、16h、20h、24h、30h、36h、48h、60h、66h、72h、80h、90h或96h可以理解的是，第二预设时间t2也可以是以上数值的任意组合范围。
本申请实施例提供的控制钛合金钢铸坯鼓包的方法，可以有效降低H元素含量，防止含钛微合金钢连铸坯鼓包的发生，同时兼顾生产顺行，库龄刷新可以延长铸坯的实际库龄，为减少铸坯判废损失，利于产品订单兑现和生产顺行提供便利。
实施例1
钛合金钢成分：C：0.073％，Si：0.14％，Mn：1.05％，P：0.022％，S：0.0051％，Alt：0.028％，Ti：0.052％，Nb：0.0155％，V：0.0024％、Mo：0.0069％、Cr：0.167％。
将钢液依次经转炉冶炼、LF精炼、连铸工序，得到钛合金钢铸坯。
中包测H元素含量为8.5ppm，对应铸坯执行堆垛缓冷，铸坯缓冷处理24h，铸坯的温度530℃，加热炉加热未出现鼓包缺陷。
实施例2
钛合金钢成分：C：0.091％，Si：0.22％，Mn：1.33％，P：0.018％，S：0.0038％，Alt：0.043％，Ti：0.067％，Nb：0.0224％，V：0.0139％、Mo：0.0087％、Cr：0.023％。
将钢液依次经转炉冶炼、LF精炼、连铸工序，得到钛合金钢铸坯。
中包测H元素含量为8.8ppm，对应铸坯执行堆垛缓冷，铸坯缓冷处理36h，铸坯的温度320℃，加热炉加热未出现鼓包缺陷。
实施例3
钛合金钢成分：C：0.095％，Si：0.25％，Mn：1.35％，P：0.015％，S：0.003％，Alt：0.04％，Ti：0.034％，Nb：0.0178％，V：0.0018％、Mo：0.0066％、Cr：0.019％。
将钢液依次经转炉冶炼、LF精炼、连铸工序，得到钛合金钢铸坯。
中包测H含量为8.8ppm，对应铸坯执行堆垛缓冷，铸坯缓冷49小时拆垛摊冷修磨，铸坯库龄78小时排产入加热炉，未出现鼓包缺陷。
实施例4
钛合金钢成分：C：0.125％，Si：0.23％，Mn：1.55％，P：0.0146％，S：0.0030％，Alt：0.051％，Ti：0.051％，Nb：0.055％，V：0.0148％、Mo：0.0077％、Cr：0.164％。
将钢液依次经转炉冶炼、LF精炼、连铸工序，得到钛合金钢铸坯。
中包测H含量为9.1ppm，对应铸坯执行堆垛缓冷，铸坯缓冷60小时拆垛摊冷修磨，由于订单不足库龄≤120小时内无法排产，铸坯库龄114h时送入加热炉加热后退炉，退炉坯重新执行堆垛缓冷，退炉坯库龄刷新后76小时(实际库龄190小时)排产入加热炉加热，未出现鼓包缺陷。
对比例1
钛合金钢成分：C：0.074％，Si：0.15％，Mn：1.03％，P：0.022％，S：0.0052％，Alt：0.024％，Ti：0.053％，Nb：0.015％，V：0.0028％、Mo：0.0065％、Cr：0.0231％。
将钢液依次经转炉冶炼、LF精炼、连铸工序，得到钛合金钢铸坯。
中包测H含量为8.7ppm，对应铸坯执行堆垛缓冷，铸坯缓冷49～50小时拆垛摊冷修磨，铸坯库龄130小时排产入加热炉，铸坯出现严重鼓包缺陷。
对比例2
钛合金钢成分：C：0.073％，Si：0.14％，Mn：1.05％，P：0.022％，S：0.0051％，Alt：0.028％，Ti：0.052％，Nb：0.0155％，V：0.0024％、Mo：0.0069％、Cr：0.167％。
将钢液依次经转炉冶炼、LF精炼、连铸工序，得到钛合金钢铸坯。
中包测H元素含量为8.5ppm，对应铸坯单独堆放执行摊冷处理，铸坯摊冷32小时后修磨，铸坯库龄112小时入加热炉加热，铸坯出现鼓包缺陷。
实施例1-4所获得的钛合金钢铸坯在加热炉进行加热时未出现鼓包，鼓包率大大降低，而对比例1-2的钛合金钢铸坯出现鼓包现象。如图1所示，对比例1中的铸坯出现鼓包缺陷，主要是由于钛合金钢铸坯析出大量TiC粒子作为氢陷阱储氢能力强，铸坯库龄长导致氢陷阱捕获的氢含量高，最终造成鼓包发生。对比例2铸坯出现鼓包缺陷，主要是由于铸坯产出后冷却速率过快，铸坯内应力加大，中心偏析、中心疏松和裂纹得不到缓解，氢陷阱粒子在铸坯中心偏析处析出并积聚，同时铸坯中心疏松和裂纹等缺陷成为氢陷阱，氢陷阱捕获的氢含量高，最终造成鼓包发生。
综上，本申请将氢元素含量位于7ppm≤a≤12ppm范围内的钢液形成的铸坯作为目标铸坯，通过对目标铸坯进行缓冷处理，并控制缓冷时间，有利于缓解铸坯中心疏松和裂纹，降低氢陷阱数量，同时促进氢的逸出，可以有效防止钛合金钢铸坯在加热炉内加热时鼓包现象的发生，同时避免全部铸坯缓冷，兼顾生产顺行。通过对铸坯进行库龄刷新，延长铸坯的实际库龄，为降低热轧事故率，减少铸坯判废损失、订单兑现和生产顺行提供便利。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种控制钛合金钢铸坯鼓包的方法，其特征在于，包括：
检测连铸中间包的钢液中的H元素的含量；
根据检测结果选取H元素的含量达到预设范围a的钢液所形成的铸坯，作为目标铸坯，其中7ppm≤a≤12ppm，所述目标铸坯的化学成分包括：C：0.06%~0.18%，Si：0.05%~0.3%，Mn：1.0%~2.0%，P≤0.025%，S≤0.01%，Al：0.015%~0.06%，Ti：0.025%~0.09%，Nb：0.01%～0.065%，V：0.001%~0.05%，Mo：0.001%~0.2%，Cr：0.012%~0.3%；其余为Fe和杂质元素；
对所述目标铸坯进行缓冷处理第一预设时间，得到第一处理铸坯；
当所述第一处理铸坯的温度位于300℃～800℃范围时，对所述第一处理铸坯在第一环境条件下进行热轧预加热处理，得到鼓包率小于0.001%的铸坯。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到第一处理铸坯的步骤中，所述第一预设时间t1为1 h ~120h。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到第一处理铸坯的步骤中，所述第一预设时间t1为12h ~96h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冷处理的方式包括缓冷坑式缓冷或缓冷罩式缓冷中的一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括对铸坯进行质量检查或修磨的步骤，当第一预设时间t1满足48h≤t1≤96h时，对铸坯进行质量检查或修磨处置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括铸坯库龄刷新的步骤，将铸坯装入加热炉进行加热处理，得到退炉坯，将退炉坯缓冷第二预设时间t2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铸坯库龄刷新的步骤中，所述加热处理的温度为900℃～1000℃。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二预设时间t2为1 h ~96h。
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