CN115488298A - 一种高碳钢线材用连铸坯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高碳钢线材用连铸坯的制备方法，包括将精炼后的钢水经过连铸工序得到所述连铸坯；所述连铸工序中，连铸机矫直位置包括6台拉矫机，沿拉坯方向依次为第一拉矫机、第二拉矫机、第三拉矫机、第四拉矫机、第五拉矫机和第六拉矫机；各拉矫机限定压力和压下率。本发明还提供上述制备方法得到的连铸坯。本发明制备方法中通过限定连铸工序中矫直过程中拉矫机的压力和压下率，控制矫直位置铸坯凝固前沿受力小于铸坯允许变形的应力值，最终得到的连铸坯中间裂纹≤0.5级。

Description

一种高碳钢线材用连铸坯及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域，具体涉及一种高碳钢线材用连铸坯及其制备方法。
背景技术
高碳钢线材具有强度高、加工硬化率高、拉丝性能好等优点，广泛应用于钢绞线、缆索、钢丝绳、钢帘线、轴承、工具等领域。连铸坯质量缺陷往往会遗传至高碳钢线材，造成线材结疤、凹坑、折叠、裂纹、网碳等质量缺陷。因此，对生产高碳钢线材用连铸坯质量有着严格要求。
连铸坯质量主要分为表面质量和内部质量，其中内部质量包括中间裂纹、中心疏松、中心偏析等。连铸坯产生中间裂纹的位置，往往伴随着成分偏析，若裂纹等级高，轧制无法轧合时，盘条对应裂纹位置易形成网状渗碳体组织，后续拉拔时发生脆断，导致性能不达标。因此，应控制高碳钢线材用连铸坯中间裂纹等级。关于中间裂纹形成的机理研究，目前主要包括力学、冶金学和凝固学三种观点。力学观点包括临界应力理论和临界应变理论；冶金学观点包括晶界脆化理论、柱状晶区的切口效应理论、硫化物脆性理论、质点沉淀理论和凝固收缩理论；凝固学观点包括液膜理论和强度理论。这些理论从不同角度揭示了中间裂纹的形成原因，但从本质来讲，最终导致裂纹产生的原因是，凝固前沿所受的应力和应变超过其所能承受的临界应力和临界应变。一般来说，大方坯在浇注过程中，存在以下四种应变：(1)鼓肚应变；(2)矫直应变；(3)热应力应变；(4)相变应力应变。也就是说施加于钢水凝固前沿的以上四种应力之和超过了其固液界面所能承受的最大应力时，便会在铸坯内部固液界面处，偏向于固相一侧产生裂纹缺陷。另一方面，冶金学观点中晶界脆化理论及质点沉淀理论均与析出物有关：晶界脆化理论认为在连铸坯凝固前沿大约液相分率10％富集溶质的液体薄膜(如硫化物)包围树枝晶，降低了固相线温度附近钢的延性和强度，当收到外力作用时裂纹就沿晶界发生，致使凝固前沿产生裂纹；质点沉淀理论认为连铸坯冷却过程中AlN、(Ti,V)N等析出物质点在晶界面沉淀，增加晶界脆性与裂纹敏感性。
中国专利文献CN107537989A提供了一种控制含硼钢板坯中间裂纹的制造方法，通过依据铸坯宽度、厚度及拉速控制含硼钢板坯连铸过程中二冷区水量及合理分配各区水量，改善板坯中间裂纹，该方法改善的主要是由于板坯表面降温、回温过大导致的中间裂纹，并未阐述如何改善由于析出物、矫直应力导致的中间裂纹。
中国专利文献CN113088613A提供了一种控制400系不锈钢板坯中间裂纹的操作方法，通过控制铁水脱磷、TSR炉冶炼、LF精炼、连铸等工序工艺参数，改善了400系不锈钢板坯中间裂纹，但并未阐述如何改善由于析出物导致的中间裂纹。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术很难改善由于析出物和矫直应力导致的中间裂纹的问题，从而提供一种高碳钢线材用连铸坯及其制备方法。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种高碳钢线材用连铸坯的制备方法，
包括将精炼后的钢水经过连铸工序得到所述连铸坯；
所述连铸工序中，连铸机矫直位置包括6台拉矫机，沿拉坯方向依次为第一拉矫机、第二拉矫机、第三拉矫机、第四拉矫机、第五拉矫机和第六拉矫机；
其中，第一拉矫机压力为20～35bar，压下率为0～0.2mm/m；
第三拉矫机压力为25～40bar，压下率为0.1～0.3mm/m；
第五拉矫机压力为35～50bar，压下率为0.3～0.5mm/m；
第六拉矫机压力为50～65bar，压下率为0.6～1.0mm/m。
进一步地，以质量百分数计，所述钢水中Ti≤0.0035％，N≤0.0040％。
所述拉矫机中，第一拉矫机、第三拉矫机、第五拉矫机和第六拉矫机有上下辊，所述第二拉矫机和第四拉矫机仅有下辊。
所述连铸工序中，钢包长水口氩气压力为4～6bar，流量为200～400L/min，中间包采用整体式浸入式四孔水口。
所述连铸工序中，连铸机拉速为0.75～0.90m/min，结晶器电磁搅拌电流为600～800A、频率1～3Hz，二冷区比水量为0.2～0.4L/kg。
所述连铸机为直弧形矩形坯连铸机，断面为300mm×390mm，弧半径为8m。
进一步地，连铸工序前还包括KR脱硫、初炼和精炼的步骤。
本发明还提供一种高碳钢线材用连铸坯，由上述制备方法制得，所述连铸坯中间裂纹≤0.5级。
进一步的，所述连铸坯中，以质量百分数计为0.80％≤C≤1.00％、0.20％≤Si≤1.20％、0.30％≤Mn≤0.80％、0.10％≤Cr≤0.50％、P≤0.015％、S≤0.01％、0.01％≤Al≤0.05％、0.02％≤V≤0.08％、O≤0.0025％，余量为Fe和其它不可避免的杂质
本发明技术方案，具有如下优点：
针对高碳钢线材用连铸坯中间裂纹问题，
(1)本发明限定连铸工序中矫直过程中拉矫机的压力和压下率，控制矫直位置铸坯凝固前沿受力小于铸坯允许变形的应力值。
(2)本发明限定Ti和N的含量，通过上述措施，减少连铸坯凝固过程中(Ti,V)N夹杂物的形成，防止由于(Ti,V)N夹杂物导致铸坯凝固前沿晶界脆化，强塑性差。
(3)本发明通过调整连铸机拉速、比水量等工艺参数，进一步减少矫直应力导致的中间裂纹。
(3)本发明最终得到的高碳钢线材用连铸坯中间裂纹≤0.5级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中炉号(a)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图2为本发明实施例中炉号(c)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图3为本发明对比例中炉号(d)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图4为本发明对比例中炉号(e)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图5为本发明对比例中炉号(f)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图6为本发明对比例中炉号(g)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图7为本发明对比例中炉号(h)得到的连铸坯的纵截面低倍图；
图8为本发明对比例中炉号(i)得到的连铸坯的纵截面低倍图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行，所述试剂均为市售标准试剂。
以下具体实施例是对本发明的进一步说明，所举案例并不能列举出本发明的全部实施方式，仅以其中部分实施方式为例进行说明，具体实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种高碳钢线材用连铸坯，使用的铁水中，以质量百分数计，包括：C4.50％、Si 0.50％、Mn 0.35％、P 0.12％、S 0.022％、V 0.0050％、余量为Fe和其它不可避免的杂质。其中制备方法具体如下：
KR脱硫工序：对铁水进行机械搅拌，并喷入石灰粉、萤石脱硫；
BOF初炼工序：将KR脱硫得到的铁水倒入转炉，对铁水进行吹氧升温，脱碳、脱磷，得到钢水；
LF精炼工序：将钢水吊运至精炼工序，进行脱气，合金化，温度控制，得到温度、成分符合要求的钢水；
CC连铸工序：将温度、成分符合要求的钢水吊运至连铸平台，进行保护浇注，连铸坯断面尺寸，300mm×390mm，弧半径为8m，得到连铸坯。
其中：
(1)BOF初炼工序出钢过程中，向钢包中加入硅铁、金属锰脱氧合金化，吊运钢包至扒渣位，扒除顶渣，吊运过程中全程底吹氩气，氩气流量如表1所示；
表1吊运过程中钢包底吹氩气流量
炉号 底吹氩气流量，L/min
(a) 150
(b) 100
(c) 50
(2)扒渣结束后，钢包吊运至LF精炼工序进行通电升温、脱氧合金化、增碳等操作，各操作底吹氩气流量如表2所示；
表2精炼工序钢包底吹氩气流量
炉号 通电升温，L/min 增碳、合金化，L/min 软搅拌，L/min
(a) 100 300 30
(b) 200 450 50
(c) 300 600 80
(3)LF精炼结束后，钢包吊运至连铸平台，长水口氩气压力及流量如表3所示，中间包采用整体式浸入式四孔水口；
表3长水口氩气压力及流量
炉号 长水口氩气压力，bar 长水口流量，L/min
(a) 6 400
(b) 5 300
(c) 4 200
(4)钢包内钢水经长水口、中间包、浸入式水口进入连铸机结晶器内，对钢水进行取样，分析Ti、N含量，如表4所示；
表4结晶器内钢水Ti、N含量
炉号 Ti，wt％ N，wt％
(a) 0.0035 0.0020
(b) 0.0025 0.0030
(c) 0.0015 0.0040
(5)钢水在结晶器内形成一定厚度坯壳，连铸坯经拉矫机牵引作用，进入二冷区喷水冷却。连铸机拉速、结晶器电磁搅拌参数及二冷区比水量如表5所示；
表5连铸机拉速、结晶器电磁搅拌参数及二冷区比水量
炉号 拉速，m/min 电流，A 频率，Hz 二冷区比水量，L/kg
(a) 0.75 600 3 0.2
(b) 0.80 700 2 0.3
(c) 0.90 800 1 0.4
(6)经二冷区后，连铸坯进入空冷段、矫直区、水平段，得到连铸坯，矫直区连铸坯宽面中心温度及1#、3#、5#、6#拉矫机压力、压下率如表6所示；
表6连铸机矫直区宽面中心温度及拉矫机压力、压下率
Figure BDA0003845735530000071
如图1和图2所示，其分别为炉号(a)和炉号(c)得到的连铸坯的纵截面低倍图。
对比例1
本对比例和实施例中炉号(a)相比，改变部分参数，具体改变如表7其他保持不变：
表7对比例1中各炉改变参数
Figure BDA0003845735530000081
如图3、图4和图5所示，其分别为炉号(d)、炉号(e)和炉号(f)得到的连铸坯的纵截面低倍图。
对比例2
本对比例和实施例中炉号(a)相比，改变连铸机矫直区拉矫机压力、压下率，具体改变如表8，其他保持不变：
表8对比例2中连铸机矫直区拉矫机压力、压下率
炉号 1#，bar 3#，bar 5#，bar 6#，bar 1#，mm/m 3#，mm/m 5#，mm/m 6#，mm/m
(g) 35 40 60 75 0.2 0.3 0.7 1.2
(h) 35 50 60 65 0.2 0.6 0.7 1.0
(i) 45 50 50 65 0.5 0.6 0.5 1.0
如图6、图7和图8所示，其分别为炉号(g)、炉号(h)和炉号(i)得到的连铸坯的纵截面低倍图。
试验例
对实施例和对比例得到的连铸坯进行性能测试：
(1)取低倍样，分析其宽面中心20mm，厚度方向距内弧表面深度50～90mm位置(Ti,V)N夹杂物≥20μm的密度，如表9所示：
表9连铸机宽面中心厚度方向(Ti,V)N夹杂物密度
Figure BDA0003845735530000082
Figure BDA0003845735530000091
(2)依据YB-T 4002-2013《连铸钢方坯低倍组织缺陷评级图》对连铸坯低倍中间裂纹进行评级，评级结果如表10所示。
表10连铸坯中间裂纹评级结果
炉号 连铸坯中间裂纹评级结果
(a) 0级
(b) 0级
(c) 0.5级
(d) 2.0级
(e) 2.5级
(f) 3.0级
(g) 1.0级
(h) 2.0级
(i) 2.5级
与实施例中炉号(a)对比，对比例1中炉号(d)、(e)中，钢水中Ti、N含量增加，使得(Ti,V)N夹杂物形成温度高于连铸坯固相线温度，在连铸坯凝固前沿形成尺寸更大、数量密度更多的(Ti,V)N夹杂物，导致凝固前沿晶界脆化，塑性差，在矫直应力的作用下，连铸坯中间裂纹等级更高；炉号(f)拉速高，相同矫直位置，凝固坯壳薄、强度低，在矫直应力的作用下，中间裂纹等级高。
与实施例中炉号(a)对比，对比例2中炉号(g)、(h)、(i)中，相同连铸拉速、过热度、二冷水量等参数作用下，各拉矫机位置凝固坯壳厚度基本一致，增加连铸坯矫直位置拉矫机压力，压下率随之增大，连铸坯凝固前沿所受的应力变大，在(Ti,V)N夹杂物析出数量密度一致的前提下，由第一至第六拉矫机连铸坯凝固坯壳抵抗变形的能力逐渐增大以及连铸机矫直半径逐渐增大，因此，随着第一和第三、第三和第五、第五和第六拉矫机压力的增大，其对连铸坯内部裂纹的形成影响逐渐减轻，中间裂纹等级降低，但均高于实施例中炉号(a)的裂纹等级。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种高碳钢线材用连铸坯的制备方法，其特征在于，
包括将精炼后的钢水经过连铸工序得到所述连铸坯；
所述连铸工序中，连铸机矫直位置包括6台拉矫机，沿拉坯方向依次为第一拉矫机、第二拉矫机、第三拉矫机、第四拉矫机、第五拉矫机和第六拉矫机；
其中，第一拉矫机压力为20～35bar，压下率为0～0.2mm/m；
第三拉矫机压力为25～40bar，压下率为0.1～0.3mm/m；
第五拉矫机压力为35～50bar，压下率为0.3～0.5mm/m；
第六拉矫机压力为50～65bar，压下率为0.6～1.0mm/m。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分数计，所述钢水中Ti≤0.0035％，N≤0.0040％。
3.根据权利要求1或2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述拉矫机中，第一拉矫机、第三拉矫机、第五拉矫机和第六拉矫机有上下辊，所述第二拉矫机和第四拉矫机仅有下辊。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述连铸工序中，钢包长水口氩气压力为4～6bar，流量为200～400L/min，中间包采用整体式浸入式四孔水口。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述连铸工序中，连铸机拉速为0.75～0.90m/min，结晶器电磁搅拌电流为600～800A、频率1～3Hz，二冷区比水量为0.2～0.4L/kg。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述连铸机为直弧形矩形坯连铸机，断面为300mm×390mm，弧半径为8m。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，连铸工序前还包括KR脱硫、初炼和精炼的步骤。
8.一种高碳钢线材用连铸坯，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得，其特征在于，所述连铸坯中间裂纹≤0.5级。
9.根据权利要求8所述的连铸坯，其特征在于，所述连铸坯中，以质量百分数计为0.80％≤C≤1.00％、0.20％≤Si≤1.20％、0.30％≤Mn≤0.80％、0.10％≤Cr≤0.50％、P≤0.015％、S≤0.01％、0.01％≤Al≤0.05％、0.02％≤V≤0.08％、O≤0.0025％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
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