CN117206483A - 一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，通过对连铸工序的大包和中包钢水浇铸温度和温度梯度、拉速、结晶器水量、二冷水量、结晶器电磁搅拌强度、末端电磁搅拌强度、及轻压下量精确控制，获得了理想的碳偏析指数和截面碳极差；对矩形坯弹簧钢生产过程中结晶器过钢量、铜管内壁质量、结晶器水缝间隙、结晶器液面波动幅度、二冷各区段工况、二冷各区段喷嘴工况、喷嘴和喷淋支架对中、中包钢水过热度确定、开浇炉和停浇炉缺陷坯切除量、铸坯浇注完缓冷、全程保护浇注、中包整体式四孔水口使用进行严格控制。对生产出弹簧钢矩形坯加工出横截面的试样按25点法取点钻屑，用化学法检测碳偏析，获得中心偏析指数为0.98~1.05，横截面所有点碳极差为0.04%~0.05%。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，提供一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法。
背景技术
在连铸生产过程中，铸坯由于钢液凝固过程中的选分结晶存在成分的偏析，所有元素中碳元素的偏析最常见。本发明涉及的采用矩形大方坯生产的弹簧钢是汽车重要零部件的母材，碳偏析是影响其铸坯内部质量的严重缺陷，铸坯碳偏析经轧制后遗传到钢材产品中，会造成钢材成分不均匀，影响其抗拉强度和抗疲劳性能等。本发明涉及的碳含量超过0. 52%的弹簧钢属于亚共析钢，钢中渗碳体比例超过10%，显微组织有珠光体+先共析渗碳体，容易产生碳偏析。对于横截面大于350mm×430mm以上矩形大方坯，铸坯凝固过程中横截面的宽面方向与窄面方向的等轴晶形成和生长存在方向差异，铸坯碳偏析程度也存在宽面方向与窄面方向的差异，控制铸坯碳偏析尤其需要针对性强、可操作性强的控制手段。弹簧钢矩形坯连铸过程中液相穴长度大（24~26m长），可以通过对连铸工序的结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、二冷水、过热度、拉速及轻压下等连铸工艺技术参数进行有针对性的控制优化，有效控制矩形铸坯碳偏析，进一步改善弹簧钢钢材产品成分不均匀，提高其抗拉强度和抗疲劳性能等性能。
发明内容
本发明旨在提供一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的控制方法，能有效获得弹簧钢矩形坯理想的碳偏析指数和截面碳极差。
本发明采取的技术方案为：
一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，钢种化学组成中主要元素C的重量百分比控制在0.51%-0.59%。工艺流程为转炉炼钢-LF精炼-RH真空脱气-矩形坯连铸，关键工艺步骤为：
1）浇铸：采用一级类大包+大包全程加盖保温措施储运钢水，中包烘烤温度控制在1100~1200℃，采用下层中包覆盖剂+上层碳化稻壳双层保温；控制大包钢水浇铸温度，开浇炉大包过热度60~70℃、连浇炉大包过热度45~55℃；控制中包浇铸温度，开浇炉中包过热度28~35℃、连浇炉中包过热度18~25℃；控制恒拉速0.55m/min浇铸；采用出口对结晶器四个角的中包整体式四孔水口浇注，水口插入结晶器液面下90~110mm深度；
2）一次冷却：控制结晶器总水量为3400L/min，进出水温差在4.5~5℃；
3）二次冷却：控制二冷比水量为0.16L/kg，二冷各区分配比为Ⅰ区﹕Ⅱ区﹕Ⅲ区=41%﹕38%﹕21%；
4）结晶器电磁搅拌：控制结晶器电磁搅拌电流为340~360A，频率为2.5H；
5）末端电磁搅拌：控制末端电磁搅拌电流为500~550A，频率为3Hz；
6）铸坯压下：控制轻压下3/4/5/6/7架装置分别压下量为2mm/3mm/4mm/4mm/2mm，总压下量控制为15mm；
7）铸坯精整：每次浇注矩形坯弹簧钢，开浇炉头坯切除1.8m~2.0m，停浇炉尾坯切除2m~2.2m；正常铸坯浇注完后即入缓冷坑缓冷大于24小时，入缓冷坑温度大于500℃。
进一步的，步骤1）中，中包烘烤控制小火120min+大火180min，烘烤完中包温度控制在1100~1200℃；开浇前对大包长水口、浸入式水口先行烘烤到600~700℃；浇铸过程中中包覆盖保温，开浇炉采用下层中包覆盖剂500~600kg/炉+上层碳化稻壳250~300kg/炉进行双层保温，连浇炉采用下层中包覆盖剂20~60kg/炉+上层碳化稻壳10~30kg/炉进行双层保温；控制经精炼和真空均匀化处理后的大包钢水浇铸温度，开浇炉大包过热度60~70℃、连浇炉大包过热度45~55℃；控制中包浇铸温度，开浇炉中包过热度28~35℃、连浇炉中包过热度18~25℃；每炉开浇后8分钟手动测温一次，并与连续自动测温的即时温度比较相差小于2℃。
进一步的，步骤2）中，结晶器采用过钢量小于5000吨的铜管；结晶器水套与铜管之间的强冷水缝四面间隙距离差异小于0.1mm，浇注过程中浇注时结晶器液面波动幅度≤±3mm。
进一步的，步骤7）中，矩形坯加热温度控制1120~1220℃，均热温度控制在1180~1240℃，加热时间≥240min；开轧温度1050~1100℃，进连轧温度≥950℃，出炉温度940~960℃。
在采用上述技术方案生产出弹簧钢矩形坯上切出20~25mm厚横截面的试样，加工出一个平整、光滑、清洁的表面，试样进行覆盖宽面方向、窄面方向、对角方向共25点法取点钻屑，用化学法检测碳成分。发现中心点碳成分与所有点碳成分平均值比较的中心偏析指数为0.98~1.05，横截面所有点碳极差为0.04%~0.05%。通过对连铸工序的钢水过热度、拉速、结晶器水量、二冷水量、结晶器电磁搅拌强度、末端电磁搅拌强度、及轻压下量精确控制，获得了理想的碳偏析指数和截面碳极差。
为了控制弹簧钢矩形坯生产的碳偏析缺陷，最主要的是促使矩形坯浇注过程中溶质元素碳在各凝固区域均匀分布，断面尺寸为350mm×430mm弹簧钢连铸坯控制，对连铸工序的钢水过热度、结晶器电磁搅拌强度、末端电磁搅拌强度实施精确控制，控制轻压下总压下量为15mm，配合相应的恒定拉速浇钢和结晶器水、二冷水冷却强度的均匀控制，形成改善弹簧钢矩形坯碳偏析的综合方法。与现有技术比较，本发明的有益效果：本发明通过对连铸参数量精确控制，获得了理想的弹簧钢矩形坯碳偏析指数和截面碳极差；本发明通过改善铸坯碳偏析，进一步改善遗传钢材产品碳成分的不均匀性，提高其抗拉强度和抗疲劳性能等；本发明利用钢厂现有设备和工艺条件，摸索、改进出特定的工艺参数，既不增加投资和生产成本，又提高了产品质量。
附图说明
图1为本发明在矩形坯上取点（25点）检测碳偏析的方案示意图；
图2为本发明与原方法在矩形坯截面上检测碳极差对比图；
图3为本发明与原方法在矩形坯截面上检测碳偏析指数对比图；
图4为本发明轧材横向金相图；
图5为本发明轧材纵向金相图；
图6为原方法轧材横向金相图；
图7为原方法轧材纵向金相图。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明的内容作进一步说明：实施例1
一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，包括以下工艺步骤：
1）浇铸：钢水经转炉炼钢-LF精炼-RH真空脱气，钢水中夹杂物去除干净、气体脱去完全，并将主要元素C稳定控制在0.56%；控制在中包烘烤后温度1152℃，控制大包过热度51℃，控制中包浇铸温度22℃；控制恒拉速0.55m/min浇铸；通过大包和中包保温进行全程保护浇注，采用出口对结晶器四个角的中包整体式四孔水口浇注，水口插入结晶器液面下98mm深度。
2）一次冷却：控制结晶器总水量为3400L/min，进出水温差在4.5℃。
3）二次冷却：控制二冷比水量为0.16L/kg，二冷各区分配比为Ⅰ区：Ⅱ区：Ⅲ区=40%：39%：21%。
4）结晶器电磁搅拌：控制结晶器电磁搅拌电流为346A，频率为2.5H。
5）末端电磁搅拌：控制末端电磁搅拌电流为526A，频率为3Hz。
6）铸坯压下：控制轻压下3/4/5/6/7架装置，分别压下量2/3/4/4/2mm，总压下量控制为15mm。
7）铸坯精整：每次浇注矩形坯弹簧钢，开浇炉头坯平均切除1.9m，停浇炉坯平均切除2.2m；正常铸坯浇注完后即入缓冷坑缓冷27小时，铸坯入缓冷坑平均温度515℃。
从实验连铸坯上切出24mm厚横截面的试样，加工出一个平整、光滑、清洁的表面，试样进行覆盖宽面方向、窄面方向、对角方向共25点法取点钻屑，用化学法检测碳成分。发现中心点碳成分与所有点碳成分平均值比较的中心偏析指数为0.99，横截面所有25点碳极差为0.04%。
实施例2
一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，包括以下工艺步骤：
1）浇铸：钢水经转炉炼钢-LF精炼-RH真空脱气，钢水中夹杂物去除干净、气体脱去完全，并将主要元素C稳定控制在0.55%；控制在中包烘烤后温度1150℃，控制大包过热度49℃，控制中包浇铸温度21℃；控制恒拉速0.55m/min浇铸；通过大包和中包保温进行全程保护浇注，采用出口对结晶器四个角的中包整体式四孔水口浇注，水口插入结晶器液面下102mm深度。
2）一次冷却：控制结晶器总水量为3400L/min，进出水温差在4.8℃。
3）二次冷却：控制二冷比水量为0.16L/kg，二冷各区分配比为Ⅰ区：Ⅱ区：Ⅲ区=41%：39%：20%。
4）结晶器电磁搅拌：控制结晶器电磁搅拌电流为352A，频率为2.5H。
5）末端电磁搅拌：控制末端电磁搅拌电流为534A，频率为3Hz。
6）铸坯压下：控制轻压下3/4/5/6/7架装置，分别压下量2/3/4/4/2mm，总压下量控制为15mm。
7）铸坯精整：每次浇注矩形坯弹簧钢，开浇炉头坯平均切除2.0m，停浇炉坯平均切除2.2m；正常铸坯浇注完后即入缓冷坑缓冷25小时，铸坯入缓冷坑平均温度522℃。
从实验连铸坯上切出25mm厚横截面的试样，加工出一个平整、光滑、清洁的表面，试样进行覆盖宽面方向、窄面方向、对角方向共25点法取点钻屑，用化学法检测碳成分。中心点碳成分与所有点碳成分平均值比较的中心偏析指数为1.03，横截面所有25点碳极差为0.05%。
实施例3
一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，包括以下工艺步骤：
1）浇铸：钢水经转炉炼钢-LF精炼-RH真空脱气，钢水中夹杂物去除干净、气体脱去完全，并将主要元素C稳定控制在0.54%；控制在中包烘烤后温度1149℃，控制大包过热度50℃，控制中包浇铸温度20℃；控制恒拉速0.55m/min浇铸。通过大包和中包保温进行全程保护浇注，采用出口对结晶器四个角的中包整体式四孔水口浇注，水口插入结晶器液面下106mm深度。
2）一次冷却：控制结晶器总水量为3400L/min，进出水温差在4.9℃。
3）二次冷却：控制二冷比水量为0.16L/kg，二冷各区分配比为Ⅰ区：Ⅱ区：Ⅲ区=41%：38%：19%。
4）结晶器电磁搅拌：控制结晶器电磁搅拌电流为351A，频率为2.5H。
5）末端电磁搅拌：控制末端电磁搅拌电流为525A，频率为3Hz。
6）铸坯压下：控制轻压下3/4/5/6/7架装置，分别压下量2/3/4/4/2mm，总压下量控制为15mm。
7）铸坯精整：每次浇注矩形坯弹簧钢，开浇炉头坯平均切除2.0m，停浇炉坯平均切除2.2m；正常铸坯浇注完后即入缓冷坑缓冷25小时，铸坯入缓冷坑平均温度528℃。
从实验连铸坯上切出22mm厚横截面的试样，加工出一个平整、光滑、清洁的表面，试样进行覆盖宽面方向、窄面方向、对角方向共25点法取点钻屑，用化学法检测碳成分。中心点碳成分与所有点碳成分平均值比较的中心偏析指数为1.05，横截面所有25点碳极差为0.045%。
Claims (4)
1.一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，钢种化学组成中主要元素C的重量百分比控制在0.51%-0.59%。工艺流程为转炉炼钢-LF精炼-RH真空脱气-矩形坯连铸-轧制，其特征在于包括如下工艺步骤：
1）浇铸：采用一级类大包+大包全程加盖保温措施储运钢水，中包烘烤温度控制在1100~1200℃，采用下层中包覆盖剂+上层碳化稻壳双层保温；控制大包钢水浇铸温度，开浇炉大包过热度60~70℃、连浇炉大包过热度45~55℃；控制中包浇铸温度，开浇炉中包过热度28~35℃、连浇炉中包过热度18~25℃；控制恒拉速0.55m/min浇铸；采用出口对结晶器四个角的中包整体式四孔水口浇注，水口插入结晶器液面下90~110mm深度；
2）一次冷却：控制结晶器总水量为3400L/min，进出水温差在4.5~5℃；
3）二次冷却：控制二冷比水量为0.16L/kg，二冷各区分配比为Ⅰ区﹕Ⅱ区﹕Ⅲ区=41%﹕38%﹕21%；
4）结晶器电磁搅拌：控制结晶器电磁搅拌电流为340~360A，频率为2.5H；
5）末端电磁搅拌：控制末端电磁搅拌电流为500~550A，频率为3Hz；
6）铸坯压下：控制轻压下3/4/5/6/7架装置分别压下量为2mm/3mm/4mm/4mm/2mm，总压下量控制为15mm；
7）铸坯精整：每次浇注矩形坯弹簧钢，开浇炉头坯切除1.8m~2.0m，停浇炉尾坯切除2m~2.2m；正常铸坯浇注完后即入缓冷坑缓冷大于24小时，入缓冷坑温度大于500℃。
2.根据权利要求1所述的一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，其特征在于：步骤1）中，中包烘烤控制小火120min+大火180min，烘烤完中包温度控制在1100~1200℃；开浇前对大包长水口、浸入式水口先行烘烤到600~700℃；浇铸过程中中包覆盖保温，开浇炉采用下层中包覆盖剂500~600kg/炉+上层碳化稻壳250~300kg/炉进行双层保温，连浇炉采用下层中包覆盖剂20~60kg/炉+上层碳化稻壳10~30kg/炉进行双层保温；控制经精炼和真空均匀化处理后的大包钢水浇铸温度，开浇炉大包过热度60~70℃、连浇炉大包过热度45~55℃；控制中包浇铸温度，开浇炉中包过热度28~35℃、连浇炉中包过热度18~25℃；每炉开浇后8分钟手动测温一次，并与连续自动测温的即时温度比较相差小于2℃。
3.根据权利要求1所述的一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，其特征在于：步骤2）中，结晶器采用过钢量小于5000吨的铜管；结晶器水套与铜管之间的强冷水缝四面间隙距离差异小于0.1mm，浇注过程中浇注时结晶器液面波动幅度≤±3mm。
4.根据权利要求1所述的一种改善弹簧钢矩形坯碳偏析的连铸方法，其特征在于：步骤7）中，矩形坯加热温度控制1120~1220℃，均热温度控制在1180~1240℃，加热时间≥240min；开轧温度1050~1100℃，进连轧温度≥950℃，出炉温度940~960℃。
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|---|---|
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