CN117773053A - 一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，以下步骤：选择板坯连铸机→浇铸中间包→水冷结晶器→进行拉坯→气雾冷却强冷→弯曲段气雾冷却弱冷→弧形段气雾冷却弱冷→矫直段弱冷→火焰切割后的连铸坯进入冷床。有益效果：解决了高Ni钢铸坯容易产生的表面裂纹以及内部质量问题。本发明专利基本特征在于分析了含Ni钢的塑性温度区和冷却过程中相转变温度特性，通过控制结晶器和二冷段的冷却水量，进一步降低连铸过程中的结晶器出口、弯曲铸坯表面温度，控制弧形段回温速率，降低应力，改善铸坯表面和内部质量。

Description

一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法

技术领域

本发明涉及连铸坯制造领域，具体来说，涉及一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法。

背景技术

高淬透性高镍钢，该钢由于含Ni较高，而且有很高的强度和韧性，渗碳后硬度及耐磨性很高，淬透性也高，由于含Ni较高，这减少渗碳淬火后的残留奥氏体,可采用渗碳后高温回火，最后进行二次加热淬火处理，以减少残留奥氏体量，有时为了消除网状碳化物、细化晶粒，也可采用二次淬火工艺。

高Ni钢在低温条件下具有良好的强度和韧性，是制造石油液化天然气储罐最好的结构材料。高镍钢中的Ni元素含量≥3.5％，凝固前沿温度梯度大，柱状晶发达，在连铸中极易产生凝固末端偏析问题，进而导致该类钢种裂纹敏感性强，在连铸过程中易产生铸坯裂纹。由于浇铸难度大，大部分厂家采用模铸工艺生产，成本较高，制约了该类钢种的生产和应用。

如中国专利CN202310194792.X提出的 一种提高高镍钢质量的方法，其中采用了控制板坯进入和离开连铸机的二冷区的温度以及二冷区的铸辊的开口度收缩值，以对板坯压下，获得高质量的高镍钢控制板坯进入和离开连铸机的二冷区的温度以及二冷区的铸辊的开口度收缩值，以对板坯压下，获得高质量的高镍钢。

但是上述专利中通过铸辊补偿了板坯在二冷区温度逐渐下降从而凝固产生的厚度收缩，进而避免铸造胚消除或减轻凝固收缩形成的疏松和缩孔，该手段利用了外界设备强制性的去降低高镍钢连铸坯的冷缩，并未合理的利用生产中不同阶段中不同温度对高镍钢带来的影响。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，以下步骤：

选择板坯连铸机→浇铸中间包→水冷结晶器→进行拉坯→气雾冷却强冷→弯曲段气雾冷却弱冷→弧形段气雾冷却弱冷→矫直段弱冷→火焰切割后的连铸坯进入冷床。

进一步的，所述连铸坯包括以下重量百分比的化学成分：硅锰合金：0.94%～1.063%、Ni：3.6％～10％、第一增强剂：0.005%～0.03%、第二增强剂：0.102%～0.084%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述硅锰合金包括以下重量百分比的化学成分：C：0.09％～0.1％、Si：0.2％～0.25％、 Mn：0.65％～0.7％、P：0～0.01％、S：0～0.003％；

第一增强剂包括以下重量百分比的化学成分：Ti：0.005％～0.01％、La：0～0.02％、Ce0～0.02％；

第二增强剂包括以下重量百分比的化学成分：V：0.001％～0.002％、W：0.1％～0.8％、Nb、0.001％～0.002％。

进一步的，为了利于铸坯表面形成更细小等轴晶粒，增加出口坯壳厚度。如果温度控制过高则坯壳变薄，易漏钢；过低，钢中碳氮化物析出，导致塑性变差所述浇注中间包时，结晶器出口铸坯表面温度为1050～1150℃，连铸中间包过热度控制在△＝10～20℃，较低的过热度有助于减少漏钢事故。

进一步的，为了能够快速的降温，所述浇水冷结晶器时，控制结晶器冷却水在750～1000m³/h，足辊水量1000l/min。

进一步的，所述气雾冷却强冷步骤设置在结晶器出口至弯曲段之前铸坯采用气雾冷却进行强冷，冷却速度为2℃/sec，弯曲段之前铸坯表面温度控制在780～820℃，采用快速冷却到更低温度，有助于增大凝固过冷度，提高铸坯内部等轴晶比例，减少内部偏析。

进一步的，采用气雾冷却方式弱冷，所述弯曲段气雾冷却弱冷步骤中，冷却速度为0.5℃/sec，出弯曲段铸坯表面温度730～770℃。

进一步的，所述弧形段气雾冷却弱冷步骤中，弧形段采用气雾冷却方式弱冷回温控制在5℃/m，弧形段的末端连铸坯表面温度控制在850～890℃。

进一步的，所述矫直段弱冷步骤中，矫直区间表面温度为850～890℃，出矫直段的冷却速度0.2℃/sec，火焰切割部位铸坯温度为780～820℃，采用弱冷回温，降低铸坯应力，铸坯弯曲、矫直段表面温度避开了由于相转变引起的脆性温度区间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、应用本专利开发的高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法生产高Ni钢连铸坯，铸坯表面质量良好，中心偏析2级，内裂1级，三角区裂纹1级，角裂1级，完全满足后续轧制要求。解决了高Ni钢铸坯容易产生的表面裂纹以及内部质量问题。本技术可推广到国内其它钢厂，在高Ni钢生产领域发挥其作用。

2、本发明专利基本特征在于分析了含Ni钢的塑性温度区和冷却过程中相转变温度特性，通过控制结晶器和二冷段的冷却水量，进一步降低连铸过程中的结晶器出口、弯曲铸坯表面温度，控制弧形段回温速率，降低应力，改善铸坯表面和内部质量。采用该冷却方法，矫直段铸坯凝固的固相比达到0.9，降低矫直应变，进一步减小内部裂纹产生趋势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例中为含Ni钢塑性曲线；

图2是根据本发明实施例中为含Ni钢连续变温冷却曲线；

图3是根据本发明实施例中3.6Ni钢铸坯矫直段拉坯应力应变云图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：

根据本发明实施例的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，具体步骤如下：

步骤S1、选择板坯连铸机，根据需要选择合适的连铸机。

步骤S2、浇铸中间包，其初始参数调节为连铸中间包过热度控制在△＝15～30℃，正常炉次控制在△＝10～20℃，本发明采用了较低的过热度有助于减少漏钢事故，减轻成分偏析及铸坯内裂，但是温度过低易堵水口。

步骤S3、水冷结晶器，结晶器及足辊采用强制水冷，结晶器出口铸坯表面温度为1050～1150℃，以利于铸坯表面形成更细小等轴晶粒，增加出口坯壳厚度。如果温度控制过高则坯壳变薄，易漏钢；过低，钢中碳氮化物析出，导致塑性变差。

步骤S4、进行拉坯，拉坯速度控制为：220mm厚板坯0.8～1.2m/min；250mm厚板坯0.7～1.0m/min；300mm厚板坯0.6～0.85m/min

步骤S5、气雾冷却强冷，结晶器出口至弯曲段之前铸坯采用气雾冷却进行强冷，冷却速度大约2℃/sec，弯曲段之前铸坯表面温度控制在780～820℃。采用快速冷却到更低温度，有助于增大凝固过冷度，提高铸坯内部等轴晶比例，减少内部偏析。

步骤S6、弯曲段气雾冷却弱冷，弯曲段冷却速度大约0.5℃/sec，出弯曲段，铸坯表面温度大约730～770℃。

步骤S7、弧形段气雾冷却弱冷，弧形段采用气雾冷却方式弱冷，回温控制在大约5℃/m，弧形段的末端铸坯表面温度控制在大约850～890℃。

步骤S8、矫直段弱冷，矫直区间表面温度大约850～890℃；出矫直段的冷却速度大约0.2℃/sec。

步骤S9、火焰切割后的连铸坯进入冷床，火焰切割部位铸坯温度大约780～820℃。采用弱冷回温，降低铸坯应力，铸坯弯曲、矫直段表面温度避开了由于相转变引起的脆性温度区间。

通过本发明的上述方案，请参阅图２和图３，本发明专利基本特征在于分析了含Ni钢的塑性温度区和冷却过程中相转变温度特性，通过控制结晶器和二冷段的冷却水量，进一步降低连铸过程中的结晶器出口、弯曲铸坯表面温度，控制弧形段回温速率，降低应力，改善铸坯表面和内部质量，其中，图２中，为含Ni钢塑性曲线，冷却速度(a)5℃/sec，(b)30℃/sec。脆性区温度范围低于780～820℃。试样为直径10mm、长度120mm的圆棒，试样按铸造方向在柱状晶区表面附近切取。样品采用氩气保护，加热速度20℃/s，至1350℃以保证微合金元素全部固溶，保温2min，冷却速度分别5℃/s，30℃/s，降至实验温度保温2min，模拟连铸机矫直段，拉伸的应变速度10mm/s。图3为含Ni钢连续变温冷却曲线。试样直径8mm、长度12mm。

另外，在制造该高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法中，所述连铸坯包括以下重量百分比的化学成分：硅锰合金：0.94%～1.063%、Ni：3.6％～10％、第一增强剂：0.005%～0.03%、第二增强剂：0.102%～0.084%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述硅锰合金包括以下重量百分比的化学成分：C：0.09％～0.1％、Si：0.2％～0.25％、 Mn：0.65％～0.7％、P：0～0.01％、S：0～0.003％；

第一增强剂包括以下重量百分比的化学成分：Ti：0.005％～0.01％、Cr：0～0.02％；

第二增强剂包括以下重量百分比的化学成分：V：0.001％～0.002％、W：0.1％～0.8％、Nb、0.001％～0.002％。

其中，硅锰合金配合镍，能够保证钢材本体能够抗低温，适用于制造石油液化天然气储罐，第一增强剂，能够有效的增加其高Ni钢本体的强度，第二增强剂能够增加高Ni钢本体的抗氧化跟抗腐蚀的能力。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作操作方式进行详细说明。

在实际应用时，根据本发明实施例提供了一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，具体步骤如下：

选择一台2流半径为10m的垂直弯曲式板坯连铸机，具体板坯规格为宽1700mm，厚度为250mm，品种为3.6Ni钢。

经过二次精炼的钢水从钢包水口注入中间包内，控制中间包内钢水过热度15～30℃（第一炉开浇，正常炉次控制10～20℃）；

打开中间包塞棒，钢水流入水冷结晶器，结晶器冷却水控制在750～1000m³/h。结晶器使用电磁搅拌，浇铸使用保护渣，拉坯速度1m/min，连铸过程轻压下采用行业内通用的工艺标准。足辊采用水冷强冷，水量控制1000l/min，结晶器出口铸坯表面温度控制在1050℃左右。

到弯曲段之前采用气雾冷却强冷，冷却速度大约2℃/sec，弯曲段之前铸坯表面温度控制在780～820℃。参看图2和图3，该温度高于奥氏体向铁素体相变温度，且避开了脆性区。为减小应力，弯曲段气雾冷却弱冷，冷却速度0.5℃/sec，出弯曲段铸坯表面温度控制730～770℃。

弧形段采用气雾冷却弱冷，回温控制在大约5℃/m，在弧形段末端铸坯表面温度控制在850～890℃。该温度同样高于奥氏体向铁素体相变温度，且避开了脆性区。

矫直段5采用弱冷，矫直区间温度变化很小。出矫直段增加冷却强度，冷却速度控制0.2℃/sec，火焰切割部位铸坯表面温度控制在780～820℃。

经切割后的铸坯进入冷床。

采用该冷却方法，矫直段铸坯凝固的固相比达到0.9，降低矫直应变，进一步减小矫直横裂纹产生趋势。图3为3.6Ni钢铸坯矫直段拉坯应力(a)、应变(b)云图，连铸机采用5点矫直。根据Hiebler H(1994)研究结果，计算获得3.6Ni钢铸坯发生内裂的临界应变0.5％，国内蔡开科(1993)研究表明中间及表面裂纹的临界应变要低于内部临界应变值。从云图看出铸坯应力应变较大的位置在边角部位，但是应变值均小于0.5％，铸坯产生裂纹的几率不大。

经检验，铸坯表面质量良好，中心偏析2级，内裂1级，三角区裂纹1级，角裂1级，完全满足后续轧制要求。

应用本专利开发的高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，可获得表面及内部质量优良的高Ni钢连铸坯，在高Ni钢生产领域发挥其作用。钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、碳的有效元素。钛和碳的化合物(TiC)结合力极强，稳定性高，只有加热到1000℃以上才会缓慢溶入铁的固溶体中，TiC微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用。Ti过高，产生大颗粒TiN夹杂物，导致产品的屈服强度和低温韧性减低。加入稀土元素Ce和La后的钢材具有硬度高，韧性好，耐磨性高耐低温的特性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

选择板坯连铸机→浇铸中间包→水冷结晶器→进行拉坯→气雾冷却强冷→弯曲段气雾冷却弱冷→弧形段气雾冷却弱冷→矫直段弱冷→火焰切割后的连铸坯进入冷床。

2.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述连铸坯包括以下重量百分比的化学成分：硅锰合金：0.94%～1.063%、Ni：3.6％～10％、第一增强剂：0.005%～0.03%、第二增强剂：0.102%～0.084%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述硅锰合金包括以下重量百分比的化学成分：C：0.09％～0.1％、Si：0.2％～0.25％、 Mn：0.65％～0.7％、P：0～0.01％、S：0～0.003％。

3.根据权利要求2所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，第一增强剂包括以下重量百分比的化学成分：Ti：0.005％～0.01％、Cr：0～0.02％。

4.根据权利要求2所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，第二增强剂包括以下重量百分比的化学成分：V：0.001％～0.002％、W：0.1％～0.8％、Nb、0.001％～0.002％。

5.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述浇注中间包时，结晶器出口铸坯表面温度出口温度为1050～1150℃，连铸中间包过热度控制在△＝10～20℃。

6.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述浇水冷结晶器时，控制结晶器冷却水在750～1000m³/h，足辊水量1000l/min。

7.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述气雾冷却强冷步骤设置在结晶器出口至弯曲段之前铸坯采用气雾冷却进行强冷，冷却速度为2℃/sec，弯曲段之前铸坯表面温度控制在780～820℃。

8.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述弯曲段气雾冷却弱冷步骤中，冷却速度为0.5℃/sec，出弯曲段铸坯表面温度730～770℃。

9.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述弧形段气雾冷却弱冷步骤中，弧形段采用气雾冷却方式弱冷回温控制在5℃/m，弧形段的末端连铸坯表面温度控制在850～890℃。

10.根据权利要求1所述的一种高Ni钢无缺陷连铸坯制造方法，其特征在于，所述矫直段弱冷步骤中，矫直区间表面温度为850～890℃，出矫直段的冷却速度0.2℃/sec，火焰切割部位铸坯温度为780～820℃。