CN117840394B - 一种高质量铸坯及其连铸浇注方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高质量铸坯及其连铸浇注方法，高质量铸坯中Alt≤0.0015%、Ti≤0.0008%。连铸浇注方法，包括：采用板坯连铸机浇注，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，控制中间包钢水高过热度，使用低熔点结晶器保护渣，结晶器开末端电磁搅拌，连铸坯入保温坑缓冷冷却，入保温坑温度≥500℃，出坑温度≤150℃。本发明使铸坯整体坯型、表面质量、元素均匀性等得到全面控制，获得质量优良的易切削模具钢铸坯。
Description
技术领域
本发明涉及一种高质量铸坯及其连铸浇注方法，属于钢水连铸浇注的技术领域。
背景技术
高质量铸坯钢的连铸浇注是其产品稳定性的一大难题。高质量铸坯钢的高氧含量、高硫含量大幅降低了钢水的表面张力，使钢渣分离困难，从而造成钢渣混卷，形成大量表面及皮下缺陷，甚至造成漏钢，使连铸生产难以进行；高质量铸坯钢中锰、氧含量高，在高温下会与耐火材料中的某些成分发生理化反应，使耐火材料浸蚀，在连铸生产中造成溢钢或中间包漏钢等现象；高质量铸坯钢钢液粘度大，流动性差，为保证其可浇性，必须提高浇注温度，但同时高质量铸坯钢又是裂纹敏感钢种，必须采用弱冷制度，这些相互矛盾的要求使高质量铸坯钢由模铸工艺转变为连铸工艺非常困难。因此，目前在高质量铸坯钢生产过程中，连铸工艺控制显得极其重要。
发明人经过检索本领域文献发现专利CN103600049B提供了一种控制和改善模具钢连铸厚板坯内部质量的工艺，通过连铸机垂直段、弯曲段及矫直段水量的控制，所述垂直段水流量控制在12-19m3/h；在弯曲段内弧水流量控制在18-26m3/h，外弧水流量控制在20-28m3/h；在矫直段内弧水量控制在4-7m3/h，外弧水量控制在6-10m3/h。通过控制垂直段和弯曲段内外弧水流量，降低铸坯冷却过程的回温，减少或消除由于热应力产生的裂纹；控制矫直段内外弧水流量，控制矫直区间铸坯温度900-1100℃，减少或消除由于矫直力产生裂纹；在凝固终点附近，实施一个扇形段压下，可以使压下力传递到铸坯中心，控制和改善厚板坯中心偏析、中心疏松和缩孔。
经过研究发现：专利CN103600049B虽然提供了一种控制和改善模具钢连铸厚板坯内部质量的工艺，但是在控制铸坯冷却时，虽然通过控制垂直段和弯曲段内外弧水流量，降低 铸坯冷却过程的回温，减少或消除由于热应力产生的裂纹，提高冷却强度减少回温，但板坯外侧或角部冷却未进行考虑，高硫、高合金钢种，边部和角部冷却过强易产生裂纹问题。此外，仅仅依靠末端压下难以稳定改善偏析和芯部质量，末端电磁搅拌、压下等应匹配使用，因为单一压下量过大易造成压下形成的裂纹，压下过小则对中心偏析和疏松改善不明显。
因此，有必要研究出一套完整完善的能够减少裂纹且保证钢坯内部性能稳定的连铸浇注方法。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种高质量铸坯及其连铸浇注方法，其具体技术方案如下：
一种高质量铸坯的连铸浇注方法，包括以下步骤：
采用板坯连铸机浇注，连铸全程保护浇注，采用低碱度、低氧化铝含量的中包覆盖剂，控制中间包钢水高过热度，使用低熔点结晶器保护渣，结晶器开末端电磁搅拌；
结晶器水量：窄侧450-650NL/min，宽面内弧5000-5600NL/min，宽面外弧4200-4800NL/min；
二冷段采用超弱冷模式，扇形段水量从足辊段、1区到14区分别为：足辊段水量55-75 NL/min，1-3区段的内外弧冷却水量逐渐加强，分别为190±10 NL/min、330±10 NL/min、340±10 NL/min；4-5区段的内外弧冷却水量逐渐减弱，分别为280±10 NL/min、110±10 NL/min；6-7区段的内外弧水量差异化控制，外弧较内弧增加15-25 NL/min，6区段内弧40-60 NL/min、7区段内弧20-40 NL/min；8区段内弧35-55 NL/min、8区段外弧80-100 NL/min；9-10区段的内外弧水量差异化控制，9区段和10区段内弧25-45 NL/min、外弧40-60NL/min；11-14区段的内外弧水量差异化控制，11-14区段的内弧15-25 NL/min、外弧25-45NL/min；
所述连铸坯入保温坑缓冷冷却，入保温坑温度≥500℃，出坑温度≤150℃。
进一步的，浇注钢水的化学成分按质量百分数计包括：C：0.25%-0.55%、Si：0.20%-0.60%、Mn：1.25%-1.85%、Cr：1.7%-2.2%、Mo：0.10%-0.40%、S：0.05%-0.15%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、P≤0.015%、T.O≤0.0015%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Alt≤0.0015%、Ti≤0.0008%，以及Fe和其他不可避免的组分。
进一步的，所述连铸坯总压下量5—8mm，分4段压下5—8mm，扇形段8-11段每段压下量占总压下量的比例依次为：50%-60%、10%-20%、10%-20%、10%-20%。
进一步的，所述连铸中间包钢水过热度25-45℃，开浇吨位≥25t；正常浇注时中间包吨位≥28t；连浇换大包时中间包吨位≥22t；浸入式水口插入深度120—180mm，结晶器锥度1.03%-1.07%，连铸拉速控制在0.6—1.0m/min，结晶器电磁搅拌电流450—650A，频率6—8Hz。
进一步的，所述板坯连铸机断面220mm×1800mm×2600mm或320mm×1800mm×2600mm，连铸全程保护浇注，大包长水口氩气流量150-200NL/min，中包上水口氩气流量5-10NL/min，塞棒机构氩气流量10-15NL/min；
低碱度、低氧化铝含量的中包覆盖剂成分按照质量百分比计包括：CaO 30%-35%，SiO2 50%-55%，MnO 2%-5%、Al2O3≤2%，MgO 3%-6%，以及其他不可避免的组分；
低熔点结晶器保护渣渣层厚度12-22mm，消耗量0.15-0.20kg/吨；低熔点结晶器保护渣的CaO/SiO2=0.70-0.85，成分按照质量百分比计包括： Na2O 8-12%，Li2O 2.5-3.5%，F10-15%，MgO 1-3%，单质C 2-4%，以及其他不可避免的杂质组分。
一种由上述连铸浇注方法制得的高质量铸坯。
进一步的，所述高质量铸坯中心偏析C ≤ 1.0级，Mn、Cr元素宽度方向中心、1/4位置、边部1cm处从内弧到外弧均匀各取9个点，最大值、最小值与平均值比值0.96-1.04；铸坯厚度偏差±1.5mm以内，宽度偏差±2.5mm以内，宽侧鼓肚或凹陷±2.5mm以内，窄侧鼓肚或凹陷±1.5mm以内，表面振痕、凹坑、凸块、折叠、气孔的缺陷高度或深度≤2mm。
本发明的技术原理及有益效果是：
本发明为了控制铸坯裂纹，采用高过热度、超弱冷工艺控制冷却水量，同时将二冷段足辊段及14个区段的水量精准控制，前期由于结晶器水量大，铸坯表面冷却强，温度低，为了防止持续冷却，在矫直过程中造成裂纹，足辊段至1区均采用低水量冷却，为了防止低冷却水量造成铸坯皮壳回温过高，皮壳过薄会造成漏钢等问题，2区、3区在1区的基础上逐步加强冷却水量，将皮壳厚度、温度控制在合理的区间。此后冷却水量整体呈现逐渐减弱的趋势，同时内外弧进行差异化控制，外弧水量高于内弧，因为外弧是铸坯的下表面，冷却水喷入后快速下滴漏下，同时高温蒸发，消耗较快，内弧主要是高温蒸发，相对外弧水分消耗较慢，差异化控制获得冷却更加均匀的铸坯，是铸坯偏析控制更加理想。
另外，系统控制中包钢水重量、覆盖剂及保护渣性能、水口吹氩、结晶器锥度、电磁搅拌、冷却速度、精准压下分布、缓冷工艺控制等措施，使铸坯整体坯型、表面质量、元素均匀性等得到全面控制，获得质量优良的易切削模具钢铸坯。
附图说明
图1是本发明的高质量铸坯的低倍图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本高质量铸坯的低倍图如图1所示，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.25%-0.55%、Si：0.20%-0.60%、Mn：1.25%-1.85%、Cr：1.7%-2.2%、Mo：0.10%-0.40%、S：0.05%-0.15%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、P≤0.015%、T.O≤0.0015%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Alt≤0.0015%、Ti≤0.0008%，以及Fe和其他不可避免的组分，通常按高炉冶炼—转炉冶炼—LF精炼—RH真空处理—连铸—热轧流程生产，其中连铸浇注是本申请的核心发明。
通过本发明连铸浇注方法最终得到的高质量铸坯获得的铸坯中心偏析C ≤1.0级，Mn、Cr元素宽度方向中心、1/4位置、边部1cm处从内弧到外弧均匀各取9个点，最大值、最小值与平均值比值0.96-1.04；铸坯厚度偏差±1.5mm以内，宽度偏差±2.5mm以内，宽侧鼓肚或凹陷±2.5mm以内，窄侧鼓肚或凹陷±1.5mm以内，表面振痕、凹坑、凸块、折叠、气孔等缺陷高度或深度≤2mm。该类高质量铸坯可以广泛应用于各类模具、模架，便于加工切削，且可延长刀具寿命。
本发明采用板坯连铸机浇注，连铸全程保护浇注，采用低碱度、低氧化铝含量的中包覆盖剂（成分按照质量百分比计包括：CaO 30-35%，SiO2 50-55%，MnO 2-5%、Al2O3≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分），控制中间包钢水高过热度，使用低熔点结晶器保护渣（渣层厚度12-22mm，消耗量0.15-0.20kg/t；低熔点结晶器保护渣的CaO/SiO2=0.70-0.85，成分按照质量百分比计包括： Na2O 8-12%，Li2O 2.5-3.5%，F 10-15%，MgO 1-3%，单质C 2-4%，以及其他不可避免的杂质组分），结晶器开末端电磁搅拌；结晶器水量窄侧450-650NL/min，宽面内弧5000-5600NL/min，宽面外弧4200-4800NL/min；二冷段采用超弱冷模式，扇形段水量从足辊段、1区到14区分别为：足辊段水量55-75 NL/min，1-3区段内外弧冷却水量逐渐加强，分别为190±10 NL/min、330±10 NL/min、340±10 NL/min；4-5区段内外弧冷却水量逐渐减弱，分别为280±10 NL/min、110±10 NL/min；6-7区段内外弧水量差异化控制，外弧较内弧增加15-25 NL/min，6区段内弧40-60 NL/min、7区段内弧20-40 NL/min；8区段内弧35-55 NL/min、8区段外弧80-100 NL/min；9-10区段内外弧水量差异化控制，9区段和10区段内弧25-45 NL/min、外弧40-60 NL/min；11-14区段内外弧水量差异化控制，11-14区段内弧15-25 NL/min、外弧25-45 NL/min。
连铸坯总压下量5—8mm，扇形段8-11段压下比例分段控制压下量分别为：50%-60%、10%-20%、10%-20%、10%-20%。
连铸中间包钢水过热度25-45℃，开浇吨位≥25t；正常浇注时中间包吨位≥28t；连浇换大包时中间包吨位≥22t；浸入式水口插入深度120—180mm，结晶器锥度1.03%-1.07%，连铸拉速控制在0.6—1.0m/min，结晶器电磁搅拌电流450—650A，频率6—8Hz。
板坯连铸机断面220或320mm×1800×2600mm，连铸全程保护浇注，大包长水口氩气流量150-200NL/min，中包上水口氩气流量5-10NL/min，机构氩气流量10-15NL/min；采用的低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO 30%-35%，SiO2 50%-55%，MnO 2%-5%、Al2O3≤2%，MgO 3%-6%，以及其他不可避免的组分。结晶器保护渣渣层厚度12-22mm，消耗量0.15-0.20kg/吨；保护渣主要成分CaO/SiO2=0.70-0.85，Na2O 8-12%，Li2O 2.5-3.5%，F 10-15%，MgO 1-3%，单质C 2-4%，以及其他不可避免的杂质组分。
连铸坯入保温坑缓冷冷却，入保温坑温度≥500℃，出坑温度≤150℃。
下面给出本方法应用时的具体实施例，连铸浇注过程中的部分参数如表1-2所示。
表1
表2 二冷段水量，NL/min
表2续 二冷段水量，NL/min
表2续 二冷段水量，NL/min
上述三个实施例得到的高质量铸坯部分性能如下表3：
表3
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。
Claims (6)
1.一种高质量铸坯的连铸浇注方法，其特征在于，包括以下步骤：
浇注钢水的化学成分按质量百分数计包括：C：0.25%-0.55%、Si：0.20%-0.60%、Mn：1.25%-1.85%、Cr：1.7%-2.2%、Mo：0.10%-0.40%、S：0.05%-0.15%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、P≤0.015%、T.O≤0.0015%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Alt≤0.0015%、Ti≤0.0008%，以及Fe和其他不可避免的组分；
采用板坯连铸机浇注，连铸全程保护浇注，采用低碱度、低氧化铝含量的中包覆盖剂，控制中间包钢水高过热度，使用低熔点结晶器保护渣，结晶器开末端电磁搅拌；
结晶器水量：窄侧450-650NL/min，宽面内弧5000-5600NL/min，宽面外弧4200-4800NL/min；
二冷段采用超弱冷模式，扇形段水量从足辊段、1区到14区分别为：足辊段水量55-75NL/min，1-3区段的内外弧冷却水量逐渐加强，分别为190±10 NL/min、330±10 NL/min、340±10 NL/min；4-5区段的内外弧冷却水量逐渐减弱，分别为280±10 NL/min、110±10NL/min；6-7区段的内外弧水量差异化控制，外弧较内弧增加15-25 NL/min，6区段内弧40-60 NL/min、7区段内弧20-40 NL/min；8区段内弧35-55 NL/min、8区段外弧80-100 NL/min；9-10区段的内外弧水量差异化控制，9区段和10区段内弧25-45 NL/min、外弧40-60 NL/min；11-14区段的内外弧水量差异化控制，11-14区段的内弧15-25 NL/min、外弧25-45 NL/min；
连铸坯入保温坑缓冷冷却，入保温坑温度≥500℃，出坑温度≤150℃。
2.根据权利要求1所述的连铸浇注方法，其特征在于，所述连铸坯总压下量5—8mm，分4段压下5—8mm，扇形段8-11段每段压下量占总压下量的比例依次为：50%-60%、10%-20%、10%-20%、10%-20%。
3.根据权利要求1所述的连铸浇注方法，其特征在于，所述连铸中间包钢水过热度25-45℃，开浇吨位≥25t；正常浇注时中间包吨位≥28t；连浇换大包时中间包吨位≥22t；浸入式水口插入深度120—180mm，结晶器锥度1.03%-1.07%，连铸拉速控制在0.6—1.0m/min，结晶器电磁搅拌电流450—650A，频率6—8Hz。
4.根据权利要求1所述的连铸浇注方法，其特征在于，所述板坯连铸机断面220mm×1800mm×2600mm或320mm×1800mm×2600mm，连铸全程保护浇注，大包长水口氩气流量150-200NL/min，中包上水口氩气流量5-10NL/min，塞棒机构氩气流量10-15NL/min；
低碱度、低氧化铝含量的中包覆盖剂成分按照质量百分比计包括：CaO 30%-35%，SiO250%-55%，MnO 2%-5%、Al2O3≤2%，MgO 3%-6%，以及其他不可避免的组分；
低熔点结晶器保护渣渣层厚度12-22mm，消耗量0.15-0.20kg/吨；低熔点结晶器保护渣的CaO/SiO2=0.70-0.85，成分按照质量百分比计包括： Na2O 8-12%，Li2O 2.5-3.5%，F 10-15%，MgO 1-3%，单质C 2-4%，以及其他不可避免的杂质组分。
5.一种由权利要求1-4任意一项所述连铸浇注方法制得的高质量铸坯。
6.根据权利要求5所述高质量铸坯，其特征在于，所述高质量铸坯中心偏析C ≤ 1.0级，Mn、Cr元素宽度方向中心、1/4位置、边部1cm处从内弧到外弧均匀各取9个点，最大值、最小值与平均值比值0.96-1.04；铸坯厚度偏差±1.5mm以内，宽度偏差±2.5mm以内，宽侧鼓肚或凹陷±2.5mm以内，窄侧鼓肚或凹陷±1.5mm以内，表面振痕、凹坑、凸块、折叠、气孔的缺陷高度或深度≤2mm。
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