CN115338383B - 一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，属于连铸工艺方法技术领域。为解决MnB钢中增加S后与钢中的化学元素发生反应生产夹杂物影响最终产品的质量的问题，本发明提供了一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其中连铸工序的拉速为0.70m/min、比水量为0.18L/kg、分配比为36/39/25％、首搅参数为200/2Hz、末搅参数为200A/8Hz。本发明通过对铸坯冷却制度的控制减少铸坯凝固过程产生的应力造成的内部产生裂纹缺陷，评级中心疏松≤1级、缩孔≤0.5级，无角裂缺陷，不存在内部裂纹，铸坯外形尺寸控制良好。本发明工艺流程短，在降低成本的同时使用连铸技术提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于连铸工艺方法技术领域，尤其涉及一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法。
背景技术
MnB钢是以Mn、B为基础代替Cr、Ni钢的一种合金钢，钢中加入微量B元素可以替代钢中Cr、Ni等贵重的合金消耗，从而节约大量的贵重合金，降低生产成本，同时还可以获得优良的力学性能。而硫元素是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，同时还降低钢的耐腐蚀性。
随着机械加工业的发展，切削加工高速、精密、自动化程度不断提高，对钢材的可切削性能提出了更高的要求。含硫钢因其良好的可切削性能得到广泛使用，一般硫含量控制在0.020～0.050％。
连铸工艺因生产效率高，成本低等优点已经成为目前各大钢铁企业不可缺少的生产工序之一。而铸坯在凝固过程中，主要受热应力、组织应力与机械应力的作用。其中热应力是连铸坯表面与内部温度不均匀、收缩不一致而产生的应力，主要是在二次冷却区之前及二次冷却区。铸坯一般在结晶器内产生裂纹源，通过二次冷却，低熔点物质的析出，使裂纹形成二次扩展。铸坯表面层温度反复回升而引起多次相变，裂纹通常沿两相组织的交接面扩展而形成。此时增加二冷比水量强度会造成铸坯冷却更加不均匀，使铸坯皮下裂纹扩展。尤其是在生产MnB含S钢时，因钢中的S与Mn发生反应产生MnS低熔点物质吸附在裂纹处从而造成最终产品的质量缺陷。
使用Mn、B为基础代替Cr、Ni钢在得到性能较好的钢外，可以有效的降低生产成本。而增加S可以增加后续加工精度、随着机械加工业的发展，切削加工高速、精密、自动化程度不断提高，所以将钢种增加一些S含量可以大大的提高加工性能，但是钢中的S含量极易与钢中的化学元素发生反应生产夹杂物，处理不当就会生成夹杂物从而影响最终产品的质量。
发明内容
为解决MnB钢中增加S后与钢中的化学元素发生反应生产夹杂物影响最终产品的质量的问题，本发明提供了一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法。
本发明的技术方案：
一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，包括初炼工序、精炼工序和连铸工序，所述连铸工序的拉速为0.70m/min、比水量为0.18L/kg、分配比为36/39/25、首搅参数为200/2Hz、末搅参数为200A/8Hz，振动参数为正弦：C1:5.2C2:0C3:60C4:124P:0.1，结晶器振动最大拉速为2.48m/min、负滑脱时间为0.160s、负滑脱速率NS为47％、时间负滑脱率NSR为40％、正滑脱时间为0.236s。
进一步的，所述连铸工序的连铸冷却模式为足辊冷却共计设定3排冷却环，每个面设定2个喷嘴，喷嘴打开角度宽面为80℃、窄面为70℃，能够覆盖整个铸坯端面，冷却方式为全水冷却。
进一步的，所述连铸工序的二冷段分为3个区域，共计设置17个喷淋环，喷淋环之间间距依次递增，可以有效的控住铸坯回温。
进一步的，所述初炼工序的出钢碳不低于0.08wt％，出钢温度不低于1620℃。
进一步的，所述初炼工序中出钢量按100吨计算，按要求进行渣料的配比及钢水成分的调整，具体方法如下：出钢30吨时加入铝锭150kg做好深脱氧，出钢40吨时根据所生产的MnB钢钢种成分进行合金化操作，成分按照下限进行控制，同时增加氩气搅拌流量至8～15m3/s，保证合金与钢水充分溶解；出钢50吨时加入石灰600kg、合成渣300kg；出钢70吨时降低氩气搅拌强度至5m3/s，保证化渣良好，不结壳。
进一步的，所述精炼工序包括LF精炼工序和真空精炼工序。
进一步的，所述LF精炼工序整体精炼时间不少于45min，白渣保持时间不少于20min，钢水升温至1600～1615℃转移至真空精炼工序。
进一步的，所述LF精炼工序采用二次送电方法，具体为：
第一次送电向钢水内加入石灰300kg，分两批加入；脱氧剂碳化硅50kg、碳粉20kg，随两批石灰加入，当钢水温度大于液相线温度25℃时，停止送电进行测量取样；
第二次送电根据第一次取样结果对成分进行微调，成分满足内控要求，将S含量控制在≤0.005％wt，钢水温度控制在1600℃～1615℃，转移至真空工序。
进一步的，所述真空精炼工序的深真空度≤67Pa，真空后补加硫磺线，将硫磺元素补加至内控，开始计算软吹时间，软吹时间不少于20min，向钢包内加入保温剂碳化稻壳60～100Kg，以渣面微动，不裸露钢液为准；控制钢水温度为1550℃～1565℃；软吹静止时间＞15min。
进一步的，所述中碳MnB钢的化学成分按重量百分含量包括：C：0.3～0.4％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.2％、S：0.01～0.035％、B：0.008～0.0035％，其余为Fe及不可避免杂质。
本发明的有益效果：
本发明提供的中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，通过对铸坯冷却制度的控制减少铸坯凝固过程中产生的应力造成的内部产生裂纹缺陷，评级中心疏松≤1级、缩孔≤0.5级，无角裂缺陷，不存在内部裂纹，铸坯外形尺寸控制良好。本发明工艺流程短，在降低成本的同时使用连铸技术提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明制备的中碳MnB钢大方坯的横向低倍试样的外观照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供了一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，包括初炼工序、精炼工序和连铸工序。
本实施例中中碳MnB钢的化学成分按重量百分含量包括：C：0.3～0.4％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.2％、S：0.01～0.035％、B：0.008～0.0035％，其余为Fe及不可避免杂质。
本实施例的中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法的连铸工序采用5机5流，全弧形半径为10.25m。使用100t钢包进行浇注可以有效的控制浇注时间，控制浇注温度。有效控制100t钢水的浇注时间和温差变化，保证恒温恒速，分宽窄面对喷水打开角度完全覆盖铸坯表面保证铸坯表面均匀控制回温。
使用双氩封对连铸进行保护浇注，有效控制浇注过程中钢水吸收空气中氧气造成钢水二次氧化。
本实施例连铸工艺中拉速：0.70m/min、比水量：0.18L/kg、分配比36/39/25％、首搅参数200/2Hz、末搅参数200A/8Hz，振动参数为正弦，C1:5.2C2:0C3:60C4:124P:0.1，结晶器振动最大拉速2.48m/min、负滑脱时间0.160s、负滑脱速率(NS)47％、时间负滑脱率NSR40％、正滑脱时间0.236s。参数匹配高，能够有效的控制浇注时间，从而保证浇注温度的稳定性。
由于凝固过程自然选分结晶的结果，铸坯凝固过程中会造成成分的偏析，所以合理控制冷却是解决铸坯偏析的一个重要手段。若二冷强度不够，铸坯回温大，柱状晶在生长过程中体积膨胀不断扩张易造成铸坯鼓肚及凹陷，产生角裂缺陷。若二冷强度太大，铸坯在凝固过程中柱状晶发达，影响铸坯内部组织及成分的均匀性甚至是穿晶。所以要保证冷却强度足够，冷却水量分配合理。本实施例连铸工序的连铸冷却模式为足辊冷却共计设定3排冷却环，每个面设定2个喷嘴，喷嘴打开角度宽面为80℃、窄面为70℃，能够覆盖整个铸坯端面，冷却方式为全水冷却，连铸工序的二冷段分为3个区域，共计设置17个喷淋环，喷淋环之间间距依次递增可以有效的控住铸坯回温，有效的控制铸坯冷却过程中因热应力造成内部裂纹。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例的初炼工序为：出钢碳不低于0.08wt％，出钢温度不低于1620℃。
初炼工序中出钢量按100吨计算，按要求进行渣料的配比及钢水成分的调整，具体方法如下：出钢30吨时加入铝锭150kg，出钢40吨时根据所生产的MnB钢钢种成分进行合金化操作，成分按照下限进行控制，同时增加氩气搅拌流量至8～15m3/s，出钢50吨时加入石灰600kg、合成渣300kg；出钢70吨时降低氩气搅拌强度至5m3/s。
本实施例中合成渣的配方为CaO45±2wt％、SiO2≤3wt％、Al2O343±2wt％、MgO5±2wt％、Fe2O3≤2wt％、TiO2≤0.03wt％、水分≤0.5wt％，粒度为5～50mm。
实施例3
本实施例与实施例1或实施例2的区别仅在于，本实施例的精炼工序包括LF精炼工序和真空精炼工序。
LF精炼工序整体精炼时间不少于45min，白渣保持时间不少于20min。
LF精炼工序采用二次送电方法，具体为：
第一次送电向钢水内加入石灰300kg，分两批加入；脱氧剂碳化硅50kg、碳粉20kg，随两批石灰加入，当钢水温度大于液相线温度25℃时，停止送电进行测量取样；
第二次送电根据第一次取样结果对成分进行微调，成分满足内控要求，将S含量控制在≤0.005％wt，钢水温度控制在1600℃～1615℃，快速转移至真空精炼工序。
真空精炼工序的深真空度≤67Pa，真空后补加硫磺线，将硫磺元素补加至内控，开始计算软吹时间，软吹时间不少于20min，向钢包内加入保温剂碳化稻壳60～100Kg，以渣面微动，不裸露钢液为准；控制钢水温度为1550℃～1565℃；软吹静止时间＞15min。
实施例4
本实施例提供了一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，包括初炼工序、精炼工序和连铸工序。
本实施例中中碳MnB钢的化学成分按重量百分含量包括：C：0.3～0.4％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～1.2％、S：0.01～0.035％、B：0.008～0.0035％，其余为Fe及不可避免杂质。
本实施例全流程使用105t钢包，双透气砖设计，保证在一定的精炼时间内控制夹杂物充分上浮，提高钢水的纯净度。
本实施例初炼工序配料为85wt％铁水和15wt％的废钢，使其释放出最大的热能。出钢C≥0.08％、P≤0.012％，出钢温度为1640℃。
初炼工序出钢30吨时加入铝锭150kg做好深脱氧；
出钢40吨时根据所生产的MnB钢钢种成分进行合金化操作，成分按照下限进行控制，同时增加氩气搅拌流量至8～15m3/s，保证合金与钢水充分溶解，合金提前进行烘烤，保证与钢水接触时减少钢水的热量损失，做好深脱氧最大限度的保证合金收得率，减少成本。
出钢50吨时加入石灰600kg、合成渣300kg。
本实施例中合成渣的配方为CaO45wt％、SiO2≤3wt％、Al2O343wt％、MgO5wt％、Fe2O3≤2wt％、TiO2≤0.03wt％、水分≤0.5wt％，粒度为5～50mm。
出钢70吨降低氩气搅拌强度至5m3/s，保证化渣良好，不结壳，到位后减轻精炼位的负担，提高钢水的纯净度。快速转移至精炼工序。
本实施例精炼工序包括LF精炼工序和真空精炼工序。
LF精炼工序整体精炼时间为50min，白渣保持时间为30min。
LF精炼工序到位钢水采用二次送电方法，具体为：
第一次送电向钢水内加入石灰300kg，分两批加入；脱氧剂碳化硅50kg、碳粉20kg，随两批石灰加入，当钢水温度大于液相线温度25℃时，停止送电进行测量取样，判定钢中成分；
第二次送电根据第一次取样结果对成分进行微调，成分满足内控要求，将S含量控制在≤0.005％wt，钢水温度控制在1600℃～1615℃，当成分完全进入内控后离站快速转移至真空精炼工序。
真空精炼工序的深真空度≤67Pa，真空后补加硫磺线，将硫磺元素补加至内控，开始计算软吹时间，软吹时间位30min，向钢包内加入保温剂碳化稻壳100Kg，以渣面微动，不裸露钢液为准；控制钢水温度为1550℃～1565℃；软吹静止时间为20min，有效控制夹杂物上浮。
本实施例连铸工序采用5机5流全弧形半径为10.25m，连铸生产前对中间包进行烘烤，其中冲击区中间包烘烤温度≥1200℃。浇注区域温度≥1050℃。对中包水口进行烘烤≥950℃。开浇前对中间包内进行吹氩气操作≥5min。操作结束后对中间包内的取样口使用石棉粘进行封堵。
使用100t钢包进行浇注可以有效的控制浇注时间，控制浇注温度。有效控制100t钢水的浇注时间和温差变化，保证恒温恒速，分宽窄面对喷水打开角度完全覆盖铸坯表面保证铸坯表面均匀控制回温。使用双氩封对连铸进行保护浇注，有效控制浇注过程中钢水吸收空气中氧气造成钢水二次氧化。
本实施例生产断面为250*280mm配有足辊冷却、足辊冷却共计设定3排冷却环，每个面设定2个喷嘴，喷嘴打开角度宽面为80℃、窄面为70℃，能够覆盖整个铸坯端面，冷却方式为全水冷却，能够满足铸坯足辊段铸坯冷却均匀。根据钢种特性收缩比例控制铸坯冷却，二次冷却分为3区，共计设置17个喷淋环，喷淋环之间间距依次递增可以有效的控住铸坯回温，有效的控制铸坯冷却过程中因热应力造成内部裂纹。连续矫直拉矫机7架/流。
结晶器铜管使用火次0-200火，1、铜管弯月面以下300mm内无划伤、无镀层脱落；2、铜管中部无划伤、无镀层脱落；3、铜管下口四角磨损均匀、无大面积镀层脱落；4、密封良好无渗漏水，上浇次无溢漏钢、弯月面以上无镀Cr层脱落，铜管锥度1.24％/m，结晶器水缝均匀0.4±0.2mm。足辊对弧-0.4mm，足辊表面光滑，转动灵活；足辊架地脚螺丝紧固，无松动、无缺失，足辊表面无沾渣、过烧等情况。
拉速和温度是控制铸坯质量的重要因素，通过过热度和拉速的控制降低铸坯成分偏析，同时稳定末端凝固位置，配合轻压下使铸坯质量达到预期的效果。
电磁搅拌作为目前改善铸坯偏析指数的重要技术，一方面抑制柱状晶发展、促进成分均匀与夹杂物上浮细化的热力学和动力学条件，进而控制铸坯凝固组织改善铸坯质量。另一方面增加钢液流动，提高了凝固相间的热传递，有利于降低过热度，减小凝固前沿的温度梯度，抑制了柱状晶的定向增大。控制铸坯表面温度回温，使其在一定的回温范围，防止钢水反复回温造成热应力过大。
本实施例连铸工艺中拉速：0.70m/min、比水量：0.18L/kg、分配比36/39/25％、首搅参数200/2Hz、末搅参数200A/8Hz，振动参数为正弦，C1:5.2C2:0C3:60C4:124P:0.1，结晶器振动最大拉速2.48m/min、负滑脱时间0.160s、负滑脱速率(NS)47％、时间负滑脱率NSR40％、正滑脱时间0.236s。参数匹配高，有效的控制浇注时间。从而保证浇注温度的稳定性。
本实施例参数匹配高温度铸坯质量，所得连铸坯低倍外观如图1所示，评级中心疏松≤1级、缩孔≤0.5级，无角裂缺陷，不存在内部裂纹，铸坯外形尺寸控制良好。
Claims (7)
1.一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，包括初炼工序、精炼工序和连铸工序，其特征在于，所述连铸工序的拉速为0.70m/min、比水量为0.18L/kg、分配比为36/39/25、首搅参数为200A/2Hz、末搅参数为200A/8Hz，振动参数为正弦：C1:5.2、C2:0、C3:60、C4:124、P:0.1，结晶器振动最大拉速为2.48m/min、负滑脱时间为0.160s、负滑脱速率NS为47%、时间负滑脱率NSR为 40%、正滑脱时间为0.236s；所述连铸工序的连铸冷却模式为足辊冷却，共计设定3排冷却环，每个面设定2个喷嘴，喷嘴打开角度宽面为80℃、窄面为70℃，能够覆盖整个铸坯端面，冷却方式为全水冷却；所述连铸工序的二冷段分为3个区域，共计设置17个喷淋环，喷淋环之间间距依次递增；
所述中碳MnB钢的化学成分按重量百分含量包括：C：0.3～0.4%、Si：0.15～0.35%、Mn：1.0～1.2%、S：0.01～0.035%、B：0.008～0.0035%，其余为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其特征在于，所述初炼工序的出钢碳不低于0.08wt%，出钢温度不低于1620℃。
3.根据权利要求2所述的一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其特征在于，所述初炼工序中出钢量按100 吨计算，按要求进行渣料的配比及钢水成分的调整，具体方法如下：出钢30吨时加入铝锭150kg，出钢40吨时根据所生产的MnB钢钢种成分进行合金化操作，成分按照下限进行控制，同时增加氩气搅拌流量至8~15m3/s，出钢50吨时加入石灰600kg、合成渣300kg；出钢70吨时降低氩气搅拌强度至5m3/s。
4.根据权利要求3所述的一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其特征在于，所述精炼工序包括LF精炼工序和真空精炼工序。
5.根据权利要求4所述的一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其特征在于，所述LF精炼工序整体精炼时间不少于45min，白渣保持时间不少于20min，钢水升温至1600~1615℃转移至真空精炼工序。
6.根据权利要求5所述的一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其特征在于，所述LF精炼工序采用二次送电方法，具体为：
第一次送电向钢水内加入石灰300kg，分两批加入；脱氧剂碳化硅50kg、碳粉20kg，随两批石灰加入，当钢水温度大于液相线温度25℃时，停止送电进行测量取样；
第二次送电根据第一次取样结果对成分进行微调，成分满足内控要求，将S含量控制在≤0.005%wt，钢水温度控制在1600℃~1615℃。
7.根据权利要求6所述的一种中碳MnB钢大方坯内部角部裂纹的控制方法，其特征在于，所述真空精炼工序的深真空度≤67Pa，真空后补加硫磺线，将硫磺元素补加至内控，开始计算软吹时间，软吹时间不少于20min，向钢包内加入保温剂碳化稻壳60~100Kg，以渣面微动，不裸露钢液为准；控制钢水温度为1550℃~1565℃；软吹静止时间＞15min。
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