CN102398007B - 一种用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺，用于在二次冷却区喷水冷却后的连铸坯凝固过程中。其特征在于，在连铸坯凝固末端的固液两相区，实施连铸轻压下技术，所述连铸轻压下技术是通过若干对夹辊对连铸坯施加微量的压下位移，以补偿末端凝固收缩。根据本发明，利用弧形连铸机配置的轻压下装置，改善高铬合金钢连铸大方坯内部质量，由此显著减轻连铸坯中心疏松和中心缩孔，防止芯部裂纹。

Description

一种用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺

技术领域

本发明涉及冶金铸造领域，特别是，本发明涉及一种用于高铬合金钢大方坯的连铸的轻压下工艺。本发明的用于高铬合金钢大方坯的连铸的轻压下工艺可提高高铬合金钢大方坯的内部质量。

背景技术

在冶金铸造领域，高铬合金钢导热性能差，凝固形态复杂，对浇铸速度和冷却有较严格的要求，通常采用模铸方式生产。

近年来，油井、电站锅炉、化学工业对高铬合金钢管的需求不断增加，为了经济高效地生产，采用连铸和热轧无缝钢管方法制造高铬合金钢管。

连铸过程是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷的结晶器内，钢水很快与预先放置在结晶器的引锭头凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从结晶器的下端拉出引锭头。这样已凝固成一定厚度的连铸大方坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。通过拉矫机牵引，带有液芯的铸坯，一边运行一边凝固，直到完全凝固。待连铸坯完全凝固后，用氧气切割机把铸坯切割成一定长度。这种把高温钢水直接浇注成钢坯的工艺叫连续铸钢。

在连铸浇铸过程中，连铸坯在凝固过程时会出现固液两相区。在固液两相区，由于凝固收缩，在得不到液态钢水有效填充时，连铸坯会产生疏松和孔洞，形成连铸坯的中心缩孔。高铬合金钢在浇铸过程中钢液流动性很差，更容易产生中心缩孔缺陷。由于高铬合金钢凝固过程体收缩率大，连铸坯一旦形成中心缩孔后进一步冷却收缩就会引起芯部裂纹。连铸坯这些缺陷在轧制无缝钢管时，在钢管内表面会产生大量缺陷导致报废。因此，高铬合金钢铸坯内部质量直接影响连轧管机组轧制无缝钢管内表面质量。

公开号为“特開平8-332556”的日本专利申请公开了一种改善连铸坯内部质量的方法。根据该专利文献的披露，工艺为在连铸二冷结束后，在邻近连铸坯凝固末端位置进一步冷却连铸大方坯(小方坯)，用来减少连铸坯芯部中心疏松，防止芯部裂纹。然而，这种方法需要在邻近连铸坯凝固末端位置增加冷却装置。

公开号为“CN101036921”的中国专利申请公开了一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，用于减轻高碳钢连铸大方坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔，防止中心裂纹、中间裂纹等内部缺陷。然而，这种方法仅局限于高碳重轨钢。

发明内容

为克服所述问题，本发明目的是，提供一种用于高铬合金钢大方坯的连铸的轻压下工艺，即在连铸工序中，利用弧形连铸机配置的轻压下装置，改善高铬合金钢连铸大方坯内部质量，由此显著减轻连铸坯中心疏松和中心缩孔，防止芯部裂纹。

本发明的技术方案如下：

一种用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺，用于在二次冷却区喷水冷却后的连铸坯凝固过程中，其特征在于，在连铸(大方)坯凝固末端的固液两相区，采用由若干个机架组成的轻压下装置，实施连铸轻压下技术，所述连铸轻压下技术是通过夹辊对连铸坯施加微量的压下位移，以补偿末端凝固收缩。

由此，采用连铸轻压下技术可以控制中心缩孔和芯部裂纹，有效地改善连铸大方坯内部质量。

本发明的用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺的原理是：通过控制连铸浇注工艺获得适当的铸坯凝固末端固相率，从而得到合适的压下区间；选择适当的连铸轻压下工艺参数，减轻铸坯中心缩孔、防止芯部裂纹。

用于连铸机轻压下工艺的夹辊又称拉矫辊，有3个作用：①通过夹紧铸坯向前运动速度，控制铸坯拉速；②控制铸坯向前运动过程中由垂直方向渐变为水平方向；③实施轻压下工艺。由于轻压下工艺对压下区间有固相率要求(如果压下区间固相率超过临界过相率，在裂纹敏感区实施轻压下，铸坯容易产生内部裂纹。)，根据不同钢种，通常可仅对若干夹辊，例如，3-5对夹辊实施轻压下作用，其它夹辊主要起拉矫作用。

根据本发明的用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺，其特征在于，所述轻压下工艺参数包括：压下区间、压下量及压下率，所述压下区间为连铸坯固相率f_s＝30-80％的固液两相区范围，所述压下量指垂直于连铸坯的拉坯方向的夹辊的辊缝收缩量(mm)，所述压下率指连铸坯沿拉坯方向单位长度的压下量(mm/m)，压下率产生的应变ε小于临界应变ε_c，即：ε＜ε_c.，压下率产生的应变ε由下式确定：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{3\mathrm{\ΔhS}}{L^2}\×100\%$

式中：Δh---压下量，mm；

S---坯壳厚度，mm；

L---辊距，mm，

坯壳厚度是指连铸坯由外向内凝固时的凝固层厚度，具体的临界应变ε_c为5.86％-10.66％。

本发明中，辊距为1100mm。

这些工艺参数的确定与钢的固液两相区的特性及高温力学性能相关。见表3

根据钢在固液两相区高温力学性能特性，两相区分为液相填充区和裂纹敏感区，用临界固相分数f_sc划分。固相率fs＜fsc区域为液相填充区，在该区域裂纹会被渗入的液相填充而消失；固相率fs＞fsc区域为裂纹敏感区，在该区域密集的树枝晶阻碍了液相填充，使裂纹无法弥合而存留下来。

若在裂纹敏感区实施轻压下，由于钢在两相区的临界强度很低，连铸坯凝固前沿承受的拉应变超过某一临界值，或拉应力超过钢的凝固温度附近的强度时，连铸坯就可能在凝固前沿产生沿晶裂纹，并在凝固前沿扩展成中间裂纹。因此，连铸轻压下作用区域应该避开裂纹敏感区间。由于不同钢种的凝固区间结构不同，高合金钢合适的压下区间为铸坯固相率f_s＝30-80％的固液两相区范围。

根据连铸坯凝固传热数学模拟，连铸坯浇注温度、浇铸速度和二次冷却方式变化，将会导致固液两相区位置和两相区区间范围变化。因此，选择合适的连铸二次冷却方式、控制钢液浇注温度和浇铸速度，可获得适当的连铸坯凝固末端区间和固相率，从而得到合适的压下区间。

压下量指轻压下工艺中辊缝收缩总量，包括连铸坯凝固收缩量和实际作用在连铸坯上的压下量。压下量过小时，由于凝固收缩得不到充分补偿，对于中心缩孔的改善并不明显；压下量过大时，连铸坯承受挤压过度，可能会引起尚未凝固且富集溶质元素的钢液流到相邻的鼓肚区，出现白亮带、负偏析，甚至导致连铸坯内裂，或引起对轻压下区夹辊的损伤。因此，压下量的大小要能够完全补偿压下区间内的凝固收缩，同时避免连铸坯产生内裂，且压下时产生的反作用力要在铸机扇形段许可载荷范围内。

另外，轻压下装置由若干个机架组成，每个机架有一对夹辊控制压下量。压下率公式主要用来校验每个机架压下率是否超过最大压下率，避免铸坯内部产生裂纹。坯壳厚度与压下区间一样取决于连铸工艺，辊距则由连铸机设备所决定。

连铸坯的压下率不能太大，连铸坯的应力应变需要保证在连铸坯产生裂纹的临界应变之内。

根据本发明的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，控制连铸轻压下区域铸坯固相率f_s＝30-80％，轻压下总压下量8-12mm。

根据本发明的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，所述轻压下工艺的单个机架最大压下量≤3.0mm，最大压下率≤3.0mm/m。

根据本发明的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，所述轻压下工艺采用九对夹辊，通过其中3-5对夹辊对连铸坯施加微量的压下位移。

根据本发明的高铬合金钢大方坯的连铸工艺，其特征在于，所述轻压下工艺中，控制钢水过热度在20-35℃，连铸坯拉速在0.55-0.65m/min；

根据本发明的高铬合金钢大方坯的连铸工艺，其特征在于，所述二次冷却区域采用弱冷均匀分配冷却水控制方式，所述轻压下工艺中的连铸比水量(每吨钢用冷却水量)控制在0.19-0.25l/kg。

由此，可获得所需连铸轻压下区域铸坯固相率，得到合适的轻压下区间。

根据本发明的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，所述高铬合金钢为含铬量为8-14％的高铬合金钢。

根据本发明的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，利用弧形大方坯连铸机经济高效生产高铬合金钢，浇铸的连铸大方坯基本消除中心缩孔和裂纹。与模铸钢锭比较，轧制成圆坯的内部质量相当，成材率提高约10％，可大幅度降低高铬合金钢制造成本。

具体实施方式

以下，用实施例具体说明本发明。

实施例1-6(A-F)

采用九对夹辊，对其中2-6号夹辊在二次冷却区喷水冷却后的连铸坯凝固过程中，实施含铬量为8-14％的高铬合金钢的大方坯连铸的轻压下工艺。连铸大方坯尺寸：320×425mm。

二次冷却区域采用弱冷均匀分配冷却水控制方式。

所述压下区间为连铸坯固相率f_s＝30-80％的固液两相区范围。

所述压下量指垂直于连铸坯的拉坯方向的夹辊的辊缝收缩量(mm)，所述压下率指连铸坯沿拉坯方向单位长度的压下量(mm/m)，压下率产生的应变ε小于临界应变ε_c。

实施例1-6(A-F)的轻压下总压下量分别为8，12，8，10，8，8mm，所述轻压下工艺的单个机架最大压下量≤3.0mm，最大压下率≤3.0mm/m。

实施例1-6(A-F)的轻压下工艺中，分别控制钢水过热度在22-35℃，所述连铸坯拉速分别控制在0.60-0.65m/min。

表1是实施例1-6(A-F)的高铬合金钢的成分，表2是实施例1-6(A-F)实施例1-6(A-F)工艺及效果。表3是临界应变εc与钢种成分和温度关系表，通过实测获得。

表1

单位：wt％

表2

表3

本发明实施例钢种的临界应变εc值：

温度

本发明的用于高铬合金钢大方坯的连铸的轻压下工艺，在连铸工序中，利用弧形连铸机配置的轻压下装置，改善高铬合金钢连铸大方坯内部质量，由此显著减轻连铸坯中心疏松和中心缩孔，防止芯部裂纹。

Claims (7)

1.一种用于高铬合金钢大方坯连铸的轻压下工艺，用于在二次冷却区喷水冷却后的连铸坯凝固过程中，其特征在于，在连铸坯凝固末端的固液两相区，通过夹辊对连铸坯施加微量的压下位移，以补偿末端凝固收缩；

所述轻压下工艺参数包括：压下区间、压下量及压下率，所述压下区间为连铸坯固相率f_s=30-80%的固液两相区范围，所述压下量指垂直于连铸坯的拉坯方向的夹辊的辊缝收缩量（mm），所述压下率指连铸坯沿拉坯方向单位长度的压下量（mm/m），压下率产生的应变ε小于临界应变ε_c，即：ε<ε_c，压下率产生的应变ε由下式确定：

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{3\mathrm{\&Delta;hS}}{L^2}\&times;100\%$

式中：△h---压下量，mm；

S---坯壳厚度，mm；

L---辊距，1100mm，

具体的临界应变ε_c为5.86%-10.66%。

2.如权利要求1所述的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，控制连铸轻压下区域铸坯固相率f_s=30-80%，轻压下总压下量8-12mm。

3.如权利要求2所述的高铬合金钢大方坯的连铸工艺，其特征在于，所述轻压下工艺的单个机架最大压下量≤3.0mm，最大压下率≤3.0mm/m。

4.如权利要求2所述的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，所述轻压下工艺采用9对夹辊，通过其中3-5对夹辊对连铸坯施加微量的压下位移。

5.如权利要求2所述的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，所述轻压下工艺中，控制钢水过热度在20-35℃，连铸坯拉速在0.55-0.65m/min。

6.如权利要求2所述的高铬合金钢大方坯的轻压下工艺，其特征在于，所述二次冷却区域采用弱冷均匀分配冷却水控制方式，所述轻压下工艺中的连铸比水量，即每吨钢用冷却水量，控制在0.19-0.25l/kg。

7.如权利要求2所述的高铬合金钢大方坯的连铸工艺，其特征在于，所述高铬合金钢大方坯为含铬量为8-14%的高铬合金钢大方坯。