TWI785903B - 鋼胚心部偏析之消除方法 - Google Patents
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Abstract
一種鋼胚心部偏析之消除方法。在此方法中，對鋼液進行連鑄製程。進行連鑄製程包含對鋼液進行凝固操作，以形成半凝固鋼胚；及對半凝固鋼胚進行輕壓下操作，以製得鋼胚。進行輕壓下操作包含在半凝固鋼胚之中心固相分率小於或等於約20%時，進行第一輕壓下步驟，以穩固半凝固鋼胚之內部的液心尺寸；及於第一輕壓下步驟後，在半凝固鋼胚之中心固相分率為約40%至約100%時，依序進行第二輕壓下步驟與第三輕壓下步驟。第一輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之第一壓力小於第二輕壓下步驟與第三輕壓下步驟所分別對半凝固鋼胚施加之第二壓力與第三壓力。
Description
本揭露是有關於一種鋼胚之連鑄技術，且特別是有關於一種鋼胚心部偏析之消除方法。
合金鋼種於凝固冷卻的過程中，由於樹枝狀晶組織發達，因此容易在連鑄胚之內部形成樹枝狀晶架橋。再加上凝固過程中的選分結晶作用，而使得樹枝狀晶間富集了大量低熔點的溶質。在凝固末期，因凝固體積的收縮而產生強大的抽吸力，導致樹枝狀晶間富集雜質的殘餘液體朝中心流動並充填於其中，從而產生鑄胚中心偏析缺陷，並導致鑄胚中心有組織鬆散與殘餘縮孔等問題。
傳統上，改善鋼胚心部的縮孔或者偏析大都採用輕壓下(soft reduction)技術與電磁攪拌技術(electromagnetic stirring，EMS)，其中又以輕壓下技術為主流技術。目前，有一種鋼胚連鑄動態輕壓下技術，其通過鑄胚中心固相分率(Fs)的變化來控制壓下量，藉以減輕鑄胚之中心偏析、中心組織疏鬆、與中心縮孔等缺陷。然而，在此技術之輕壓下裝置設計中，輕壓下區域距模液面下16187mm至24649mm，且總長度8462mm。實施輕壓下操作時共需7組輥輪組，設備維護成本高。另外，此技術之多區段的輕壓下設計也易造成操作上的困難度。
因此，本揭露之一目的就是在提供一種鋼胚心部偏析之消除方法，其於凝固末端對半凝固鋼胚依序進行三道輕壓下步驟，其中第一道輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之壓力小於第二道輕壓下步驟與第三道輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之壓力。藉此，可改善鋼胚心部之中心偏析與V型偏析。
本揭露之另一目的就是在提供一種鋼胚心部偏析之消除方法，其可在對半凝固鋼胚進行輕壓下操作前，對半凝固鋼胚進行凝固末端電磁攪拌操作，藉此可改善鋼胚凝固成分不均現象，進而可大幅改善鋼胚心部之V型偏析。
根據本揭露之上述目的，提出一種鋼胚心部偏析之消除方法。在此方法中，對鋼液進行連鑄製程。進行此連鑄製程包含對鋼液進行凝固操作，以形成半凝固鋼胚；以及對半凝固鋼胚進行輕壓下操作，以製得鋼胚。進行此輕壓下操作包含在半凝固鋼胚之中心固相分率小於或等於約20%時，對半凝固鋼胚進行第一輕壓下(soft reduction)步驟，以穩固半凝固鋼胚之內部的液心尺寸；以及於第一輕壓下步驟後，在半凝固鋼胚之中心固相分率為約40%至約100%時，依序對半凝固鋼胚進行第二輕壓下步驟與第三輕壓下步驟。第一輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之第一壓力小於第二輕壓下步驟與第三輕壓下步驟所分別對半凝固鋼胚施加之第二壓力與第三壓力。
依據本揭露之一實施例，上述之第一輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之一第一壓力小於第二輕壓下步驟與第三輕壓下步驟所分別對半凝固鋼胚施加之第二壓力與第三壓力。
依據本揭露之一實施例，於對半凝固鋼胚進行輕壓下操作前，上述之方法更包含對半凝固鋼胚進行末端電磁攪拌(final electromagnetic stirring，FEMS)操作。
依據本揭露之一實施例，上述進行末端電磁攪拌操作包含對半凝固鋼胚之厚度的1/4至1/2位置處進行交替攪拌處理。
依據本揭露之一實施例，上述進行末端電磁攪拌操作時，半凝固鋼胚之中心固相分率為約5%至約20%。
依據本揭露之一實施例，上述進行末端電磁攪拌操作包含將電流值設定為約500A至約650A，以及將頻率設定為約4Hz至約8Hz。
依據本揭露之一實施例，上述之第一壓力為約約10kg/cm
2至約25kg/cm
2。
依據本揭露之一實施例，上述之第二壓力與第三壓力為約20 kg/cm
2約至50kg/cm
2。
依據本揭露之一實施例，上述之第一壓力為約25kg/cm
2，第二壓力與第三壓力為約30kg/cm
2。
依據本揭露之一實施例，上述對鋼液進行凝固操作包含將二冷比水量控制為約0.33L/kg至約0.78L/kg。
中碳或中高碳合金鋼種於凝固冷卻的過程中，由於柱狀晶二次枝臂間距的微觀偏析，導致成分偏析不均，而產生粗大鈮碳化物顆粒晶出。如此一來，將降低細化晶粒效果，導致後續完軋材之心部的晶粒組織出現粗大化問題。有鑑於此，本揭露在此提出一種鋼胚心部偏析之消除方法，其可在鋼胚連鑄製程中，提高連鑄胚內部質量，藉以解決鋼胚中心偏析、中心疏鬆組織等缺陷問題。
請參照圖1與圖2，其係分別繪示依照本揭露之一實施方式的一種鋼胚心部偏析之消除方法的流程圖，以及依照本揭露之一實施方式的一種消除鋼胚心部偏析之裝置示意圖。在本實施方式中，製造鑄胚時可先進行步驟100，以提供鋼液，並利用連鑄設備200對此鋼液進行連鑄製程，而將鋼液轉變成鋼胚。此鋼液可例如為中碳合金鋼液或中高碳合金鋼液。因此，可製得之鋼胚為中碳合金鋼胚或中高碳合金鋼胚。
在一些實施例中，連鑄設備200主要可包含鑄模210、凝固末端電磁攪拌裝置220、第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250。在一些示範例子中，凝固末端電磁攪拌裝置220可設置在模液面下方且距離模液面約10公尺至約15公尺處。基於鋼液在連鑄製程中的行進方向，第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250位於凝固末端電磁攪拌裝置220的下游。亦即，鋼胚之同一位置先通過凝固末端電磁攪拌裝置220，再通過第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250。
在一些示範例子中，第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250可設置在模液面下方且距離模液面約19公尺至約22公尺處。基於鋼液在連鑄製程中的行進方向，第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250依序設置。也就是說，第二輕壓下輥輪組240位於第一輕壓下輥輪組230的下游，第三輕壓下輥輪組250位於第二輕壓下輥輪組240的下游。鋼胚之同一位置依序通過第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250。在一些示範例子中，第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250均為壓力控制之輕壓下輥輪組。
在一些實施例中，於鋼液的連鑄製程中，可先進行步驟110，以對鋼液進行凝固操作，而使鋼液形成半凝固鋼胚。在半凝固鋼胚中，半凝固鋼胚之表面已凝固而形成凝殼，半凝固鋼胚之心部的鋼液則尚未凝固。進行鋼液之凝固操作時，可先將鋼液注入鑄模210中，鋼液開始冷卻而凝固成型，並生成外為凝殼且內為尚未凝固之鋼液的半凝固鋼胚。
在一些連鑄製程的例子中，於凝固操作後，可根據產品需求，選擇性地進行步驟120，以利用凝固末端電磁攪拌裝置220對半凝固鋼胚進行末端電磁攪拌操作。在一些示範例子中，進行末端電磁攪拌操作時，可對半凝固鋼胚之厚度的約1/4至約1/2位置處進行交替攪拌處理。對半凝固鋼胚進行末端電磁攪拌操作，可促進富含溶質之鋼液的流動，並提高心部之等軸晶率，而可改善鋼胚凝固成分不均的現象。在一些示範例子中，進行末端電磁攪拌操作時，半凝固鋼胚的中心固相分率為約5%至約20%。在一些例子中，進行末端電磁攪拌操作可將電流值設定為約500A至約650A，以及將頻率設定為約4Hz至約8Hz。
接著，可進行步驟130，以利用第一輕壓下輥輪組230、第二輕壓下輥輪組240、以及第三輕壓下輥輪組250對半凝固鋼胚進行輕壓下操作，而製得鋼胚。在一些例子中，輕壓下操作包含依序進行之三個步驟132、134、與136，即第一輕壓下步驟、第二輕壓下步驟、以及第三輕壓下步驟。在一些示範例子中，於半凝固鋼胚之中心固相分率小於或等於約20%時，進行步驟132，以利用第一輕壓下輥輪組230對半凝固鋼胚進行第一輕壓下步驟。在第一輕壓下步驟中，第一輕壓下輥輪組230提供合適的下壓量控制，藉以穩固半凝固鋼胚之內部的液心尺寸，並提供後續輥輪組適化的壓下標準範圍。
於第一輕壓下步驟後，可進行步驟134，以在半凝固鋼胚之中心固相分率為約40%至約100%時，利用第二輕壓下輥輪組240對半凝固鋼胚進行第二輕壓下步驟。接著，可進行步驟136，以在半凝固鋼胚之中心固相分率為約40%至約100%時，利用第三輕壓下輥輪組250對半凝固鋼胚進行第三輕壓下步驟。在輕壓下操作中，第一輕壓下步驟主要可用來固定鋼胚之液心厚度，而第二輕壓下步驟與第三輕壓下步驟才起到輕壓下作用。
在本實施方式中，第一輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之第一壓力小於第二輕壓下步驟對半凝固鋼胚施加之第二壓力，也小於第三輕壓下步驟對半凝固鋼胚施加之第三壓力。在一些例子中，第一壓力為約10kg/cm
2至約25kg/cm
2。第二壓力與第三壓力可例如為約20 kg/cm
2至約50kg/cm
2。在一些示範例子中，第一壓力為約25kg/cm
2，第二壓力與第三壓力為約30kg/cm
2。
請參照圖3，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種電磁攪拌和輕壓下輥輪位置與心部固相率之分布關係圖。在一些例子中，如圖3所示，半凝固鋼胚之凝固末端電磁攪拌操作FEMS係在距離模液面下14公尺至15公尺之間進行，此時半凝固鋼胚之中心固相分率相當小，遠小於20%。半凝固鋼胚之第一輕壓下步驟SR1係在距離模液面下約19公尺處進行，此時半凝固鋼胚之中心固相分率介於10%至20%之間。半凝固鋼胚之第二輕壓下步驟SR2係在距離模液面下約20.4公尺處進行，此時半凝固鋼胚之中心固相分率約50%。半凝固鋼胚之第三輕壓下步驟SR3係在距離模液面下介於21.8公尺處進行，此時半凝固鋼胚之中心固相分率約100%。
請參照圖4，其係繪示在不同比水量之輕壓下位置的心部固相分率分布圖。過設計二冷比水量，可控制鋼胚之中心固相分率。本揭露利用動態溫度追蹤(dynamic temperature tracking，DTT)二冷熱傳系統計算在平均過熱度35度與澆速1.3m/min，且於不同比水量0.33L/kg、0.65 L/kg、與0.78 L/kg下，實施輕壓下製程位置之心部固相分率分布。在圖4中，橫軸為三個輕壓下輥輪組分別在鑄道中距離模液面的位置。實驗後發現，第二個輕壓下輥輪組位置之凝固固相分率較佳為40%以上，可提供較明顯的偏析改善效果。因此，比水量0.33L/kg與0.65 L/kg之例子雖輕壓下製程可改善偏析問題，但比水量0.78 L/kg之例子的輕壓下製程可更明顯的改善偏析問題。由於比水量0.33L/kg以上搭配輕壓下製程已可改善偏析問題，因此對鋼液進行凝固操作時可將二冷比水量控制為約0.33L/kg至約0.78L/kg。
以下列舉比較例與實施例來更具體說明本揭露之鋼胚心部偏析之消除方法的技術內容，然其並非用以限定本揭露。
比較例所採之製程參數為二冷比水量0.33L/kg，以及輕壓下模式111。其中，輕壓下模式111表示進行三次輕壓下步驟，且每次輕壓下步驟所施加之壓力為10kg/cm
2。將比較例所得之鋼胚酸洗與硫印。由鋼胚之蝕印結果可明顯觀察到鋼胚心部有微縮孔，因此鋼胚之凝固末期容易產生中心偏析問題。而由鋼胚之橫切面亦觀察到明顯的心部偏析點聚集現象。另由硫印結果評估，鋼胚內部有評級3級的中心與V型偏析缺陷分布。
實施例所採之製程參數為二冷比水量0.78L/kg，以及輕壓下模式為233，並搭配電磁攪拌交替模式。其中，輕壓下模式233表示進行三次輕壓下步驟，且第一次輕壓下步驟所施加之壓力為25kg/cm
2，第二次輕壓下步驟與第三次輕壓下步驟所施加之壓力為30kg/cm
2。同樣將實施例所得之鋼胚酸洗與硫印。由鋼胚之蝕印結果可觀察到鋼胚心部之微縮孔缺陷已獲得明顯改善，V型偏析點細小且分布均勻。而由鋼胚之橫切面亦觀察到心部偏析點變小，偏析缺陷獲得改善。另由硫印結果評估，鋼胚內部中心偏析評級為0級。
由實施例之結果顯示，鋼胚心部之中心和V型偏析缺陷獲得大幅改善，且整體合格率可大幅提高至99%以上。
由上述之實施方式可知，本揭露之一優點就是因為本揭露之鋼胚心部偏析之消除方法於凝固末端對半凝固鋼胚依序進行三道輕壓下步驟，其中第一道輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之壓力小於第二道輕壓下步驟與第三道輕壓下步驟對半凝固鋼胚所施加之壓力。藉此，可改善鋼胚心部之中心偏析與V型偏析。
本揭露之另一優點就是因為本揭露之鋼胚心部偏析之消除方法可在對半凝固鋼胚進行輕壓下操作前，對半凝固鋼胚進行凝固末端電磁攪拌操作，藉此可改善鋼胚凝固成分不均現象，進而可大幅改善鋼胚心部之V型偏析。
雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:步驟
110:步驟
130:步驟
132:步驟
134:步驟
136:步驟
200:連鑄設備
210:鑄模
220:凝固末端電磁攪拌裝置
230:第一輕壓下輥輪組
240:第二輕壓下輥輪組
250:第三輕壓下輥輪組
FEMS:凝固末端電磁攪拌操作
SR1:第一輕壓下步驟
SR2:第二輕壓下步驟
SR3:第三輕壓下步驟
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
［圖1］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種鋼胚心部偏析之消除方法的流程圖；
［圖2］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種消除鋼胚心部偏析之裝置示意圖；
［圖3］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種電磁攪拌和輕壓下輥輪位置與心部固相率之分布關係圖；以及
［圖4］係繪示在不同比水量之輕壓下位置的心部固相分率分布圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
200:連鑄設備
210:鑄模
220:凝固末端電磁攪拌裝置
230:第一輕壓下輥輪組
240:第二輕壓下輥輪組
250:第三輕壓下輥輪組
Claims (8)
- 一種鋼胚心部偏析之消除方法，包含：對一鋼液進行一連鑄製程，其中進行該連鑄製程包含：對該鋼液進行一凝固操作，以形成一半凝固鋼胚；對該半凝固鋼胚進行一末端電磁攪拌操作，其中進行該末端電磁攪拌操作包含對該半凝固鋼胚之一厚度的1/4至1/2位置處進行一交替攪拌處理；以及於對該半凝固鋼胚進行該末端電磁攪拌操作後，對該半凝固鋼胚進行一輕壓下操作，以製得一鋼胚，其中進行該輕壓下操作包含：在該半凝固鋼胚之一中心固相分率小於或等於20%時，對該半凝固鋼胚進行一第一輕壓下步驟，以穩固該半凝固鋼胚之內部的液心尺寸；以及於該第一輕壓下步驟後，在該半凝固鋼胚之該中心固相分率為40%至100%時，依序對該半凝固鋼胚進行一第二輕壓下步驟與一第三輕壓下步驟，其中該第一輕壓下步驟對該半凝固鋼胚所施加之一第一壓力小於該第二輕壓下步驟與該第三輕壓下步驟所分別對該半凝固鋼胚施加之一第二壓力與一第三壓力。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中該鋼胚為中碳合金鋼胚或中高碳合金鋼胚。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中進行該末端電磁攪拌操作時，該半凝固鋼胚之該中心固相分率為5%至20%。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中進行該末端電磁攪拌操作包含將一電流值設定為500A至650A，以及將一頻率設定為4Hz至8Hz。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中該第一壓力為10kg/cm2至25kg/cm2。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中該第二壓力與該第三壓力為20kg/cm2至50kg/cm2。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中該第一壓力為25kg/cm2，該第二壓力與該第三壓力為30kg/cm2。
- 如請求項1所述之鋼胚心部偏析之消除方法，其中對該鋼液進行該凝固操作包含將一二冷比水量控制為0.33L/kg至0.78L/kg。
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| Country | Link |
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| TW (1) | TWI785903B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5214266B2 (ja) * | 2008-02-06 | 2013-06-19 | 株式会社神戸製鋼所 | 連続鋳造における鋳片の軽圧下方法 |
| CN104001891A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-08-27 | 中冶连铸技术工程有限责任公司 | 一种小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法 |
| TW201836724A (zh) * | 2017-03-29 | 2018-10-16 | 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司 | 鋼之連續鑄造方法 |
| US10532386B2 (en) * | 2015-01-15 | 2020-01-14 | Nippon Steel Corporation | Continuous-cast slab, method and apparatus of manufacturing the same, and method and apparatus of manufacturing thick steel plate |
-
2021
- 2021-11-24 TW TW110143867A patent/TWI785903B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5214266B2 (ja) * | 2008-02-06 | 2013-06-19 | 株式会社神戸製鋼所 | 連続鋳造における鋳片の軽圧下方法 |
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| TW201836724A (zh) * | 2017-03-29 | 2018-10-16 | 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司 | 鋼之連續鑄造方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| TW202320926A (zh) | 2023-06-01 |
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