專利名稱：降低微合金鋼板坯角部橫裂紋的二次冷卻方法
技術領域：
本發明涉及一種連鑄二次冷卻的方法，能有效控制微合金鋼板坯表面角部橫裂紋的發生，屬于連鑄技術領域。
背景技術：
鋼中加入微合金元素，如釩、鈦、鈮等，可在基體中產生固溶、偏聚和沉淀作用，通過晶粒細化、析出強化、再結晶控制等提高鋼的強度及韌性，已廣泛地應用于各類鋼鐵產品，微合金化作用還可以通過第二相的析出而影響鋼的顯微結構。但是，若控制不好，AlN和Nb、Ti、V的碳氮化物大量在晶界析出，會促使鋼的塑性降低，易產生表面橫裂紋。
鑄坯表面橫裂紋一般產生在窄面邊部與角部，垂直于澆注方向，常常出現在振痕底部。產生角部橫裂紋的主要原因是鑄坯在凝固過程中，結晶器、夾輥等設備問題或鋼水靜壓力、不對中和彎曲與矯直等產生的應力引起的。傳統的鑄坯表面橫裂紋控制措施主要是采取“熱行法”或“冷行法”使鑄坯表層溫度在矯直前避開低塑性溫度區范圍，從而減少角部裂紋的發生。但讓鑄坯表面溫度在彎曲或矯直時避開低塑性溫度區并不足以防止表面橫裂紋產生。這是由于板坯寬度方向上溫度分布是不均勻的，尤其是角部，受到來自窄面與寬面的二維傳熱，角部溫度不可避免地會處于低塑性溫度區。隨著生產率的提高與熱送熱軋率增加的要求，鑄坯角部橫裂紋成為影響連鑄生產順行的重要缺陷，防止鑄坯角部橫裂紋越來越被重視。目前，消除鑄坯表面橫裂紋的最新技術是通過控制其鑄坯表層微觀組織，使其形成一層抗裂紋能力較強的組織，當鑄坯被彎曲或矯直時，不容易產生裂紋。這種方法僅在國外少數幾家企業成功應用，國內尚無應用實例。鑄坯在連鑄二冷過程中，隨著鑄坯表面溫度下降，微合金元素的析出物在此過程中完成析出，同時冷卻過程中有奧氏體向鐵素體相變發生，當適當加大冷卻速度能使析出物在奧氏體晶內析出且減少晶界的先共析鐵素體，細小彌散均勻分布于晶內的第二相又成為鐵素體的形核質點，可細化鐵素體組織，從而提高鑄坯的高溫力學性能。鑄坯凝固后的熱歷程是影響和決定鑄坯表層微觀組織及第二相析出物分布的關鍵因素。在連鑄過程中，鑄坯表面微觀組織的控制很大程度上受冷卻速度影響，如何對二冷的冷卻模式進行優化以實現細化晶粒和控制鋼中的第二相粒子行為，是降低裂紋敏感性，減少角部裂紋的關鍵。中國發明專利CN101912953A控制連鑄坯表層凝固組織的二次冷卻方法，通過在鑄機垂直段，采用增大原來水量的2飛倍對鑄坯進行強冷，控制析出物和凝固組織來控制鑄坯表層凝固組織。但其在垂直段冷卻強度過大，鑄坯溫度過低，而當鑄坯經過彎曲段和矯直段時，會因塑性降低而產生裂紋
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種降低微合金鋼板坯角部橫裂紋的二次冷卻方法，操作簡單，可有效降低鑄坯表面橫裂紋的發生。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是降低微合金鋼板坯角部橫裂紋的二次冷卻方法，其特征在于在鑄坯出結晶器后經過垂直段時，前期通過控制二次冷卻的冷卻速度使鑄坯冷卻溫度達到Y — α轉變開始溫度，采用強冷卻使大量的微合金元素來不及擴散而彌散分布于奧氏體晶粒內部，得到細小彌散分布的第二相顆粒，第二相顆粒均勻分布于晶內成為鐵素體的形核質點，鑄坯表面鐵素體細小彌散；后期減小鑄坯冷卻水量，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回熱溫升，控制回溫速度，使鑄坯出垂直段時，達到奧氏體相變溫度以上；回溫過程中，鋼中的組織發生α — Υ轉變，奧氏體晶粒來不及長大，晶粒較細，同時，回熱溫度低于微合金元素的固溶溫度，微合金元素很難回溶，且由于回溫過程十分短暫，析出物也來不及聚合長大；
整個過程經過Y — α — Y轉變,使最后的轉變產物晶粒更細小；鑄坯離開垂直段后，進入隨后的二次冷卻區時采用緩慢冷卻模式。按上述技術方案，所述的Y — α轉變開始溫度為當前冷卻速度下的奧氏體開始向鐵素體轉變時的臨界溫度；所述奧氏體相變溫度為當前回溫速度下由鐵素體開始向奧氏體轉變的臨界溫度；該兩溫度均根據不同鋼種由實驗測試得出。按上述技術方案，所述的冷卻速度及回溫速度，根據出結晶器時的鑄坯角部溫度及相變溫度設定；所述的冷卻速度設定方式為基于鑄機結構參數和工藝條件建立凝固傳熱方程和仿真模型，根據凝固傳熱方程和仿真模型計算出該冷卻速度下鑄坯二次冷卻所需的冷卻水量，通過控制鑄坯二次冷卻的冷卻水量及噴水模式來設定冷卻速度。按上述技術方案，所述冷卻速度為3 8°C /s，回溫速度f 10°C /S。按上述技術方案，鑄坯離開垂直段后，進入隨后的二次冷卻區時采用的緩冷模式比水量為O. 8L/kg L 2L/kg。本發明在二冷過程中，通過對連鑄板坯冷卻模式進行優化，實現細化晶粒和控制鋼中的第二相粒子行為，使板坯表層組織經過Y — α — Y轉變；在鑄坯出結晶器后經過垂直段時，前期通過控制二次冷卻的冷卻速度使鑄坯冷卻溫度達到Y — α (奧氏體向鐵素體)轉變開始溫度，采用強冷卻使大量的微合金元素來不及擴散而彌散分布于奧氏體晶粒內部，由于冷卻速度大，析出物尺寸小，析出物均勻，從而得到細小彌散分布的第二相顆粒，降溫將使奧氏體向鐵素體轉變，析出的第二相顆粒均勻分布于晶內成為鐵素體的形核質點，鑄坯表面鐵素體細小彌散，也減少晶界的先共析鐵素體；后期減小鑄坯冷卻水量，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回熱溫升，控制回溫速度，使鑄坯出垂直段時，達到奧氏體相變溫度以上；回溫過程中，由于鑄坯溫度升高，鋼中的組織又會發生α — Y轉變，而且回溫到設定溫度的時間短，因而奧氏體晶粒來不及長大，晶粒較細，同時，回熱溫度低于微合金元素的固溶溫度，微合金元素很難回溶，且由于此過程十分短暫，析出物也來不及聚合長大；通過整個過程的Y — α — Υ轉變，使最后的轉變產物晶粒更細小，提高鑄坯的高溫力學性能，降低鑄坯表面橫裂紋的發生。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步說明，但不限定本發明。根據本發明實施的降低微合金鋼板坯角部橫裂紋的二次冷卻方法，在鑄坯出結晶器后，經過垂直段時，前期通過控制二次冷卻的冷卻速度使鑄坯冷卻溫度達到Y — α (奧氏體向鐵素體)轉變開始溫度，采用強冷卻使大量的微合金元素來不及擴散而彌散分布于奧氏體晶粒內部，由于冷卻速度大，析出物尺寸小，析出物均勻，從而得到細小彌散分布的第二相顆粒，降溫將使奧氏體向鐵素體轉變，析出的第二相顆粒均勻分布于晶內成為鐵素體的形核質點，鑄還表面鐵素體細小彌散，也減少晶界的先共析鐵素體；后期減小鑄還冷卻水量，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回熱溫升，控制回溫速度，使鑄坯出垂直段時，達到奧氏體相變溫度以上；回溫過程中，由于鑄坯溫度升高，鋼中的組織又會發生α — Y (鐵素體向奧氏體)轉變，而且回溫到一定溫度的時間短，因而奧氏體晶粒來不及長大，晶粒較細，同時，回熱溫度低于微合金元素的固溶溫度，微合金元素很難回溶，且由于此過程十分短暫，析出物也來不及聚合長大。整個過程經過Y — α — Y轉變，使最后的轉變產物晶粒更細小，隨后鑄坯采用緩慢冷卻模式進入矯直區。
按上述技術方案，所述的Y — α轉變開始溫度為當前冷卻速度下的奧氏體開始向鐵素體轉變時的臨界溫度；所述奧氏體相變溫度為當前回溫速度下由鐵素體開始向奧氏體轉變的臨界溫度；該兩溫度均根據不同鋼種由實驗測試得出。按上述技術方案，所述的冷卻速度及回溫速度，根據出結晶器時的鑄坯角部溫度及相變溫度設定；所述的冷卻速度設定方式為基于鑄機結構參數和工藝條件建立凝固傳熱方程和仿真模型，根據凝固傳熱方程和仿真模型計算出該冷卻速度下鑄坯二冷所需的冷卻水量，通過控制鑄坯二冷的冷卻水量及噴水模式來設定冷卻速度。按上述技術方案，所述冷卻速度為3 8°C /s，回溫速度f 10°C /S。按上述技術方案，鑄坯離開垂直段后，進入隨后的二次冷卻區時采用的緩冷模式為比水量為O. 8L/kg I. 2L/kg。以下為具體實施例實例I :在澆注鋼種為含硼鋼45B，斷面尺寸為1600mmX 200mm，拉速為I. lm/min，采用本發明的二次冷卻方法在鑄坯出結晶器后，出結晶器溫度為1000°C，調整寬面水量為362L/min，窄面水量為72L/min，冷卻時間為80s，使鑄坯在鑄機垂直段以4°C /s的冷卻速度，迅速強冷使鑄坯冷卻溫度達680°C ;隨后鑄坯減小鑄坯冷卻水量，采用比水量O. 7L/kg水表澆注，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回溫，回溫速度2°C /s，鑄坯出垂直段時，達到880°C以上，最終鑄坯采用緩冷模式(比水量為O. 8L/kg^l. 2L/kg)進入隨后的二次冷卻區。鑄坯的斷面收縮率及塑性都較好，沒有發生表面橫裂紋。實例2:在澆注鋼種為含釩鋼15MnV，斷面尺寸為1800mmX220mm，拉速為O. 9m/min，采
用本發明的二次冷卻方法在鑄坯出結晶器后，出結晶器溫度為1050°C，調整寬面水量為380L/min，窄面水量為80L/min，冷卻時間為74s，使鑄坯在鑄機垂直段以5°C /s的冷卻速度，迅速強冷使鑄坯冷卻溫度達680°C。隨后鑄坯減小鑄坯冷卻水量，采用比水量O. 7L/kg水表澆注，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回溫，回溫速度3°C /s，鑄坯出垂直段時，達到900°C以上，最終鑄坯采用緩冷模式(比水量為O. 9L/kg^l. 2L/kg)進入隨后的二次冷卻區。
鑄坯的斷面收 縮率及塑性都較好，沒有發生表面橫裂紋。
權利要求
1.降低微合金鋼板坯角部橫裂紋的二次冷卻方法，其特征在于在鑄坯出結晶器后經過垂直段時，前期通過控制二次冷卻的冷卻速度使鑄坯冷卻溫度達到Y — a轉變開始溫度，采用強冷卻使大量的微合金元素來不及擴散而彌散分布于奧氏體晶粒內部，得到細小彌散分布的第二相顆粒，第二相顆粒均勻分布于晶內成為鐵素體的形核質點，鑄坯表面鐵素體細小彌散； 后期減小鑄坯冷卻水量，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回熱溫升，控制回溫速度，使鑄坯出垂直段時，達到奧氏體相變溫度以上；回溫過程中，鋼中的組織發生a — Y轉變，奧氏體晶粒來不及長大，晶粒較細，同吋，回熱溫度低于微合金元素的固溶溫度，微合金元素很難回溶，且由于回溫過程十分短暫，析出物也來不及聚合長大； 整個過程經過Y — a — Y轉變，使最后的轉變產物晶粒更細小； 鑄坯離開垂直段后，進入隨后的二次冷卻區時采用緩慢冷卻模式。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在干所述的Y— a轉變開始溫度為當前冷卻速度下的奧氏體開始向鐵素體轉變時的臨界溫度；所述奧氏體相變溫度為當前回溫速度下由鐵素體開始向奧氏體轉變的臨界溫度；該兩溫度均根據不同鋼種由實驗測試得出。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述的冷卻速度及回溫速度，根據出結晶器時的鑄坯角部溫度及相變溫度設定；所述的冷卻速度設定方式為基于鑄機結構參數和エ藝條件建立凝固傳熱方程和仿真模型，根據凝固傳熱方程和仿真模型計算出該冷卻速度下鑄坯二次冷卻所需的冷卻水量，通過控制鑄坯二次冷卻的冷卻水量及噴水模式來設定冷卻速度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述冷卻速度為3l°C/s，回溫速度rio°c /s。
5.根據權利要求I或2或4所述的方法，其特征在于鑄坯離開垂直段后，進入隨后的二次冷卻區時采用的緩冷模式比水量為0. 8L/kg^l. 2L/kg。
全文摘要
本發明涉及降低微合金鋼板坯角部橫裂紋的二次冷卻方法，在鑄坯出結晶器后經過垂直段時，前期通過控制二次冷卻的冷卻速度使鑄坯冷卻溫度達到γ→α轉變開始溫度；后期減小鑄坯冷卻水量，利用鑄坯凝固潛熱使鑄坯回熱溫升，控制回溫速度，使鑄坯出垂直段時，達到奧氏體相變溫度以上；整個過程經過γ→α→γ轉變，使最后的轉變產物晶粒更細小；鑄坯離開垂直段后，進入隨后的二次冷卻區時采用緩慢冷卻模式。通過對連鑄板坯冷卻模式進行優化，實現細化晶粒和控制鋼中的第二相粒子行為，從而提高鑄坯的高溫力學性能，操作簡單，可有效降低鑄坯表面橫裂紋的發生。
文檔編號B22D11/22GK102861890SQ20121034890
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者幸偉, 馬春武, 徐永斌, 徐海倫, 陳洪智, 邵遠敬, 葉理德, 袁德玉 申請人:中冶南方工程技術有限公司