Q345C宽厚板坯边角部横裂纹的控制.pdf

总第 期 年第 期 .宽厚板坯边角部横裂纹的控制李 杰张彩东张瑞忠刘 崇刘小军鲁会杰(.河钢材料技术研究院河北 石家庄.河钢集团舞钢公司河南 平顶山)摘要:研究了宽厚板坯边角部横裂纹的形成机理 通过高温拉伸试验得到了 钢第三脆性区间为 分析了 析出对钢的高温塑性的影响:在氮含量一定的条件下随着钢中的增加 的析出总量未变但是其析出温度升高恶化了钢的高温塑性 理论计算并研究了连铸主要工艺参数对铸坯边角部温度的影响规律高拉速、低二冷强度及高过热度有利于铸坯边角部温度的提高 在钢中为 时 控制在.以内可降低板坯的高温裂纹敏感性同时将拉速由./提高到./二冷比水量由./降低到./可提高板坯边角部在弯曲区和矫直区的温度 钢的边角部横裂纹缺陷率可控制在.内关键词:宽厚板坯高温塑性边角部横裂纹中图分类号:.文献标志码:文章编号:():./.(.):.:././././.:收稿日期:作者简介:李杰()男高级工程师博士 年毕业于北京科技大学冶金工程专业现在河钢材料技术研究院主要从事连铸坯质量控制研究工作 :.引言 中低碳微合金钢板坯的边角部横裂纹是钢铁制造企业的共性问题同时也是控制难点 中低碳微合金钢在连铸凝固过程中其微合金元素、等与、元素结合形成细小弥散的碳、氮化物并在奥氏体晶界或者晶界的薄膜状铁素体中析出使钢的高温塑性变差 连铸工艺特别是冷却速率对钢的高温塑性也有着重要影响 等人的研究结果表明冷却速率的增加会降低高温塑性进而增加裂纹产生的几率 连铸工艺和设备状态也会对板坯总第 期 的边角部横裂纹产生不可忽视的影响 本文以中低碳微合金钢 为研究对象开展高温塑性试验及影响因素研究通过优化冶炼与连铸的工艺使得板坯边角部横裂纹缺陷得到有效控制生产现状 某钢厂宽厚板 的生产工艺流程:/其成品成分如表 所示表 钢成分控制范围(质量分数).在 连铸生产时(断面为 )边角部容易产生横裂纹缺陷缺陷率达到.铸坯角部的横裂纹在轧制后会遗传在钢板的角部形成缺陷导致成材率下降图 为铸坯和钢板的边角部横裂纹缺陷 为提高成材率需要将铸坯下线修磨从而严重影响铸坯的热装热送图 铸坯和钢板边角部横裂纹缺陷.高温塑性试验研究.高温塑性试验 将 铸坯试样加工成 的圆棒以 /的速率在 热模拟试验机上加热至 保温 以 /的降温速率降至目标温度同样保温 后以 的应变速率对试样进行拉伸试验过程中全程 气保护 高温拉伸试验结束后对断口尺寸进行测量计算得到不同温度下的断面收缩率进而得到 钢 的断面收缩率曲线如图 所示 根据、袁慎铁、苏瑞先等人的研究认为断面收缩率低于 时为脆性材料断面收缩率大于 时为高塑性材料断面收缩率处于 时材料具备一定的塑性铸坯发生裂纹的几率亦较低 因此由图 中可以看出在 区间断面收缩率低于 属于第 脆性区间易产生表面裂纹所以在连铸弯曲与矫直过程需要避开该温度区间尽可能提高铸坯表面温度到 以上最大限度地降低铸坯裂纹敏感性图 断面收缩率曲线.钢中对高温塑性的影响实际冶炼时 钢中 一般控制在 平均 因此在 的成分体系河北冶金 年第 期下模拟计算了 为.不同 条件下 的析出温度及相比例如图 所示 从.增加到.析出相的比例未增加但是其开始析出温度从 提高到 完全析出温度由 提高到 所以在连铸弯曲和矫直过程中相同温度下钢中越高析出的 越多 随着 与其他微合金元素的碳氮化物在奥氏体晶界的高温叠加析出钢的高温塑性将恶化图 含量对 析出相的影响.连铸工艺参数对铸坯边角部温度的影响 为研究连铸工艺参数对铸坯边角部温度的影响规律使用有限元软件对 钢连铸坯凝固过程进行数值模拟 在结晶器冷却区域采用 等人提出的边界条件:.()式中 结晶器内坯壳表面热流/与结晶器冷却相关的参数 铸坯在结晶器内的时间 在二冷区域综合换热系数 采用 等人提出的边界条件:.(.)()式中 二冷区综合换热系数/()修正系数 水流密度/()冷却水温度 在空冷区域辐射热量可表达为:()()()式中 辐射传热热通量/黑度系数 斯波兹曼常数 铸坯表面温度 环境温度 由以上数值模型可以计算得到不同拉速、过热度、比水量条件下板坯各个位置的温度曲线 如图 所示拉速./、过热度 、比水量./时连铸坯角部、距角部 和距角部 位置的温度曲线 其他条件下的温度曲线规律相似下文讨论时将仅给出关键位置的温度数据图 板坯边角部温度曲线.二冷比水量 拉速./过热度 比水量分别为./、./和./时连铸坯角部、距角部 和距角部 位置在弯曲区和矫直区的温度范围如表 所示表 不同二冷比水量时板坯边角部在弯曲区和矫直区的温度范围.二冷比水量/()弯曲区角部距角部 距角部 矫直区角部距角部 距角部 .总第 期 从表 中可知随着二冷比水量的增加铸坯角部区域温度在弯曲区域的变化较大二冷比水量从./增加到./时角部区域的温度降低 而在矫直区域时铸坯角部区域温度的降幅为 比水量为./时距角部 位置的表面温度在弯曲区和矫直区可同时满足大于 .拉速工艺 二冷比水量./过热度为 拉速分别为./、./和./时连铸坯角部、距角部 和距角部 位置在弯曲区和矫直区的温度范围如表 所示表 不同拉速时板坯边角部在弯曲区和矫直区的温度范围.拉速/()弯曲区角部距角部 距角部 矫直区角部距角部 距角部 .从表 中可知随着拉速的增加铸坯角部区域温度 在 弯 曲 区 和 矫 直 区 均 升 高 拉 速 每 增 加./铸坯温度在弯曲区增加约 在矫直区增加约 当拉速为./时距角部 位置的表面温度在弯曲区和矫直区可基本满足大于 .过热度 拉速为./二冷比水量为./过热度分别为 、和 时连铸坯角部、距角部 和距角部 位置分别在弯曲区和矫直区的温度范围如表 所示表 不同过热度时板坯边角部在弯曲区和矫直区的温度范围.过热度/弯曲区角部距角部 距角部 矫直区角部距角部 距角部 从表 可知随着过热度的增加铸坯角部区域温度在弯曲区和矫直区均升高过热度从 增加到 后 铸坯角部区域温度在弯曲区增加 在矫直区增加 从数值模拟结果来看二冷比水量、拉速以及过热度对铸坯角部区域温度的影响均不可忽视其中拉速的影响最大 同时主要工艺参数的变化对处于弯曲区的铸坯角部区域温度的影响大于矫直区在同一工艺条件下弯曲区的铸坯角部区域温度低于矫直区工艺优化措施及应用效果.含量控制 为避免 对高温塑性的恶化应控制钢中在合适的范围 相关研究表明:铝氮积 时连铸坯的角部裂纹缺陷可得到有效控制 因此在实际生产中需要根据不同生产工艺对钢中的和 进行控制使铝氮积 以低合金钢为例转炉生产的钢中一般控制在 电炉则控制在 因此转炉和电炉生产的钢液其控制分别需要.和.为便于实际操作控制通过调整 脱氧制度及 喂铝工艺可将铝镇静钢中 控制在.以内.连铸工艺优化 适当增大拉速降低二冷比水量、增加过热度均可提高铸坯边角部区域的温度 然而过高的过热度会增大漏钢的风险影响生产安全 综上将拉速由./提高至./二冷比水量由./减小至./过热度控制在 为宜 原生产工艺(拉速为./二冷比水量为./)与优化工艺(拉速为./二冷比水量为./)的铸坯角部代表位置(距角部)的温度场曲线如图 所示 从图 可以看到工艺优化后的铸坯距角部 位置的温度河北冶金 年第 期在弯曲区和矫直区分别为 和 比原工艺的 和 高 和 进一步靠近钢的良好塑性区 铸坯角部区域的温度提升后其裂纹敏感性进一步降低图 不同工艺条件下铸坯角部区域典型位置的温度曲线.应用效果 在保障设备精度的前提下实施了上述工艺优化措施以 为代表的中碳微合金钢宽厚板坯的边角部横裂纹得到了有效的控制边角部横裂纹陷率由.降低到.以内结论 通过研究 钢为代表的中碳微合金钢板坯边角部横裂纹形成原因及控制措施得到了以下结论:()钢的第 脆 性 区 间 为 连铸过程需要尽量避免在此温度区间进行弯曲与矫直 ()钢中为.时从.增加到.析出相的比例未增加但是其开始析出温度从 提高到 完全析出温度由 提高到 钢的高温塑性恶化 ()拉速由./提高到./二冷比水量由./降低到./板坯边角部在弯曲区和矫直区的温度分别提高了 和 参考文献杨志刚黄伟丽王信威等.低碳钢连铸板坯角部横裂的控制.河北冶金():.王明林成国光仇圣桃等.凝固过程中含钛析出物的析出行为.钢铁研究学报():.钦祥斗刘铮李建宾等.非调质汽车用钢高温塑性研究.连铸():.马范军文光华唐萍等.含铌、钒、钛微合金钢连铸坯角部横裂纹研究现状.材料导报():.():.():.丁小林冯长宝刘强等.宝钢湛江连铸板坯角裂的控制研究及设计实践.连铸():.刘文华徐刚军张丽琴.角裂纹形成原因及控制措施.连铸():.孙彦辉赵长亮蔡开科等.板卷边部裂纹影响因素分析.钢铁研究学报():.():.袁慎铁赖朝彬陈英俊等.级海洋平台用钢的高温塑性研究.有色金属科学与工程():.苏瑞先苏志坚.高碳工具钢板坯连铸生产工艺优化.连铸():.():.():.蔡开科.连铸坯质量控制.北京:冶金工业出版社.欢 迎 刊 登 广 告欢 迎 订 阅欢 迎 投 稿