一种亚包晶钢棒材表面细小裂纹控制的方法

摘要

本发明涉及一种亚包晶钢棒材表面细小裂纹控制的方法。通过相图计算分析脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应体缩率(Γ)与钢液碳含量的关系，优选包晶反应体缩率小于0.004的碳含量为亚包晶钢冶炼时碳成分控制范围，并控制钢液中硫含量＜0.005％；通过严格的精炼温度控制，保障连铸时钢液的过热度控制为15～25℃；连铸保护渣采用高碱度、高粘度、高熔化温度、高熔化速度和高结晶率的专用保护渣；连铸拉速控制根据包晶反应烈度确定，拉速≤0.002/Γ(m/min)；结晶器冷却和二次冷却采用弱冷方式；结晶器锥度控制为1.15～1.25％/m；结晶器振动采用非正弦振动方式。该方法可较为圆满地控制亚包晶钢棒材表面细小裂纹，显著提高亚包晶钢棒材表面质量和合格率，降低生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于钢铁生产领域，涉及一种亚包晶钢棒材表面细小裂纹控制的方法。

背景技术

棒材广泛用于建筑、机械、汽车、船舶等工业领域，一直是各钢铁企业不可缺少的产品，且具有较好的经济效益。但是棒材表面质量问题一直都有存在，尤其是碳含量在0.09～0.17Wt％亚包晶钢，棒材表面细小裂纹严重。

亚包晶钢在凝固过程固相线温度附近会发生包晶反应L+δ→γ和包晶转变δ→γ，产生较大的体积收缩和线收缩，导致初生坯壳生长不均匀，加上包晶反应L+δ→γ和包晶转变δ→γ产生的热应力和相变应力极易超过初生坯壳极限强度在坯壳薄弱处萌生裂纹，然后经过轧制棒材工序，裂纹扩展、长大表现为棒材表面细小纵裂纹。各企业为达到用户使用要求，需要对棒材表面进行扒皮处理，并且严重的裂纹会造成产品报废，严重影响了生产质量，降低了生产效益。

因此，如何有效降低亚包晶钢棒材表面细小裂纹发生率，改善表面质量，提高生产效益，成为了目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种亚包晶钢棒材表面细小裂纹控制的方法。所述方法通过相图分析计算调控钢液碳成分，采用高碱度、高粘度、高熔化温度、高熔化速度和高结晶率的专用保护渣，加上连铸生产中钢水过热度、拉速、结晶器锥度、结晶器振动以及冷却工艺的合理控制，可以圆满地控制亚包晶钢棒材表面细小裂纹，显著提高亚包晶钢棒材表面质量和合格率，降低生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种亚包晶钢棒材表面细小裂纹控制的方法，所述方法通过相图计算分析脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应体缩率(Γ)与钢液碳含量的关系，LIT为粘滞性温度，为钢液凝固过程固相率为0.9时对应温度，ZDT为零塑性温度，为钢液凝固过程固相率为0.99时对应温度；优选包晶反应体缩率小于0.004的碳含量为亚包晶钢冶炼时碳成分控制范围，并控制钢液中硫含量＜0.005％；通过严格的精炼温度控制，保障连铸时钢液的过热度控制为15～25℃；连铸保护渣采用高碱度、高粘度、高熔化温度、高熔化速度和高结晶率的专用保护渣；连铸拉速控制根据包晶反应烈度确定，拉速≤0.002/Γ；结晶器冷却和二次冷却采用弱冷方式；结晶器锥度控制为1.15～1.25％/m；结晶器振动采用非正弦振动方式。

进一步地，所述包晶反应体缩率Γ的计算方法为：

Γ＝(ρ₁/ρ₂)^1/3-1>

式中ρ₁、ρ₂分别为脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应开始时和结束时钢的密度；

ρ₁和ρ₂分别采用Thermocalc商业软件计算脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应开始温度T₁和结束温度T₂以及所对应的相(L、δ、γ)所占质量分数(f_L、f_δ、f_γ)，并结合L、δ相和γ相的密度计算；L、δ相和γ相的密度计算方法为：

ρ_δ＝3.07×10^-4(T_δ,start-T)+7.27(×10³kg·m^-3)>

ρ_γ＝4.8×10^-4(T_γ,start-T)+7.41(×10³kg·m^-3)>

ρ_L＝-7.5×10^-4(T-T_L,start)+7.02(×10³kg·m^-3)>

脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应开始密度ρ₁计算方法为：

ρ₁＝ρ_L×f_L+ρ_δ×f_δ+ρ_γ×f_γ(×10³kg·m^-3)>

脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应结束密度ρ₂计算方法为：

ρ₂＝ρ_δ×f_δ+ρ_γ×f_γ(×10³kg·m^-3)>

或ρ₂＝ρ_L×f_L+ρ_γ×f_γ(×10³kg·m^-3)>

式中：ρ_i为i相的密度。

进一步地，所述连铸选用高碱度、高粘度、高熔点保护渣，保护渣碱度≥1.2，熔点(半球点温度)处于1210±20℃，粘度η_1300℃≥1.0Pa·s，熔速＜70秒，转折温度≥1200℃，析晶温度处于1000～1100℃。

进一步地，所述结晶器振动采用非正弦振动方式，负滑脱率NS控制为0.25～0.35，偏斜率a控制为0.1～0.4。

本发明的有益技术效果

本发明公开了一种亚包晶钢棒材表面细小裂纹控制的方法，通过采用Thermocalc商业软件计算分析不同碳含量脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应体缩率(Γ)，进而调控钢液碳成分，并且控制钢液中硫含量＜0.005％；采用高碱度、高粘度、高熔化温度、高熔化速度和高结晶率的专用保护渣；加上连铸生产中钢水过热度、拉速、结晶器锥度、结晶器振动以及冷却工艺的合理控制，可以圆满地控制亚包晶钢棒材表面细小裂纹，显著提高亚包晶钢棒材表面质量和合格率，降低生产成本。

附图说明

图1为实例1中亚包晶低合金钢包晶反应体缩率与碳含量的关系；

图2为实例2中亚包晶普碳钢包晶反应体缩率与碳含量的关系。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，应该说明的是，下述实施例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

生产亚包晶低合金钢，连铸坯断面尺寸为260mm×300mm，热轧成规格为Φ110mm的棒材，因棒材表面存在深度大于2mm细小裂纹，探伤合格率只有42.7％，为减少棒材表面细小裂纹，增加合格率，具体实施措施如下：

采集生产该亚包晶低合金钢化学成分，如表1，通过相图计算分析脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应体缩率(Γ)与钢液碳含量的关系，计算结果如图1所示。根据图1结果，选择包晶反应体缩率Γ小于0.004的碳成分0.09～0.1Wt％，并控制钢液中硫含量为0.004Wt％。

表1亚包晶低合金钢成分/Wt％

所选连铸保护渣理化性能：碱度为1.22，熔点(半球点温度)为1225℃，粘度η_1300℃为1.08Pa·s，溶速为49s，转折温度为1235℃，析晶温度为1030～1100℃。连铸时中间包过热度控制在15～25℃；根据包晶反应烈度，控制拉速小于0.002/Γ，将连铸拉速调节降至0.5m/min左右；结晶器长度为800mm，净空高度为100mm，锥度控制为1.24％/m；结晶器冷却采取弱冷方式：结晶器平均水流量控制在146m³/h左右，水温差控制为3～4℃；二冷也采用弱冷工艺，生产中关闭4、5区冷却水，且比水量控制在0.27L/kg左右；结晶器振动采用非正弦振动，负滑脱率NS为0.3，偏斜率a为0.3。

调整后生产该亚包晶低合金钢，对棒材表面进行探伤，合格率达到97.3％。

实施例2

生产亚包晶普碳钢，连铸坯断面尺寸为200mm×200mm，热轧成规格为Φ90mm的棒材，因棒材表面存在深度大于2mm细小裂纹，探伤合格率为51.6％，为减少亚包晶钢棒材表面细小裂纹，增加合格率，具体实施措施如下：

采集生产该亚包晶普碳钢化学成分，如表2，通过相图计算分析脆性温度区(LIT～ZDT)包晶反应体缩率(Γ)与钢液碳含量的关系，计算结果如图2所示。根据图2结果，选择包晶反应体缩率Γ小于0.004的碳成分0.15～0.17Wt％，并控制钢液中硫含量为0.004Wt％。

表2亚包晶普碳钢成分/Wt％

所选连铸保护渣理化性能：碱度为1.21，熔点(半球点温度)为1211℃，粘度η_1300℃为1.03Pa·s，溶速为51s，转折温度为1206℃，析晶温度为1040～1090℃。

连铸时中间包过热度控制在15～25℃；根据包晶反应烈度，控制拉速小于0.002/Γ，将连铸拉速调节至1.1m/min左右；结晶器长度为850mm，净空高度为100mm，锥度控制为1.18％/m；结晶器冷却采取弱冷方式：结晶器平均水流量控制在120m³/h左右，水温差为6～7℃；二冷也采用弱冷工艺，生产中关闭4、5区冷却水，且比水量控制在0.25L/kg左右；结晶器振动采用非正弦振动，负滑脱率NS为0.3，偏斜率a为0.1。

调整后生产该亚包晶钢，对棒材表面进行探伤，合格率达到98.1％。

上述实施例表明，通过采用本发明控制亚包晶钢棒材表面细小裂纹方法，亚包晶钢棒材表面探伤合格率明显提高，有效地改善了棒材的表面质量，提高了生产效率，降低了成本。