控制微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法

摘要

本发明属于连铸技术领域，特别涉及一种控制微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，在铸坯出结晶之后至脱离弯曲段之前通过弱冷模式对铸坯角部的温度进行控制，使得铸坯角部温度不低于Ae3温度，在平衡状态下时，奥氏体与铁素体共存的最高温度；在进入矫直段之前，将弱冷模式转变为强冷模式，使得铸坯角部温度达到Ar3温度，即在铸坯冷却过程中，奥氏体开始向铁素体转变的温度；进入矫直段后，继续采用强冷模式。本发明通过优化连铸板坯二冷模式控制，先通过弱冷模式获得尺寸更大且分布更为弥散的析出物，大大增强铸坯的塑性，然后通过强冷模式获得大比例的晶内铁素体，减小应力集中，进而大大降低了铸坯角部横裂纹发生的概率，简单易实现。

说明书

技术领域

本发明属于连铸技术领域，特别涉及一种控制微合金钢板坯角部横裂纹 的二次冷却方法。

背景技术

通过按照特定的工艺流程将一定量的微合金元素(如钒、钛、铌等)添 加进钢中，即可形成具有特殊性能的微合金钢。结合这些微合金元素的碳氮 化物可以调节形变奥氏体的再结晶过程并能阻止晶粒长大，间接的起到细化 晶粒的作用，还能对基体产生沉淀强化，最终提高钢材的强度和韧性。若微 合金与钢结合的过程控制不好，结合有AlN、Nb、Ti和V的碳氮化物大量 在晶界析出，促使钢的塑性降低，且会在钢板的表面角部产生横裂纹。随着 对生产率和热送热轧率要求的不断提高，铸坯角部横裂纹成为影响连铸生产 顺行的重要缺陷，防止铸坯角部横裂纹成为本领域技术人员致力于解决的问 题。

然而，连铸坯表面角部横裂纹一直是冶金行业的重点和难点，目前对其 产生机理的普遍共识为：微合金钢在凝固过程中存在三个低塑性区间，与角 部横裂纹密切相关的是第III脆性区，温度在900℃-700℃之间，铸坯在次脆 性区内进行矫直致使角部开裂。引发微合金钢在900℃-700℃的温度区间内塑 性降低的原因主要有两方面：一方面是细小的析出物在奥氏体晶界析出使得 奥氏体晶界产生滑移，进而使其塑性降低；另一方面，在先共析铁素体薄膜 在奥氏体晶界生成，因铁素体的强度只有奥氏体的四分之一，在先共析铁素 体在奥氏体晶界的产生易引发局部应力集中，最终导致铸坯发生开裂。

目前，控制铸坯表面角部横裂纹的措施主要有“热行法”和“冷行法”。 在对微合金钢进行弯曲和矫直的过程中，控制铸坯角部的温度不在第III脆性 区对应的温度区间，进而减少铸坯角部出现横裂纹的情况发生。但是由于铸 坯角部受到窄面和宽面的二维传热，在实际生产中以上方法很难保证角部温 度在弯曲和矫直段完全避开脆性区。另外，还可以控制微合金钢的方法是通 过改变铸坯表层的微观组织，使其形成一层抗裂性好的组织。或者在铸坯表 层实现晶粒的细化和对第二相粒子。但会大大增加生产成本，且不能保证减 少铸坯角部横裂纹的成功率，在国内难以成功应用。

申请号201010259985.1-控制连铸坯表层凝固组织的二次冷却方法，连铸 坯出结晶器后，在铸机垂直段以3～10℃/s冷速冷却，冷却时间为50～160秒， 在此时间对应的冷却区段内二冷水量增大为宽面水量为260～600L/min，窄面 水量为50～125L/min，铸坯在铸机垂直段的强冷方式结束后在后面的冷却区 段采用0.55～0.8L/kg比水量的二冷冷却方式。此方法通过再铸机垂直段采用 通常水量2-5倍的强冷模式，以控制铸坯表层的析出物和凝固组织。但该方法 在垂直段冷却强度过大，铸坯的温度过低，在铸坯进行弯曲和矫直的过程中， 容易因塑性降低而产生裂纹。

申请号201210348907.8-降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法， 在铸坯出结晶器后经过垂直段时，前期通过控制二次冷却的冷却速度使铸坯 冷却温度达到γ→α转变开始温度，采用强冷却使大量的微合金元素来不及扩 散而弥散分布于奥氏体晶粒内部，得到细小弥散分布的第二相颗粒，第二相 颗粒均匀分布于晶内成为铁素体的形核质点，铸坯表面铁素体细小弥散；后 期减小铸坯冷却水量，利用铸坯凝固潜热使铸坯回热温升，控制回温速度， 使铸坯出垂直段时，达到奥氏体相变温度以上；回温过程中，钢中的组织发 生α→γ转变，奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，同时，回热温度低于微合 金元素的固溶温度，微合金元素很难回溶，且由于回温过程十分短暂，析出 物也来不及聚合长大；整个过程经过γ→α→γ转变，使最后的转变产物晶粒更 细小；铸坯离开垂直段后，进入随后的二次冷却区时采用缓慢冷却模式。该 方法主要通过要控制铸坯垂直段的冷却，在垂直段前半段以强的冷却速率使 铸坯角部温度达到奥氏体向铁素体转变的开始温度，后期减小冷却水流量控 制角部温度回温到奥氏体相变温度以上，以实现细化晶粒和控制钢中的第二 相粒子行为，从而提高铸坯的高温力学性能。该方法要求铸机的垂直段足够 长来保证γ→α→γ转变的完成，这对国内各厂的连铸机来说很难实现。

因此，亟需一种适应国内连铸机的控制微合金钢板坯角部横裂纹的二次 冷却方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种控制微合金钢板坯角部横裂纹的 二次冷却方法，获得弥散的析出物和大比例的晶内铁素体，降低铸坯角部横 裂纹发生概率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种控制微合金钢板坯角部横裂纹 的二次冷却方法，在铸坯出结晶之后至脱离弯曲段之前通过弱冷模式对铸坯 角部的温度进行控制，使得铸坯角部温度不低于Ae3温度，即在平衡状态下 时，奥氏体与铁素体共存的最高温度；

在进入矫直段之前，将所述弱冷模式转变为强冷模式，使得铸坯角部温 度达到Ar3温度，即在铸坯冷却过程中，奥氏体开始向铁素体转变的温度；

进入矫直段后，继续采用所述强冷模式。

进一步，所述使得铸坯角部温度不低于Ae3温度和所述得铸坯角部温度 达到Ar3温度，即在平衡状态下时奥氏体与铁素体共存的最高温度及在铸坯 冷却过程中奥氏体开始向铁素体转变的温度，均根据对不同钢种的实验测试 得到或者由理论计算获得。

进一步，所述弱冷模式的比水量为0.2-0.3L/kg，所述强冷模式的比水量 为0.8-1.5L/kg。

相对于现有技术，本发明提供的一种控制微合金钢板坯角部横裂纹的二 次冷却方法，通过弱冷模式获得尺寸更大且分布更为弥散的析出物，大大增 强的铸坯塑性，然后通过强冷模式获得大比例的铁素体，减小应力集中，降 低裂纹敏感性，进而大大降低了铸坯角部横裂纹发生的概率避开了900-700℃ 的易脆区，操作简单且易实现，适用于各类连铸机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种控制微合金钢板坯角部横裂纹的二次 冷却方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

如图1所示，图1为本发明实施例一提供的一种控制微合金钢板坯角部 横裂纹的二次冷却方法的流程示意图。

步骤S100：在铸坯出结晶之后至脱离弯曲段之前通过弱冷模式对铸坯角 部的温度进行控制，使得铸坯角部温度不低于Ae3温度，即在平衡状态下时， 奥氏体与铁素体共存的最高温度。在本实施例中，对处于铸坯出结晶之后至 脱离弯曲段之前时间段的铸坯角部进行温度控制，使得铸坯角部温度在弱冷 模式的作用下，以较小的冷却速率获得尺寸更大且分布更加弥撒的析出物。 其中Ae3温度需根据不同钢种的试验测试或者经过本领域的理论知识计算获 得。

可以理解的是，将弱冷模式的比水量设置为0.2L/kg至0.3L/kg，使得铸 坯角部温度以较为缓慢的速度下降至不低于奥氏体与铁素体共存的最高温度。

步骤S200：在进入矫直段之前，将所述弱冷模式转变为强冷模式，使得 铸坯角部温度达到Ar3温度，即在铸坯冷却过程中，奥氏体开始向铁素体转 变的温度。

在本实施例中，即在进入矫直段之前，加大对铸坯的冷却水量，通过将 比水量增大。致使铸坯角部温度以较快速度下降至奥氏体开始向铁素体转变 的温度。其中Ar3温度需根据不同钢种的试验测试或者经过本领域的理论知 识计算获得。

可以理解的是，在进入矫直段之前，比水量由0.2L/kg至0.3L/kg之间 增加至0.8L/kg至1.5L/kg之间。致使铸坯角部温度以较快速度下降至奥氏 体开始向铁素体转变的温度。

步骤S300：进入矫直段后，继续采用所述强冷模式，促使铸坯角部以较 大的冷却速率降温，大大增大了铁素体的生长速率，促进铁素体在晶内生成， 大的冷却速率有利于获得大比例的铁素体。

本发明将铸坯冷却过程分为在铸坯出结晶之后至脱离弯曲段之前的时间 段及进入矫直段的时间段，并在铸坯出结晶之后至脱离弯曲段之前的时间段 内，通过弱冷模式将铸坯角部温度以较为缓慢的速度降至不低于奥氏体与铁 素体共存的最高温度，大大促进了更大尺寸且分布更为弥撒的析出物形成， 有利于奥氏体晶界滑移，增加了铸坯的塑性；同时通过强冷模式将铸坯角部 温度以较快的速度降至奥氏体开始向铁素体转变的温度，大大促进了铁素体 的生长速率，进而减少了应力的集中，降低了裂纹敏感性。如此，大大降低 了铸坯角部出现横裂纹的概率。

实施方式二

某钢厂在浇铸230mm规格板坯的时候，铸坯内外弧均发生了严重的角部 横裂纹，其采用钢种为Q345X，断面尺寸为1500mm×230mm，拉速为1.3m/min。 采用本发明的方案重新设定二冷冷却模型，二冷冷却模型设置为：在铸坯出 结晶之后至脱离弯曲段之前的时间段内，将比水量设为0.28L/kg，直至铸坯 冷却至在平衡状态下时，奥氏体与铁素体共存的最高温度。可以理解的是， 奥氏体与铁素体共存的最高温度需对该钢厂采用的钢材进行试验测试得到准 确的值。并在之后到达矫直段末端的时间段内将比水量增加至1.2L/kg，直 至铸坯冷却至奥氏体开始向铁素体转变的温度。可以理解的是，奥氏体开始 向铁素体转变的温度也需对该钢厂采用的钢材进行试验试得准确的值。

之后对下线铸坯进行扫弧检查，铸坯角部质量良好，没有发现角部横裂 纹。

实施方式三

某钢厂在浇铸230mm规格板坯的时候，铸坯内外弧均发生了严重的角部 横裂纹，其采用钢种为Q345R-1，断面尺寸为2050mm×230mm，拉速为1.0m/min。 采用本发明的方案重新设定二冷冷却模型，二冷冷却模型设置为：在铸坯出 结晶之后至脱离弯曲段之前的时间段内，将比水量设为0.24L/kg，直至铸坯 冷却至平衡状态下时，奥氏体与铁素体共存的最高温度。可以理解的是，奥 氏体与铁素体共存的最高温度需对该钢厂采用的钢材进行试验测试得到准确 的值。并在之后到达矫直段末端的时间段内将比水量增加至0.8L/kg，直至 铸坯冷却至奥氏体开始向铁素体转变的温度。可以理解的是，奥氏体开始向 铁素体转变的温度也需对该钢厂采用的钢材进行试验试得准确的值。

之后对下线铸坯进行扫弧检查，相对于未采用重新设定的二冷冷却模型 生产的铸坯，角部横裂纹的发生率了下降50％。

实施方式四

某钢厂在浇铸230mm规格板坯的时候，铸坯内外弧均发生了严重的角部 横裂纹，其采用钢种为Q345C，断面尺寸为1800mm×230mm，拉速为1.1m/min 采用本发明的方案重新设定二冷冷却模型，二冷冷却模型设置为：在铸坯出 结晶之后至脱离弯曲段之前的时间段内，将比水量设为0.26L/kg，直至铸坯 冷却至平衡状态下时，奥氏体与铁素体共存的最高温度。可以理解的是，奥 氏体与铁素体共存的最高温度需对该钢厂采用的钢材进行试验测试得到准确 的值。并在之后到达矫直段末端的时间段内将比水量增加至1.0L/kg，直至 铸坯冷却至奥氏体开始向铁素体转变的温度。可以理解的是，奥氏体开始向 铁素体转变的温度也需对该钢厂采用的钢材进行试验试得准确的值。

之后对下线铸坯进行扫弧检查，铸坯角部横裂纹的发生率由原来的37.5％ 下降为5％。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而 非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明 技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。