优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺

摘要

一种优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，属冶金连铸技术领域，用于解决帘线钢大方坯连铸易出现中心偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷问题。技术方案是：在连铸轻压下区域，通过铸坯中心固相率fs的变化来控制压下量，并给出了轻压下机架压下量和铸坯中心固相率的关系。采用本发明提出的动态控制的轻压下工艺，可显著减轻帘线钢铸坯中心偏析，铸坯中心碳偏析指数控制在0.96～1.05，平均为1.03；该工艺还可明显改善帘线钢铸坯的中心疏松和中心缩孔，铸坯中心疏松≤1.0级、铸坯中心缩孔≤0.5级。以本发明方法加工的连铸坯轧制的线材，可以满足优质钢帘线的技术质量要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸工艺，特别是可消除或减轻大方坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷的优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，属冶金连铸技术领域。

背景技术

钢帘线主要用于轮胎子午线增强用骨架，具有强度高、韧性好的特点，是线材制品中要求极高，生产难度最大的产品之一，特别是帘线钢的大方坯连铸生产更是存在着诸多问题。由于大方坯帘线钢铸坯断面尺寸大且属于高碳钢，因此在浇铸过程中极易出现铸坯表面横、纵裂纹、星状裂纹、角部凹陷、角部及皮下大型夹杂物和内部缩孔、中心疏松、中心偏析和内部裂纹等缺陷，其中，中心偏析、中心疏松和中心缩孔是影响大方坯内部质量问的主要问题。高碳钢在凝固过程中由于溶质的选分结晶以及凝固后期由于铸坯断面中心柱状晶的搭桥，桥下面的钢液继续凝固时，将得不到上游钢液的补充，相当于小钢锭凝固，于是形成中心偏析、疏松和缩孔；另外，铸坯在结晶末期，液体向固体的转变过程伴随体积收缩而产生一定的空穴，这些在铸坯芯部的空穴具有负压，致使枝晶间富集溶质元素的钢液被吸入芯部并凝固，也会形成中心偏析。

连铸坯中心偏析、中心疏松和中心缩孔等内部质量问题是影响帘线用钢质量的重要因素。它们会降低钢材的综合性能，缩短钢材的使用寿命；降低钢材韧性，对于高碳钢来说，中心偏析使它拉丝极限和延展性降低，尤其会明显降低其韧性，影响拉拔性能，中心偏析明显的线材在进行拉拔时，因偏析处碳含量较高，强度及塑性与基体相差较大，无法与基体同步协调变形，拉拔时裂纹首先在钢丝中心处产生并扩展，作为裂纹源，很快导致“V”形笔尖状断裂，使拉拔断线；引起钢材氢脆，降低耐腐蚀性能；降低钢材疲劳性能，容易造成断丝等。此外，内部组织的好坏也会钢帘线的强度和拉拔性能，铸坯内部的晶粒较细和等轴晶比率较大都能够提高帘线钢的强度及拉拔性能。因此，为保证钢帘线用钢的质量，提高其拉拔性能、疲劳性能和强度，必须要求铸坯具备优异的内部质量。

采用动态轻压下技术一方面可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面，轻压下所产生的挤压作用还可以促进液芯中心富集的溶质元素钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，起到改善中心偏析和减少中心疏松的作用。采用合理的二次冷却控制制度可以防止和减轻连铸坯内部裂纹、表面裂纹、中心偏析、疏松等缺陷，还可以改善铸坯的内部组织质量。采用合理结晶器电磁搅拌工艺参数可以改变柱状晶生长方向，降低固液界面前沿整体的钢水温度梯度，有利于等轴晶的形核和长大，从而促进柱状晶向等轴晶的转变。此外，电磁搅拌还具有明显的细化晶粒作用，不论晶体的生长方式是柱状晶还是等轴晶，电磁搅拌都可使其细化、均匀，达到降低偏析的目的。综上所述，针对帘线钢大方坯特点，制定合理地动态轻压下技术，结合结晶器电磁搅拌技术和二冷技术，以降低大方坯中心偏析、中心疏松和中心缩孔等问题，改善铸坯的内部组织、使晶粒细化、提高其等轴晶率，最终获得高质量的合格连铸坯产品，成为生产优质钢帘线的关键技术难题。

中国专利200710048924.9公开了重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，虽然重轨钢和帘线钢同属高碳钢，但是二者的碳含量还是存在差异，特别是两者的合金元素及含量都各不相同，它们将导致钢种高温力学性能和凝固特性的差异，特别是两相区形状的差异，所以最终必将导致二者在压下效率和压下量上的不同。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可显著减轻或消除中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷的优质帘线钢大方坯连铸生产工艺。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特别之处是：在连铸轻压下区域，通过铸坯中心固相率fs的变化来控制压下量，轻压下机架压下量和铸坯中心固相率的关系为：当0≤fs＜0.44时压下量为0，当0.44≤fs≤0.48时压下量为2.0mm，当0.63≤fs≤0.67时压下量为3.5mm，当0.79≤fs≤0.83时压下量为4.0mm，当0.90≤fs≤0.94时压下量为4.0mm，当0.96≤fs≤0.99时压下量为2.0mm，当0.99＜fs≤1.0时压下量为0；当轻压下机架铸坯中心固相率处于上述两数据段之间的数值时，则根据其固相率采用线性插值的方法计算该机架所对应的压下量。

上述优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，所述轻压下区域铸坯凝固率为35％～100％，总压下量为10.0～15.5mm，单个轻压下机架的最大压下量≤4.0mm，最大压下率≤3.0mm/m。

上述优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，帘线钢连铸拉速0.65～0.80m/min，中间包钢水温度控制在1483～1503℃；在二冷区域采用均匀缓和的控制方式，连铸比水量为0.18～0.28L/kg，轻压下区域铸坯表面温度控制在780～950℃，二次冷却区内铸坯表面最大回温速率≤20℃/m，最大降温速率≤15℃/m。

上述优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，所述轻压下区域到结晶器弯月面的距离在16187mm～24649mm范围内，轻压下区域总长度为8462mm。

上述优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺，结晶器电磁搅拌电流强度控制为500A，频率为2.4Hz，旋转方式为单向旋转。

本发明针对帘线钢大方坯连铸易出现中心偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷问题进行了改进，其关键之处是根据帘线钢的成分、连铸拉速、钢液过热度、连铸冷却强度等影响铸坯凝固末端位置等因素，提出动态控制的轻压下工艺。采用该工艺可显著减轻帘线钢铸坯的中心偏析，铸坯中心碳偏析指数控制在0.96～1.05，平均为1.03；该工艺还可明显改善帘线钢铸坯的中心疏松和中心缩孔，铸坯中心疏松≤1.0级、铸坯中心缩孔≤0.5级。以本发明方法加工的连铸坯轧制的线材，可以满足优质钢帘线的技术质量要求。

具体实施方式

本发明适用于C含量为0.69～0.76％、Si含量为0.15-0.35％、Mn含量为0.30-0.60％，断面尺寸大于220mm×220mm的帘线钢连铸大方坯。本发明工艺根据帘线钢成分、拉速、过热度、冷却强度等连铸工艺参数适时确定个压下机架的压下量，以减轻铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷，同时还能改善帘线钢连铸坯成分的均匀性，稳定和提高钢帘线的拉拔性能、疲劳性能及使用性能，达到生产制造钢帘线的技术要求。

本发明主要技术措施如下：

(1)制定合理的帘线钢连铸拉速与中间包钢水温度控制制度：

连铸拉速0.65～0.80m/min，中间包钢水温度控制在1483～1503℃，确保铸坯凝固末端位于轻压下区域，轻压下区域总长度8462mm，能适应连铸工艺如钢种成分、连铸拉速、过热度、冷却强度等的变化灵活调节轻压下区域长度及压下量。

(2)二冷区域的控制参数：

连铸比水量为0.18～0.28L/kg，轻压下区域铸坯表面温度780～950℃，确保连铸轻压下区域铸坯具有良好的高温延展性能，且二冷区铸坯表面最大回温速率≤20℃/m，最大降温速率≤15℃/m。

(3)在轻压下区域根据各个拉矫辊位置铸坯中心的固相率控制压下量，轻压下区域铸坯凝固率35％～100％；总压下量为10.0～15.5mm。轻压下区域，单个轻压下机架的最大压下量≤4.0mm，最大压下率≤3.0mm/m。轻压下机架压下量与铸坯固相率的关系如下表：

  固相率  ＜0.44  0.44-0.48  0.63-0.67  0.79-0.83  0.90-0.94  0.96-0.99  ＞0.99  压下量  0  2.0  3.5  4.0  4.0  2.0  0

当铸坯中心固相率小于0.44和大于0.99时，不进行压下，当各机架铸坯中心固相率处于上表两数据段之间的数值时，则根据其固相率采用线性插值的方法计算该机架所对应的压下量。

(4)采用合理结晶器电磁搅拌工艺参数，电流强度控制为500A，频率为2.4Hz，旋转方式为单向旋转。

以下给出几个具体的实施例：

所述实施例在设有7机架拉矫机的连铸机上实施，轻压下区域到结晶器弯月面的距离在16187mm～24649mm范围内，轻压下区域总长度为8462mm。

实施例1：采用本发明工艺来控制优质帘线钢连铸大方坯质量，大方坯断面尺寸为280mm×325mm，浇注炉次的主要化学成分(％)如下表所示：

  C  Si  Mn  P  S  0.72  0.22  0.54  0.008  0.007

浇注炉次连铸的主要工艺参数如下表所示：

实施例2：采用本发明工艺来控制优质帘线钢连铸大方坯质量，大方坯断面尺寸为280mm×325mm，浇注炉次的主要化学成分(％)如下表所示：

  C  Si  Mn  P  S  0.73  0.22  0.55  0.007  0.007

浇注炉次连铸的主要工艺参数如下表所示：

实施例3：采用本发明工艺来控制优质帘线钢连铸大方坯质量，大方坯断面尺寸为280mm×325mm，浇注炉次的主要化学成分(％)如下表所示：

  C  Si  Mn  P  S  0.72  0.23  0.54  0.006  0.007

浇注炉次连铸的主要工艺参数如下表所示：

本发明工艺通过连铸坯动态轻压下，减轻和消除了铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷，铸坯中心碳偏析指数控制在0.96～1.05，平均为1.03；该工艺还可明显改善帘线钢铸坯的中心疏松和中心缩孔，铸坯中心疏松≤1.0级、铸坯中心缩孔≤0.5级。以本发明方法加工的连铸坯轧制的线材，可以满足优质钢帘线的技术质量要求。