專利名稱：510l汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金輔料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功 能保護(hù)材料。
背景技術(shù)：
熱軋大梁鋼主要應(yīng)用于各類商用車領(lǐng)域，用于制造重卡、輕卡、皮卡等各種貨 車和客車的大梁，包括縱梁和橫梁。目前所使用的大梁鋼，主要是420L，510L和610L， 低級(jí)別的大梁鋼基本已經(jīng)被淘汰，而屈服強(qiáng)度在700Mpa以上的高強(qiáng)鋼，在大部分企業(yè)還 處于實(shí)驗(yàn)階段。與汽車行業(yè)的高速發(fā)展相對應(yīng)，大梁鋼的市場需求近幾年也保持高速增 長態(tài)勢，其中2005年完成61萬噸，2006年完成72萬噸，2007年完成100萬噸，2008年 完成123萬噸。但是在大梁鋼采購中，510L和610L主要用于重卡汽車上，對于中卡和輕 卡材質(zhì)的選用則相對比較一般，材質(zhì)主要以Q235、Q345B等為主，即使有420L和510L 的使用，用量也相對較少，因此，重卡汽車行業(yè)的發(fā)展直接影響510L和610L在市場中的 用量情況。從2005年至2008年全國重卡汽車生產(chǎn)總量(含牽引車)分別為23萬輛，31萬 輛，49萬輛，54萬輛，2009年重卡汽車生產(chǎn)總量預(yù)計(jì)全年同比增長5% 10%，即實(shí)現(xiàn) 56 60萬輛。每輛重卡汽車在生產(chǎn)車架中所使用大梁鋼的量在0.8 1.2噸，即2009年 重卡行業(yè)主機(jī)廠汽車大梁鋼使用量在60萬噸左右，但考慮到汽車改裝企業(yè)(或?qū)Ｓ密囆?業(yè))在制作副梁過程中汽車大梁鋼的用量，2009年汽車大梁鋼用量在90萬噸以上，隨著 汽車減重過程中以薄規(guī)格高強(qiáng)鋼代替原先的Q235B和Q345B，高強(qiáng)和超高強(qiáng)汽車大梁鋼 用量會(huì)迅速增加。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為提高汽車的承載能力，延長汽車使用壽命和節(jié)能、節(jié) 材以及安全行駛等要求，用熱軋低合金高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)汽車車架大梁，已成 為發(fā)展趨勢。目前使用超高強(qiáng)汽車大梁鋼屈服強(qiáng)度在700MPa以上，主要用于汽車減重 上，減重部位為重卡車架和車廂體上，減重重量在1噸以上。目前一些主機(jī)廠和專用車 生產(chǎn)企業(yè)用量較大，未來超高強(qiáng)700MPa以上的市場用量將會(huì)逐步放大。根據(jù)國家對環(huán)保節(jié)能汽車的大力支持，將來該類型的車系將得到越來越多的推 廣，因此目前各卡車生產(chǎn)廠商正著眼于卡車的減重，更高強(qiáng)度和更薄規(guī)格的汽車大梁鋼 材料將會(huì)在未來得到青睞。510L廣泛應(yīng)用于載重汽車、輕卡、SUV等汽車的主梁、橫梁、加強(qiáng)件等。一般 厚度為3 14mm。510L為國標(biāo)，其中數(shù)字510表示最低抗拉強(qiáng)度(N/mm2)，L表示大 梁鋼中“梁”的首位拼音字母“L”。鋼號(hào)CSiMnS彡AltNbVTi510L判 S I0. 09 -0. 12彡 0. 301.20 -1.600. 0200.0100. 020-0. 0600. 01 -0. 05——晨0. 100. 151.400. 0150. 0080. 0300. 03——首鋼京唐鋼鐵有限公司自2010年2月份開始生產(chǎn)510L汽車大梁鋼，斷面為 230X (1100-2150)拉速為0.8-1.3米/min，鋼水成分如上表。510L鋼種的特殊性，就是此鋼種極易造成板坯縱向裂紋。為了獲得滿意的產(chǎn)品 質(zhì)量。因此對功能保護(hù)材料性能的要求也非常的嚴(yán)格，功能保護(hù)材料在確保潤滑，改善 減緩傳熱，吸附鋼水中的夾雜物。還必須保證做到以下幾點(diǎn)1)穩(wěn)定的液渣層厚度，液 渣層厚度的大小，會(huì)影響鑄坯表面產(chǎn)生裂紋等缺陷。2)避免渣圈生成，渣圈多了影響渣 膜導(dǎo)入的均勻性，還會(huì)把液渣向下流動(dòng)的通道堵死，影響坯子均勻散熱，表面容易出現(xiàn) 縱裂；3)良好的鋪展性和透氣性，使渣子在結(jié)晶器內(nèi)能夠很快的形成三層結(jié)構(gòu)，來保證 渣膜的流入的均勻性。4)合適的渣耗量，充分填充坯子與結(jié)晶器之間的縫隙，并達(dá)到理 想的渣膜厚度，來緩慢坯子與結(jié)晶器之間的對流傳熱；5)較低的熔渣粘度，由于510L鋼 種的收縮特性，導(dǎo)致坯子在凝固收縮的過程中，與結(jié)晶器之間形成的氣隙，比一般的包 晶鋼形成的氣隙要大。相應(yīng)熱傳遞也就快，這樣必須通過液渣膜均勻而過多的流入縫隙 之間，形成足夠厚的隔熱帶，來影響坯子緩慢傳熱，避免過快導(dǎo)熱，出現(xiàn)縱裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種為新型510L包晶合金鋼解決鑄坯坯表面縱裂現(xiàn)象，而 特意研制的一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述的510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料， 其原料包括熔化料、細(xì)玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含 量分別為66.0%、4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重 量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3不大于1%、 Al2034 6%、Na2O 5 — 7%, 4%。所述功能保護(hù)材料中，Li2O重量百分含量為2.0 3%，MgO重量百分含量為 3.0 — 6.0%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.35 1.45%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F ,其重量百分含量為 Si0225.0 32.0%，CaO 35.0 42.0%，Al2O3 <5%, Na2O 6.0 9.0%, F—8.0 10.0%、k20<1.5%。下面通過實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述510L是明顯的亞包晶合金鋼。此類鋼種的特點(diǎn)是碳含量0.10%，處在亞包晶 區(qū)，發(fā)生包晶發(fā)應(yīng)。反應(yīng)過程中伴隨著較大的線收縮和S元素的偏析，體積收縮后結(jié)晶 器與坯殼間的間隙大，使得在結(jié)晶器內(nèi)形成的初始坯殼厚度不均勻，熱應(yīng)力使得坯殼的 薄弱處產(chǎn)生裂紋，鑄坯出結(jié)晶器后受二冷噴水的急冷，并在二冷區(qū)繼續(xù)不斷擴(kuò)展。S元素偏析后造成鋼種的熱脆性加劇裂紋的生成。Mn含量1.4%，Mn元素具有典型的快速傳熱的特點(diǎn)，因此此鋼種極易因Mn含 量高傳熱快造成鑄坯裂紋。Nb含量主要用于鋼種微合金化，提高鋼種的強(qiáng)度。但Nb元 素與鋼水中的N(C)元素發(fā)應(yīng)生成NbNC，在鑄坯凝固過程中析出。析出的NbNC增加 鋼種的脆性，是造成板坯裂紋的另一重要原因。功能保護(hù)材料化學(xué)成分設(shè)計(jì)。首先要求功能保護(hù)材料的二元堿度(Ca(VSiO2)必 須達(dá)到1.3以上，以保證結(jié)晶器內(nèi)渣膜形成厚的結(jié)晶象，改善坯殼與結(jié)晶器之間的傳熱， 為了控制結(jié)晶器內(nèi)傳熱，包晶鋼功能保護(hù)材料應(yīng)選擇堿度高、結(jié)晶溫度高和結(jié)晶比大的 功能保護(hù)材料，同時(shí)在不影響結(jié)晶溫度和結(jié)晶比的條件下，最大限度降低凝固溫度，以 改善渣膜的潤滑效果。結(jié)晶溫度對功能保護(hù)材料在結(jié)晶器內(nèi)潤滑和傳熱都有較大的影響。這是因?yàn)楣?能保護(hù)材料熔化的液渣流入結(jié)晶器和坯殼之間形成固態(tài)渣膜和液態(tài)渣層，當(dāng)結(jié)晶溫度高 時(shí)液渣中就容易析出硅灰石、鈉、鈣黃長石和槍晶石等高熔點(diǎn)晶體，從而影響功能保護(hù) 材料的潤滑性能；同時(shí)，在固態(tài)渣膜中析出大量晶體質(zhì)增加了渣膜熱量傳遞的熱阻。在 澆注包晶鋼等裂紋敏感性鋼時(shí)，為了達(dá)到減少結(jié)晶器傳熱的目的可以適當(dāng)提高功能保護(hù) 材料的結(jié)晶溫度，但由于渣膜潤滑性能變差，粘結(jié)幾率增大，因此，包晶鋼功能保護(hù)材 料粘度較其它渣小。結(jié)晶比就是指固態(tài)渣膜中析出晶體的百分比，可以用來描述功能保護(hù)材料的潤 滑性能和傳熱能力。這是因?yàn)樵诠虘B(tài)渣膜的形成過程中不斷有晶體析出，由于體積收縮 使得形成的固態(tài)渣膜中有許多空隙，從而增加了功能保護(hù)材料的傳熱熱阻達(dá)到了控制傳 熱的效果；同時(shí)由于晶體質(zhì)膜的潤滑能力不如玻璃質(zhì)膜，當(dāng)晶體質(zhì)膜較厚時(shí)將影響功能 保護(hù)材料的潤滑性能，以達(dá)到控制潤滑的效果。堿度對功能保護(hù)材料結(jié)晶比有明顯的影 響，隨著堿度的升高，功能保護(hù)材料的結(jié)晶率也有明顯的提高。對于澆注包晶鋼等裂紋 敏感性鋼就需要適當(dāng)?shù)脑黾庸δ鼙Ｗo(hù)材料的結(jié)晶率來控制功能保護(hù)材料的傳熱效果，降 低發(fā)生縱裂的可能性。本發(fā)明控制功能保護(hù)材料的二元堿度在1.35 1.45范圍內(nèi)。其次，采用多種 熔劑的方法調(diào)節(jié)功能保護(hù)材料熔點(diǎn)和粘度，其中Li2O是一個(gè)重要熔劑，對降低功能保護(hù) 材料粘度和熔點(diǎn)顯著，同時(shí)Li2O還能提高功能保護(hù)材料的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明功能保護(hù)材 料中Li2O含量控制范圍為2.0 3.0% ；；作為常規(guī)功能保護(hù)材料熔劑重要成分的Na2O 在本發(fā)明功能保護(hù)材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破壞渣膜的玻 璃性能，減少功能保護(hù)材料中的Na2O含量同時(shí)還可提高功能保護(hù)材料的表面張力，有利 于渣-金分離，減少鑄坯表面夾渣和粘渣，本發(fā)明功能保護(hù)材料中Na2O含量控制范圍為 6.0 7.0%，Na2O在功能保護(hù)材料的作用仍然是降低熔點(diǎn)和粘度；功能保護(hù)材料中的 F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流動(dòng)性，但在本發(fā)明中要特別注意控制功能保護(hù)材 料中的F-含量，若渣中CaF2含量過高會(huì)引起槍晶石(3Ca0.2Si02.CaF2)等高熔點(diǎn)物的析 出，破壞熔渣的玻璃性，使?jié)櫥瑮l件惡化，另外F—離子含量過高還會(huì)對伸入式水口造成 嚴(yán)重侵蝕，減少水口使用壽命，為此，本發(fā)明功能保護(hù)材料中F-含量控制范圍為7.0 8.5%。最后，就是要求功能保護(hù)材料快速熔化，形成足夠的液渣層和保證一定的渣消耗 量。要求配碳量不能太高，但也不能過低，否則形成的液渣層和燒結(jié)層太厚，使得結(jié)渣條嚴(yán)重，阻礙功能保護(hù)材料的均勻流入。因此，配碳種類選用比表面積大和燃燒速度快 的炭黑，本發(fā)明功能保護(hù)材料中C含量控制范圍為12.0 15.0%。功能保護(hù)材料物理性能確定。本發(fā)明要求功能保護(hù)材料具有較低的熔點(diǎn)、粘 度、凝固溫度和較快的熔化速度。具體設(shè)置要求為熔點(diǎn)(半球點(diǎn)溫度)為1120 11700C ； 1300°C的粘度為0.05 0.06Pa · S ；凝固溫度為1120 1190°C (粘度-溫度 曲線判定)；熔化速度為35 45秒(渣柱法測試)。配渣基料的選用和特點(diǎn)。功能保護(hù)材料的性能取決于制渣基料的選擇，常規(guī)的 機(jī)混渣主要采用多種生料混合而成，由于受熱后產(chǎn)生分解化合物而影響到性能變化，影 響了熔渣的穩(wěn)定性。本研究選擇用熔化料作為功能保護(hù)材料配渣基料，該特制的預(yù)熔型 渣除了含有常規(guī)的預(yù)熔型渣基本成分外，如Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F_，還含有本發(fā) 明功能保護(hù)材料需要的MgO成分。由于減少了生料的配入比例，熔渣性能的穩(wěn)定性得到 了提高。特別是預(yù)熔型連鑄渣基料比例達(dá)到了 60 70%，減少了在結(jié)晶器內(nèi)的分解化合 反應(yīng)過程，明顯增加了使用效果的穩(wěn)定性。生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。功能保護(hù)材料成品的理化性能穩(wěn)定性與所使用生產(chǎn) 工藝和控制標(biāo)準(zhǔn)是直接相關(guān)的。為了適應(yīng)510L專用功能保護(hù)材料的高質(zhì)量需求，本發(fā)明 功能保護(hù)材料采用了如下質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)1)每種原料粒度要求通過250目；2)混勻攪拌 和水磨成漿時(shí)間各1小時(shí)。采用上述研究結(jié)果生產(chǎn)的該功能保護(hù)材料，在首鋼京唐鋼鐵有限公司1號(hào)。2號(hào) 達(dá)涅利板坯連鑄機(jī)上澆注斷面為230mmX (1100-2150)mm，510L汽車大梁鋼，拉速在 0.8-1.3m/min.渣耗量為0.55kg/T鋼、鋼水表面液渣層厚度10_12mm。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 表明，該功能保護(hù)材料使用時(shí)，在結(jié)晶器內(nèi)鋪展性、保溫性和熔化性能表現(xiàn)良好；結(jié)晶 器內(nèi)傳熱量穩(wěn)定和均勻，滿足波動(dòng)范圍內(nèi)的拉速要求；熱相圖穩(wěn)定。試驗(yàn)渣渣條小、改 善了流入不均現(xiàn)象，功能保護(hù)材料潤滑性好，防止了粘結(jié)性漏鋼。鑄坯表面沒有裂紋.夾 渣和粘渣現(xiàn)象，鑄坯表面質(zhì)量好。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其原料包括熔化料、 細(xì)玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為66.0%、 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為 Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、 Na2O 5 ~ 7%, F
4%。所述功能保護(hù)材料中，Li2O重量百分含量為2.2%，MgO重量百分含量為 5.0%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.43%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F、其重量 百分含量為 Si0225.8%，CaO 37%, Al2034.5%, Na2O 8.4%,k20 1.3% 實(shí)施例二 一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其原料包括熔化料、 細(xì)玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為66.0%、 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、
Na2O 5 ~ 7%, F
4%。所述功能保護(hù)材料中，Li2O重量百分含量為2.9%，MgO重量百分含量為 3.5%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.23%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F、其重量 百分含量為 Si0231.0%，CaO 38.0%, Al2031.5%, Na2O 6.5%,k20 0.5%。實(shí)施例三一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其原料包括熔化料、 細(xì)玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為66.0%、 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為 Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、 Na2O 5 ~ 7%, F
4%。所述功能保護(hù)材料中，Li2O重量百分含量為2.5%，MgO重量百分含量為 4.5%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.33%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F、其重量 百分含量為 Si0228.5%，CaO 38.0%, Al2032.5%, Na2O 7.5%,k20 0.75%。
權(quán)利要求
1.一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其特征在于其原料包括 熔化料、細(xì)玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為 66.0%, 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比 組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3不大于 1%、Al2034 6%, Na2O 5 — 7%, 4%。
2.如權(quán)利要求1所述的510L汽車大梁鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其特征在 于所述功能保護(hù)材料中，Li2O重量百分含量為2.0 3%，MgO重量百分含量為3.0 6.0%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.35 1.45%，其余為 SiO2、CaO> A1203、Na2O> F、 其重量百分含量為 Si0225.0 32.0%，CaO 35.0 42.0%，Al2O3 < 5%, Na2O 6.0 9.0%, F—8.0 10.0%、k20<1.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種510L汽車大梁鋼專用結(jié)晶器功能保護(hù)材料，所述功能保護(hù)材料中Li2O、MgO重量百分含量分別為2.0～3.5％、3.0～6.0％、二元堿度(CaO/SiO2)為1.35～1.45，其余量為SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和K2O。其百分含量為SiO225.0～32.0％，CaO 35.0～42.0％，Al2O3＜5％、Na2O 6.0～9.0％、F-8.0～10.0％、k2O＜1.5％。功能保護(hù)材料在結(jié)晶器內(nèi)鋪展性、保溫性、熔化性能好，結(jié)晶器內(nèi)四個(gè)面?zhèn)鳠崃糠€(wěn)定和均勻，液渣層厚度為8～12mm，渣條少，功能保護(hù)材料潤滑性好，防止粘結(jié)性漏鋼，鑄坯表面無縱裂現(xiàn)象，鑄坯表面質(zhì)量好。
文檔編號(hào)B22D11/111GK102009145SQ20101024766
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者李書成, 李偉鋒, 李春雨 申請人:河南省西保冶材集團(tuán)有限公司