專利名稱：一種用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金鑄造領(lǐng)域，特別是，本發(fā)明涉及一種用于高鉻合金鋼大方坯的連鑄的輕壓下工藝。本發(fā)明的用于高鉻合金鋼大方坯的連鑄的輕壓下工藝可提高高鉻合金鋼大方坯的內(nèi)部質(zhì)量。
背景技術(shù)：
在冶金鑄造領(lǐng)域，高鉻合金鋼導(dǎo)熱性能差，凝固形態(tài)復(fù)雜，對澆鑄速度和冷卻有較嚴(yán)格的要求，通常采用模鑄方式生產(chǎn)。近年來，油井、電站鍋爐、化學(xué)工業(yè)對高鉻合金鋼管的需求不斷增加，為了經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)，采用連鑄和熱軋無縫鋼管方法制造高鉻合金鋼管。連鑄過程是將高溫鋼水連續(xù)不斷地澆到一個或幾個用強(qiáng)制水冷的結(jié)晶器內(nèi)，鋼水很快與預(yù)先放置在結(jié)晶器的引錠頭凝結(jié)在一起，待鋼水凝固成一定厚度的坯殼后，就從結(jié)晶器的下端拉出引錠頭。這樣已凝固成一定厚度的連鑄大方坯就會連續(xù)地從水冷結(jié)晶器內(nèi)被拉出來，在二次冷卻區(qū)繼續(xù)噴水冷卻。通過拉矯機(jī)牽引，帶有液芯的鑄坯，一邊運(yùn)行一邊凝固，直到完全凝固。待連鑄坯完全凝固后，用氧氣切割機(jī)把鑄坯切割成一定長度。這種把高溫鋼水直接澆注成鋼坯的工藝叫連續(xù)鑄鋼。在連鑄澆鑄過程中，連鑄坯在凝固過程時會出現(xiàn)固液兩相區(qū)。在固液兩相區(qū)，由于凝固收縮，在得不到液態(tài)鋼水有效填充時，連鑄坯會產(chǎn)生疏松和孔洞，形成連鑄坯的中心縮孔。高鉻合金鋼在澆鑄過程中鋼液流動性很差，更容易產(chǎn)生中心縮孔缺陷。由于高鉻合金鋼凝固過程體收縮率大，連鑄坯一旦形成中心縮孔后進(jìn)一步冷卻收縮就會引起芯部裂紋。連鑄坯這些缺陷在軋制無縫鋼管時，在鋼管內(nèi)表面會產(chǎn)生大量缺陷導(dǎo)致報(bào)廢。因此，高鉻合金鋼鑄坯內(nèi)部質(zhì)量直接影響連軋管機(jī)組軋制無縫鋼管內(nèi)表面質(zhì)量。公開號為“特開平8-332556”的日本專利申請公開了一種改善連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法。根據(jù)該專利文獻(xiàn)的披露，工藝為在連鑄二冷結(jié)束后，在鄰近連鑄坯凝固末端位置進(jìn)一步冷卻連鑄大方坯(小方坯)，用來減少連鑄坯芯部中心疏松，防止芯部裂紋。然而，這種方法需要在鄰近連鑄坯凝固末端位置增加冷卻裝置。公開號為“CN101036921”的中國專利申請公開了一種重軌鋼大方坯連鑄動態(tài)輕壓下工藝，用于減輕高碳鋼連鑄大方坯中心偏析、中心疏松、中心縮孔，防止中心裂紋、中間裂紋等內(nèi)部缺陷。然而，這種方法僅局限于高碳重軌鋼。

發(fā)明內(nèi)容
為克服所述問題，本發(fā)明目的是，提供一種用于高鉻合金鋼大方坯的連鑄的輕壓下工藝，即在連鑄工序中，利用弧形連鑄機(jī)配置的輕壓下裝置，改善高鉻合金鋼連鑄大方坯內(nèi)部質(zhì)量，由此顯著減輕連鑄坯中心疏松和中心縮孔，防止芯部裂紋。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝，用于在二次冷卻區(qū)噴水冷卻后的連鑄坯凝固過程中，其特征在于，在連鑄(大方)坯凝固末端的固液兩相區(qū)，采用由若干個機(jī)架組成的輕壓下裝置，實(shí)施連鑄輕壓下技術(shù)，所述連鑄輕壓下技術(shù)是通過夾輥對連鑄坯施加微量的壓下位移，以補(bǔ)償末端凝固收縮。由此，采用連鑄輕壓下技術(shù)可以控制中心縮孔和芯部裂紋，有效地改善連鑄大方坯內(nèi)部質(zhì)量。本發(fā)明的用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝的原理是通過控制連鑄澆注工藝獲得適當(dāng)?shù)蔫T坯凝固末端固相率，從而得到合適的壓下區(qū)間；選擇適當(dāng)?shù)倪B鑄輕壓下工藝參數(shù)，減輕鑄坯中心縮孔、防止芯部裂紋。用于連鑄機(jī)輕壓下工藝的夾輥又稱拉矯輥，有3個作用①通過夾緊鑄坯向前運(yùn)動速度，控制鑄坯拉速；②控制鑄坯向前運(yùn)動過程中由垂直方向漸變?yōu)樗椒较?；③?shí)施輕壓下工藝。由于輕壓下工藝對壓下區(qū)間有固相率要求(如果壓下區(qū)間固相率超過臨界過相率，在裂紋敏感區(qū)實(shí)施輕壓下，鑄坯容易產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。)，根據(jù)不同鋼種，通?？蓛H對若干夾輥，例如，3-5對夾輥實(shí)施輕壓下作用，其它夾輥主要起拉矯作用。根據(jù)本發(fā)明的用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝參數(shù)包括壓下區(qū)間、壓下量及壓下率，所述壓下區(qū)間為連鑄坯固相率fs = 30-80% 的固液兩相區(qū)范圍，所述壓下量指垂直于連鑄坯的拉坯方向的夾輥的輥縫收縮量(mm)，所述壓下率指連鑄坯沿拉坯方向單位長度的壓下量(mm/m)，壓下率產(chǎn)生的應(yīng)變ε小于臨界應(yīng)變ε。，即ε < ε。.，壓下率產(chǎn)生的應(yīng)變ε由下式確定ff = ^p χ 100%式中Ah-—壓下量，mm;S-—坯殼厚度，mm;L-—輥距，mm，坯殼厚度是指連鑄坯由外向內(nèi)凝固時的凝固層厚度，具體的臨界應(yīng)變ε。為 5. 86% -10. 66%ο本發(fā)明中，輥距為1100mm。這些工藝參數(shù)的確定與鋼的固液兩相區(qū)的特性及高溫力學(xué)性能相關(guān)。見表3根據(jù)鋼在固液兩相區(qū)高溫力學(xué)性能特性，兩相區(qū)分為液相填充區(qū)和裂紋敏感區(qū)， 用臨界固相分?jǐn)?shù)fs。劃分。固相率fs < fsc區(qū)域?yàn)橐合嗵畛鋮^(qū)，在該區(qū)域裂紋會被滲入的液相填充而消失；固相率fs > fsc區(qū)域?yàn)榱鸭y敏感區(qū)，在該區(qū)域密集的樹枝晶阻礙了液相填充，使裂紋無法彌合而存留下來。若在裂紋敏感區(qū)實(shí)施輕壓下，由于鋼在兩相區(qū)的臨界強(qiáng)度很低，連鑄坯凝固前沿承受的拉應(yīng)變超過某一臨界值，或拉應(yīng)力超過鋼的凝固溫度附近的強(qiáng)度時，連鑄坯就可能在凝固前沿產(chǎn)生沿晶裂紋，并在凝固前沿?cái)U(kuò)展成中間裂紋。因此，連鑄輕壓下作用區(qū)域應(yīng)該避開裂紋敏感區(qū)間。由于不同鋼種的凝固區(qū)間結(jié)構(gòu)不同，高合金鋼合適的壓下區(qū)間為鑄坯固相率fs = 30-80%的固液兩相區(qū)范圍。根據(jù)連鑄坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模擬，連鑄坯澆注溫度、澆鑄速度和二次冷卻方式變化， 將會導(dǎo)致固液兩相區(qū)位置和兩相區(qū)區(qū)間范圍變化。因此，選擇合適的連鑄二次冷卻方式、控制鋼液澆注溫度和澆鑄速度，可獲得適當(dāng)?shù)倪B鑄坯凝固末端區(qū)間和固相率，從而得到合適的壓下區(qū)間。壓下量指輕壓下工藝中輥縫收縮總量，包括連鑄坯凝固收縮量和實(shí)際作用在連鑄坯上的壓下量。壓下量過小時，由于凝固收縮得不到充分補(bǔ)償，對于中心縮孔的改善并不明顯；壓下量過大時，連鑄坯承受擠壓過度，可能會引起尚未凝固且富集溶質(zhì)元素的鋼液流到相鄰的鼓肚區(qū)，出現(xiàn)白亮帶、負(fù)偏析，甚至導(dǎo)致連鑄坯內(nèi)裂，或引起對輕壓下區(qū)夾輥的損傷。 因此，壓下量的大小要能夠完全補(bǔ)償壓下區(qū)間內(nèi)的凝固收縮，同時避免連鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂，且壓下時產(chǎn)生的反作用力要在鑄機(jī)扇形段許可載荷范圍內(nèi)。另外，輕壓下裝置由若干個機(jī)架組成，每個機(jī)架有一對夾輥控制壓下量。壓下率公式主要用來校驗(yàn)每個機(jī)架壓下率是否超過最大壓下率，避免鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。坯殼厚度與壓下區(qū)間一樣取決于連鑄工藝，輥距則由連鑄機(jī)設(shè)備所決定。連鑄坯的壓下率不能太大，連鑄坯的應(yīng)力應(yīng)變需要保證在連鑄坯產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)變之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，控制連鑄輕壓下區(qū)域鑄坯固相率fs = 30-80%，輕壓下總壓下量8-12mm。根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝的單個機(jī)架最大壓下量< 3. 0mm，最大壓下率< 3. Omm/m。根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝采用九對夾輥，通過其中3-5對夾輥對連鑄坯施加微量的壓下位移。根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的連鑄工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝中，控制鋼水過熱度在20-35°C，連鑄坯拉速在0. 55-0. 65m/min ；根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的連鑄工藝，其特征在于，所述二次冷卻區(qū)域采用弱冷均勻分配冷卻水控制方式，所述輕壓下工藝中的連鑄比水量(每噸鋼用冷卻水量) 控制在 0. 19-0. 251/kg。由此，可獲得所需連鑄輕壓下區(qū)域鑄坯固相率，得到合適的輕壓下區(qū)間。根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，所述高鉻合金鋼為含鉻量為8-14%的高鉻合金鋼。根據(jù)本發(fā)明的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，利用弧形大方坯連鑄機(jī)經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)高鉻合金鋼，澆鑄的連鑄大方坯基本消除中心縮孔和裂紋。與模鑄鋼錠比較，軋制成圓坯的內(nèi)部質(zhì)量相當(dāng)，成材率提高約10%，可大幅度降低高鉻合金鋼制造成本。
具體實(shí)施例方式以下，用實(shí)施例具體說明本發(fā)明。實(shí)施例1-6 (A-F)采用九對夾輥，對其中2-6號夾輥在二次冷卻區(qū)噴水冷卻后的連鑄坯凝固過程中，實(shí)施含鉻量為8-14%的高鉻合金鋼的大方坯連鑄的輕壓下工藝。連鑄大方坯尺寸 320X425mmo二次冷卻區(qū)域采用弱冷均勻分配冷卻水控制方式。所述壓下區(qū)間為連鑄坯固相率fs = 30-80%的固液兩相區(qū)范圍。所述壓下量指垂直于連鑄坯的拉坯方向的夾輥的輥縫收縮量(mm)，所述壓下率指
5連鑄坯沿拉坯方向單位長度的壓下量(mm/m)，壓下率產(chǎn)生的應(yīng)變ε小于臨界應(yīng)變ε。。實(shí)施例1-6 (A-F)的輕壓下總壓下量分別為8，12，8，10，8，8mm，所述輕壓下工藝的單個機(jī)架最大壓下量< 3. 0mm，最大壓下率< 3. Omm/m。實(shí)施例1-6(A-F)的輕壓下工藝中，分別控制鋼水過熱度在22-35°C，所述連鑄坯拉速分別控制在0. 60-0. 65m/min。表1是實(shí)施例1-6 (A-F)的高鉻合金鋼的成分，表2是實(shí)施例1_6 (A-F)實(shí)施例 1-6 (A-F)工藝及效果。表3是臨界應(yīng)變ε c與鋼種成分和溫度關(guān)系表，通過實(shí)測獲得。表 1單位wt %
權(quán)利要求
1.一種用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝，用于在二次冷卻區(qū)噴水冷卻后的連鑄坯凝固過程中，其特征在于，在連鑄坯凝固末端的固液兩相區(qū)，通過夾輥對連鑄坯施加微量的壓下位移，以補(bǔ)償末端凝固收縮。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝參數(shù)包括壓下區(qū)間、壓下量及壓下率，所述壓下區(qū)間為連鑄坯固相率之= 30-80%的固液兩相區(qū)范圍，所述壓下量指垂直于連鑄坯的拉坯方向的夾輥的輥縫收縮量 (mm)，所述壓下率指連鑄坯沿拉坯方向單位長度的壓下量(mm/m)，壓下率產(chǎn)生的應(yīng)變ε小于臨界應(yīng)變ε。，即ε < ε。.，壓下率產(chǎn)生的應(yīng)變ε由下式確定L2式中Ah-—壓下量，mm ；S-—坯殼厚度，mm ；L-—輥距，1100mm，具體的臨界應(yīng)變ε。為5. 86%-10. 66%。
3.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，控制連鑄輕壓下區(qū)域鑄坯固相率fs = 30-80%，輕壓下總壓下量8-12mm。
4.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鋼大方坯的連鑄工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝的單個機(jī)架最大壓下量< 3. 0mm，最大壓下率< 3. Omm/m。
5.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝采用9對夾輥，通過其中3-5對夾輥對連鑄坯施加微量的壓下位移。
6.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，所述輕壓下工藝中，控制鋼水過熱度在20-35°C，連鑄坯拉速在0. 55-0. 65m/min。
7.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鋼大方坯的輕壓下工藝，其特征在于，所述二次冷卻區(qū)域采用弱冷均勻分配冷卻水控制方式，所述輕壓下工藝中的連鑄比水量，即每噸鋼用冷卻水量，控制在0. 19-0. 251/kg。
8.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鋼大方坯的連鑄工藝，其特征在于，所述高鉻合金鋼大方坯為含鉻量為8-14%的高鉻合金鋼大方坯。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于高鉻合金鋼大方坯連鑄的輕壓下工藝，用于在二次冷卻區(qū)噴水冷卻后的連鑄坯凝固過程中。其特征在于，在連鑄坯凝固末端的固液兩相區(qū)，實(shí)施連鑄輕壓下技術(shù)，所述連鑄輕壓下技術(shù)是通過若干對夾輥對連鑄坯施加微量的壓下位移，以補(bǔ)償末端凝固收縮。根據(jù)本發(fā)明，利用弧形連鑄機(jī)配置的輕壓下裝置，改善高鉻合金鋼連鑄大方坯內(nèi)部質(zhì)量，由此顯著減輕連鑄坯中心疏松和中心縮孔，防止芯部裂紋。
文檔編號B22D11/124GK102398007SQ201010282610
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者徐海澄 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司