CN101412082A - 防止中碳高锰钢裂纹的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种防止中碳高锰钢裂纹的生产方法。本发明所解决的技术问题为防止连铸工艺生产的中碳高锰钢方坯产生裂纹的技术问题。中碳高锰钢方坯的制备方法包括如下流程：转炉冶炼―LF+RH精炼―方坯连铸，其特征在于：在连铸时，控制连铸拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度为0.37～0.53L/kg。同时在RH精炼工位控制钢中Al含量为0.010％～0.050％后，加入钛铁合金控制钢中Ti含量0.015％～0.045％。通过上述改进，可消除裂纹敏感性强的中碳高锰钢大方坯的裂纹。

Description

防止中碳高锰钢裂纹的生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种防止中碳高锰钢裂纹的生产方法，尤其适用于裂纹敏感性强的中碳高锰钢大方坯裂纹的控制。

背景技术

中碳高锰钢导热性差，裂纹敏感性强，尤其是钢中的铝含量增加会降低钢的热塑性，特别是低于850℃时的热塑性。这是由于其中的AlN沿奥氏体晶界析出，在应力的作用下析出物附近形成裂纹，将导致晶界脆化，同时，细小的AlN颗粒阻碍了晶界迁移，使得通过晶界的滑移更容易形成微孔洞，进一步增加了连铸过程产生裂纹的敏感性，连铸坯断面尺寸越大越易产生中间裂纹等裂纹缺陷。

因未能解决中碳高锰钢大方坯连铸时裂纹控制的技术难题，长期以来我国高压气瓶用钢37Mn、油井管用钢37Mn5、35Mn2等中碳高锰钢一直采用模铸工艺、小方坯或圆坯工艺。如《首钢科技》1997年2月(第1期第33～37页，37Mn2A高压气瓶钢的研制，李燕俊著)报道了首钢采用模铸—4.1吨钢锭—均热—850mm初轧机—200mm×200mm方坯—缓冷坑缓冷工艺生产37Mn2A高压气瓶用钢坯。《包钢科技》2003年8月(第29卷第4期第62～65页，转91页，37Mn高压气瓶用坯试制，程德富，刘振成，曹晖，郝熙敏，梁峰岭著)报道了包钢采用转炉冶炼—LF+VD精炼—模铸—初轧开坯300mm×354mm(缓冷)—轨梁轧成品坯200mm×200mm的工艺生产37Mn高压气瓶用坯。《太钢科技》(2001年第3期第31～33页，37Mn钢的性能及应用，王文厚，康喜堂，原凌云)报道了太钢采用转炉冶炼—RH真空处理—模铸—φ1000mm初轧机轧制成200mm×200mm生产工艺无缝气瓶用钢37Mn。《天津冶金》2004年6月(第3期总第121期第5～7页，转炉冶炼石油套管钢34Mn5、37Mn5的生产实践，王文辉，李树庆著)报道了天钢采用复吹转炉—LF精炼、喂丝—φ200mm圆坯连铸工艺生产34Mn5、37Mn5石油套管钢，铸坯内部裂纹0.5～1.5级。《湖南冶金》1999年1月(第1期第1～5页，转9页，37Mn5油井管钢的生产试验研究，徐景峰著)报道了衡阳钢管公司采用电弧炉初炼—LF精炼、喂丝—φ120mm水平连铸工艺生产37Mn5油井管用钢，部分管坯表面存在小纵裂纹，纵裂深度一般较浅.多数在1～2mm，需经修磨消除。

在上述研究中首钢、包钢、太钢均采用模铸工艺生产37Mn2A、37Mn等高压气瓶用钢坯，但因连铸工艺较模铸工艺生产的气瓶钢用坯具有高金属收得率、高表面质量、高成分均匀性及性能稳定性等显著优点，采用连铸工艺生产高压气瓶用钢势在必行。天钢、衡阳钢管公司虽采用连铸工艺生产37Mn5、34Mn5等油井管用钢坯，但连铸圆坯断面尺寸较小，分别为φ200mm和φ120mm，难以满足大规格管径用钢需求，且其连铸坯存在内部裂纹或表面裂纹缺陷，还需修磨处理。

现有中碳高锰钢方坯的制备方法包括如下流程：转炉冶炼—LF+RH精炼—方坯连铸。其中，连铸时连铸拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度在0.6～0.7L/kg左右。发明人应用该方法制备而得的大方坯为大断面连铸坯，其横断面尺寸为360mm×450mm，随着铸坯断面增大，铸坯内外温差增大，产生的热应力亦增大，铸坯产生内裂的倾向性更强，且攀钢用360mm×450mm大方坯轧成φ350mm圆管坯，由于连铸坯轧制圆管坯的压缩小，仅有1.68，铸坯中任何细小的缺陷均难以在轧制过程中焊合，连铸坯质量控制的难度相当大，并且发明人使用场地中无铸坯堆垛缓冷场地，只能通过辊道运输至轨梁厂热装加热或堆垛，存在中间裂纹或皮下裂纹的高温连铸坯因在辊道运输过程中铸坯冷却速率快，热装不及时或堆垛不及时，使内部裂纹扩展至铸坯表面形成表面纵裂缺陷或在轧成的φ350mm圆管坯上产生表面纵裂缺陷，严重时高达44％。制成的方坯或由方坯轧成的φ350mm圆管坯上产生表面纵裂缺陷，严重时高达44％。因此，对于尺寸规格较大且导热性较差的中碳高锰钢大方坯，使用现有的成分设计方法和连铸工艺，连铸坯及由连铸坯轧成的圆钢表面缺陷较严重。

本领域急需开发能克服大方坯，尤其是连铸方法生产的中碳高锰钢大方坯存在的裂纹缺陷的技术难题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是防止连铸工艺生产的中碳高锰钢方坯产生裂纹的技术问题。

解决本发明技术问题是通过以下技术方案实现的：中碳高锰钢方坯的制备方法包括如下流程：转炉冶炼—LF+RH精炼—方坯连铸，与现有制备方法的区别在于：在连铸时，控制连铸拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度为0.37～0.53L/kg。通过对连铸拉速和冷却强度的控制，使得铸坯纵裂缺陷率约为0.56％～3.24％。

通过控制连铸拉速和冷却速率，使二冷区拉矫机出口位置铸坯表面温度为850～900℃，铸坯表面最大回热速率控制在30℃/m以内，最大温降速率控制在20℃/m以内，AlN有充分的时间在TiN上析出，可避免在连铸过程中析出弥散细小的AlN粒子，改善钢的高温延塑性能，增强抵抗连铸过程因铸坯回热或冷却不均匀产生的热应力以及因铸机扇形段对中对弧精度不足产生的附加机械应力和应变的能力，进而可消除37Mn、37Mn5等中碳高锰钢连铸大方坯中间裂纹、表面裂纹以及因连铸大方坯原始裂纹缺陷造成的成品钢表面裂纹缺陷。

为了进一步减少铸坯纵裂缺陷率，对上述技术方案做了进一步改进，即在RH精炼工位控制钢中酸溶铝含量为0.010％～0.050％后，还要加入钛铁合金控制钢中[Ti]含量0.015％～0.045％；其中酸溶铝是指能溶于酸的金属铝和氮化铝，通常表示钢液的脱氧程度用酸溶铝来表示；[Ti]表示钢液中的金属钛含量，或简称钢中钛含量。为了使得钛铁合金在钢中分布均匀，加入钛铁合金后RH继续循环处理时间不小于6min。

在调整钢中酸溶铝含量后再加入钛铁合金进行微钛合金化处理，有利于降低钢液氧化性和钢渣氧化性，提高和稳定钛的收得率，收得率达到50％～70％。由于Ti容易与N形成TiN，TiN的形成温度比较高，在结晶器区域即可形成；又由于TiN的高温溶解度低，不易粗化，因而在铸态组织内可细化晶粒，提高强度；另由于Ti夺取了形成AlN所需的N，可抑制细小的AlN粒子在连铸二冷区析出，提高钢的高温延塑性能。而这一改进同样可以应用到模铸工艺中用以改进钢的高温力学性能。

通过对比，若不调整连铸拉速和冷却强度，仅采用微钛合金化处理，铸坯纵裂缺陷率为7.28％～13.12％，；若同时对连铸拉速、冷却强度及在RH精炼工位对[Ti]含量的控制，制备而得的铸坯几乎无纵裂缺陷。应用该方法制备而得的中碳高锰钢中[C]含量0.25％～0.50％，[Mn]含量1.20％～1.75％。制成方坯尺寸可高达360mm×450mm，将上述方坯轨梁轧制成φ350mm圆坯时均没有裂纹产生。通过上述改进，使得中碳高锰钢生产工艺由模铸工艺向连铸工艺转变成为可能，连铸工艺可得到更广泛的推广。

具体实施方式

以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。

发明人以往应用的中碳高锰钢方坯的制备方法包括如下流程：转炉冶炼—LF+RH精炼—方坯连铸。其中，没有进行微钛合金化处理，且原有的连铸工艺中，连铸拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度在0.6～0.7L/kg左右。制成的方坯或由方坯轧成的φ350mm圆管坯上产生表面纵裂缺陷，严重时高达44％。若冷却强度为0.6～0.7L/kg时，使二冷区拉矫机出口位置铸坯表面温度为750～800℃，铸坯表面最大回热速率控制在120℃/m以内，最大温降速率控制在87℃/m以内，因铸坯表面回热速率和降温速率较大，这对产品质量有不利影响，其理由是：铸坯表面回温将引起坯壳膨胀，导致凝固前沿产生张应力，当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间易产生中间裂纹，通常要求铸坯表面温度的回升速率应不超过100℃/m；同样铸坯冷却太快，将促使已形成的裂纹扩展，或使铸坯表面温度处于低延性区，在外力作用下产生新的裂纹，因此通常要求铸坯表面的冷却速率应不超过200℃/m。

发明人通过对现有工艺的改进，首先在RH精炼工位控制钢中酸溶铝含量为0.010％～0.050％后，加入钛铁合金控制钢中[Ti]含量0.015％～0.045％；然后在连铸时，控制连铸拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度为0.37～0.53L/kg。

前期试验结果表明，若仅控制连铸参数，铸坯纵裂缺陷率波动范围为0.56％～3.24％，平均为1.9％；若仅采用微钛合金化处理技术，铸坯纵裂缺陷率波动范围为7.28％～13.12％，平均为10.2％。合用上述改进制备而得的铸坯无表面纵裂纹缺陷。

以下通过考察微钛合金化处理对37Mn气瓶钢对高温延塑性能的影响，对连铸钢水进行微钛合金化处理：采用转炉冶炼—LF+RH精炼—大方坯连铸流程，在RH精炼工位控制钢中酸溶铝含量为0.010％～0.050％后按吨钢加入0.6～1.0kg钛铁合金进行微钛合金化处理，控制钢中[Ti]含量0.015％～0.045％，再按常规工艺连铸所得气瓶钢铸坯的高温延塑性能测试结果见表1。

表1 微钛合金化处理前后在不同温度下气瓶钢延塑性能的对比

从表1可见，微钛合金处理后能显著改善600～925℃范围内钢的延塑性能，增强钢抵抗变形的能力，尤其是防止在拉矫过程产生裂纹或原有裂纹的扩展。通过微钛合金化处理提高钢的高温力学性能是改善钢的物理属性，与其后的浇铸工艺无关，并且从实验室检测结果看，无论是连铸工艺还是模铸工艺生产的钢坯，只要其成分相同，钢的高温力学性能基本相同

实施例1  制备37Mn高压气瓶钢

工艺路线：铁水预处理—转炉冶炼—LF+RH真空处理—360mm×450mm大方坯连铸—轨梁轧制成φ350mm圆坯。

在LF和RH精炼工位准确调整成分，其中，在RH工位将钢中酸溶铝含量调整为0.020％～0.050％时，按每吨钢加入0.8～1.0kg钛铁合金(合金中Ti含量约占40％)，使钢中[Ti]含量控制为0.025％～0.045％，连铸生产时铸机拉速为0.3～0.6m/min，冷却强度0.37～0.53L/kg，连铸二冷区拉矫机出口位置铸坯表面温度850～890℃，铸坯表面最大回热速率30℃/m，最大温降速率20℃/m。浇铸完毕后，对生产的铸坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明铸坯振痕深度≤0.6mm，铸坯表面无纵裂纹、内部无中间裂纹和中心裂纹缺陷，铸坯无清理率达100％，并且由连铸坯轧成的φ350mm大规格圆钢无表面纵裂纹缺陷。

表2  37Mn气瓶钢化学组分

实施例2  制备37Mn5油井管用钢

工艺路线：铁水预处理—转炉冶炼—LF+RH真空处理—360mm×450mm大方坯连铸—轨梁轧制成φ350mm圆坯。

在LF和RH精炼工位准确调整成分，其中，在RH工位将钢中酸溶铝含量调整为0.015％～0.045％时，按每吨钢加入0.7～0.9kg钛铁合金(合金中Ti含量约占40％)，使钢中[Ti]含量控制为0.020％～0.040％，连铸生产时铸机拉速为0.3～0.6m/min，冷却强度0.37～0.53L/kg，连铸二冷区拉矫机出口位置铸坯表面温度850～890℃，铸坯表面最大回热速率30℃/m，最大温降速率20℃/m。浇铸完毕后，对生产的铸坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明铸坯振痕深度≤0.6mm，铸坯表面无纵裂纹、内部无中间裂纹和中心裂纹缺陷，铸坯无清理率达100％，并且由连铸坯轧成的φ350mm大规格圆管坯无表面纵裂纹缺陷。

表3 37Mn5管坯钢化学组分

实施例3  制备27Mn油井管用钢

工艺路线：铁水预处理—转炉冶炼—LF+RH真空处理—360mm×450mm大方坯连铸—轨梁轧制成φ350mm圆坯。

在LF和RH精炼工位准确调整成分，其中，在RH工位将钢中酸溶铝含量调整为0.010％～0.040％时，按每吨钢加入0.6～0.8kg钛铁合金(合金中Ti含量约占40％)，使钢中[Ti]含量控制为0.015％～0.035％，连铸生产时铸机拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度0.37～0.53L/kg，连铸二冷区拉矫机出口位置铸坯表面温度850～900℃，铸坯表面最大回热速率30℃/m，最大温降速率20℃/m。浇铸完毕后，对生产的铸坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明铸坯振痕深度≤0.6mm，铸坯表面无纵裂纹、内部无中间裂纹和中心裂纹缺陷，铸坯无清理率达100％，并且由连铸坯轧成的φ350mm大规格圆管坯无表面纵裂纹缺陷。

表4 27Mn管坯钢化学组分

本发明防止裂纹产生的方法简单易行，现场工艺流程改造方便，可行性强，应用前景广。

Claims (3)

1. 【权利要求1】防止中碳高锰钢裂纹的生产方法，包括如下流程：转炉冶炼—LF+RH精炼—方坯连铸，其特征在于：在连铸时，控制连铸拉速为0.3～0.7m/min，冷却强度为0.37～0.53L/kg。
2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的防止中碳高锰钢裂纹的生产方法，其特征在于：在RH精炼工位控制钢中酸溶铝含量为0.010％～0.050％后，加入钛铁合金控制钢中Ti含量0.015％～0.045％。
3. 【权利要求3】根据权利要求2所述的防止中碳高锰钢裂纹的生产方法，其特征在于：加入钛铁合金后RH继续循环处理时间不小于6min。