CN102009145B

CN102009145B - 510l汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料

Info

Publication number: CN102009145B
Application number: CN201010247666A
Authority: CN
Inventors: 李书成; 李伟锋; 李春雨
Original assignee: HENAN XIBAO METALLURGY METERIALS GROUP CO Ltd
Current assignee: HENAN XIBAO METALLURGY METERIALS GROUP CO Ltd
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: CN102009145A

Abstract

本发明公开了一种510L汽车大梁钢专用结晶器功能保护材料，所述功能保护材料中Li₂O、MgO重量百分含量分别为2.0～3.5%、3.0～6.0%、二元碱度（CaO/SiO₂）为1.35～1.45，其余量为SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O、F^-和K₂O。其百分含量为SiO₂25.0～32.0%，CaO35.0～42.0%，Al₂O₃<5%、Na₂O6.0～9.0%、F^-8.0～10.0%、K₂O<1.5%。功能保护材料在结晶器内铺展性、保温性、熔化性能好，结晶器内四个面传热量稳定和均匀，液渣层厚度为8～12mm，渣条少，功能保护材料润滑性好，防止粘结性漏钢，铸坯表面无纵裂现象，铸坯表面质量好。

Description

510L汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料

技术领域

本发明属于冶金辅料技术领域，特别是一种510L汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料。

背景技术

热轧大梁钢主要应用于各类商用车领域，用于制造重卡、轻卡、皮卡等各种货车和客车的大梁，包括纵梁和横梁。目前所使用的大梁钢，主要是420L，510L和610L，低级别的大梁钢基本已经被淘汰，而屈服强度在700Mpa以上的高强钢，在大部分企业还处于实验阶段。与汽车行业的高速发展相对应，大梁钢的市场需求近几年也保持高速增长态势，其中2005年完成61万吨，2006年完成72万吨，2007年完成100万吨，2008年完成123万吨。但是在大梁钢采购中，510L和610L主要用于重卡汽车上，对于中卡和轻卡材质的选用则相对比较一般，材质主要以Q235、Q345B等为主，即使有420L和510L的使用，用量也相对较少，因此，重卡汽车行业的发展直接影响510L和610L在市场中的用量情况。

从2005年至2008年全国重卡汽车生产总量（含牵引车）分别为23万辆，31万辆，49万辆，54万辆，2009年重卡汽车生产总量预计全年同比增长5%~10%，即实现56~60万辆。每辆重卡汽车在生产车架中所使用大梁钢的量在0.8~1.2吨，即2009年重卡行业主机厂汽车大梁钢使用量在60万吨左右，但考虑到汽车改装企业（或专用车行业）在制作副梁过程中汽车大梁钢的用量，2009年汽车大梁钢用量在90万吨以上，随着汽车减重过程中以薄规格高强钢代替原先的Q235B和Q345B，高强和超高强汽车大梁钢用量会迅速增加。

随着汽车工业的发展，为提高汽车的承载能力，延长汽车使用寿命和节能、节材以及安全行驶等要求，用热轧低合金高强度和超高强度钢板生产汽车车架大梁，已成为发展趋势。目前使用超高强汽车大梁钢屈服强度在700MPa以上，主要用于汽车减重上，减重部位为重卡车架和车厢体上，减重重量在1吨以上。目前一些主机厂和专用车生产企业用量较大，未来超高强700MPa以上的市场用量将会逐步放大。

根据国家对环保节能汽车的大力支持，将来该类型的车系将得到越来越多的推广，因此目前各卡车生产厂商正着眼于卡车的减重，更高强度和更薄规格的汽车大梁钢材料将会在未来得到青睐。

510L广泛应用于载重汽车、轻卡、SUV等汽车的主梁、横梁、加强件等。一般厚度为3～14mm。510L为国标，其中数字510表示最低抗拉强度（N/mm2），L表示大梁钢中“梁”的首位拼音字母 “L”。

首钢京唐钢铁有限公司自2010年2月份开始生产510L汽车大梁钢，断面为230×（1100-2150）拉速为：0.8-1.3米/min，钢水成分如上表。

510L钢种的特殊性，就是此钢种极易造成板坯纵向裂纹。为了获得满意的产品质量。因此对功能保护材料性能的要求也非常的严格，功能保护材料在确保润滑，改善减缓传热，吸附钢水中的夹杂物。还必须保证做到以下几点：

1)稳定的液渣层厚度，液渣层厚度的大小，会影响铸坯表面产生裂纹等缺陷。 2)避免渣圈生成，渣圈多了影响渣膜导入的均匀性，还会把液渣向下流动的通道堵死，影响坯子均匀散热，表面容易出现纵裂；3)良好的铺展性和透气性，使渣子在结晶器内能够很快的形成三层结构，来保证渣膜的流入的均匀性。4)合适的渣耗量，充分填充坯子与结晶器之间的缝隙，并达到理想的渣膜厚度，来缓慢坯子与结晶器之间的对流传热；5)较低的熔渣粘度，由于510L钢种的收缩特性，导致坯子在凝固收缩的过程中，与结晶器之间形成的气隙，比一般的包晶钢形成的气隙要大。相应热传递也就快，这样必须通过液渣膜均匀而过多的流入缝隙之间，形成足够厚的隔热带，来影响坯子缓慢传热，避免过快导热，出现纵裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种为新型510L包晶合金钢解决铸坯坯表面纵裂现象，而特意研制的一种510L汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料。

为实现本发明的目的，所述的510L汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料包括熔化料、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、冰晶石、碳酸锂、碳黑。其重量百分含量分别为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组成为：SiO₂42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe₂O₃不大于1%、Al₂O₃4～6%、Na₂O 5～7%、F^-2～4%。

所述功能保护材料中，Li₂O重量百分含量为2.0～3%，MgO重量百分含量为3.0～6.0%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.35～1.45，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O、F^-、K₂O，其重量百分含量为SiO₂25.0～32.0%，CaO 35.0～42.0%，Al₂O₃<5%、Na₂O 6.0～9.0%、F^-8.0～10.0%、K₂O <1.5%。

下面通过实施例，对本发明作进一步详述：

510L是明显的亚包晶合金钢。此类钢种的特点是碳含量0.10%，处在亚包晶区，发生包晶发应。反应过程中伴随着较大的线收缩和S元素的偏析，体积收缩后结晶器与坯壳间的间隙大，使得在结晶器内形成的初始坯壳厚度不均匀, 热应力使得坯壳的薄弱处产生裂纹, 铸坯出结晶器后受二冷喷水的急冷, 并在二冷区继续不断扩展。S元素偏析后造成钢种的热脆性加剧裂纹的生成。

Mn含量1.4%，Mn元素具有典型的快速传热的特点，因此此钢种极易因Mn含量高传热快造成铸坯裂纹。Nb含量主要用于钢种微合金化，提高钢种的强度。但Nb元素与钢水中的N(C)元素发应生成NbNC，在铸坯凝固过程中析出。析出的NbNC增加钢种的脆性，是造成板坯裂纹的另一重要原因。

功能保护材料化学成分设计。首先要求功能保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）必须达到 1.3以上，以保证结晶器内渣膜形成厚的结晶象，改善坯壳与结晶器之间的传热，为了控制结晶器内传热，包晶钢功能保护材料应选择碱度高、结晶温度高和结晶比大的功能保护材料，同时在不影响结晶温度和结晶比的条件下，最大限度降低凝固温度，以改善渣膜的润滑效果。

结晶温度对功能保护材料在结晶器内润滑和传热都有较大的影响。这是因为功能保护材料熔化的液渣流入结晶器和坯壳之间形成固态渣膜和液态渣层，当结晶温度高时液渣中就容易析出硅灰石、钠、钙黄长石和枪晶石等高熔点晶体，从而影响功能保护材料的润滑性能；同时，在固态渣膜中析出大量晶体质增加了渣膜热量传递的热阻。在浇注包晶钢等裂纹敏感性钢时，为了达到减少结晶器传热的目的可以适当提高功能保护材料的结晶温度，但由于渣膜润滑性能变差，粘结几率增大，因此，包晶钢功能保护材料粘度较其它渣小。

结晶比就是指固态渣膜中析出晶体的百分比，可以用来描述功能保护材料的润滑性能和传热能力。这是因为在固态渣膜的形成过程中不断有晶体析出，由于体积收缩使得形成的固态渣膜中有许多空隙，从而增加了功能保护材料的传热热阻达到了控制传热的效果；同时由于晶体质膜的润滑能力不如玻璃质膜，当晶体质膜较厚时将影响功能保护材料的润滑性能，以达到控制润滑的效果。碱度对功能保护材料结晶比有明显的影响，随着碱度的升高，功能保护材料的结晶率也有明显的提高。对于浇注包晶钢等裂纹敏感性钢就需要适当的增加功能保护材料的结晶率来控制功能保护材料的传热效果，降低发生纵裂的可能性。

本发明控制功能保护材料的二元碱度在1.35～1.45范围内。其次，采用多种熔剂的方法调节功能保护材料熔点和粘度，其中Li₂O是一个重要熔剂，对降低功能保护材料粘度和熔点显著，同时Li₂O还能提高功能保护材料的热稳定性。本发明功能保护材料中Li₂O含量控制范围为2.0～3.0%；；作为常规功能保护材料熔剂重要成分的Na₂O在本发明功能保护材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破坏渣膜的玻璃性能，减少功能保护材料中的Na₂O含量同时还可提高功能保护材料的表面张力，有利于渣－金分离，减少铸坯表面夹渣和粘渣，本发明功能保护材料中Na₂O含量控制范围为6.0～7.0%，Na₂O在功能保护材料的作用仍然是降低熔点和粘度；功能保护材料中的F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，但在本发明中要特别注意控制功能保护材料中的F-含量，若渣中CaF₂含量过高会引起枪晶石（3CaO.2SiO₂.CaF₂）等高熔点物的析出，破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化，另外F^-离子含量过高还会对伸入式水口造成严重侵蚀，减少水口使用寿命，为此，本发明功能保护材料中F-含量控制范围为7.0～8.5%。最后，就是要求功能保护材料快速熔化，形成足够的液渣层和保证一定的渣消耗量。要求配碳量不能太高，但也不能过低，否则形成的液渣层和烧结层太厚，使得结渣条严重，阻碍功能保护材料的均匀流入。因此，配碳种类选用比表面积大和燃烧速度快的炭黑，本发明功能保护材料中C含量控制范围为12.0～15.0%。

功能保护材料物理性能确定。本发明要求功能保护材料具有较低的熔点、粘度、凝固温度和较快的熔化速度。具体设置要求为：熔点（半球点温度）为1120～1170 ℃；1300℃的粘度为0.05～0.06Pa·S；凝固温度为1120～1190℃（粘度-温度曲线判定）；熔化速度为35～45秒（渣柱法测试）。

配渣基料的选用和特点。功能保护材料的性能取决于制渣基料的选择，常规的机混渣主要采用多种生料混合而成，由于受热后产生分解化合物而影响到性能变化，影响了熔渣的稳定性。本研究选择用熔化料作为功能保护材料配渣基料，该特制的预熔型渣除了含有常规的预熔型渣基本成分外，如SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O、F^-，还含有本发明功能保护材料需要的MgO成分。由于减少了生料的配入比例，熔渣性能的稳定性得到了提高。特别是预熔型连铸渣基料比例达到了60～70%，减少了在结晶器内的分解化合反应过程，明显增加了使用效果的稳定性。

生产工艺和质量控制标准。功能保护材料成品的理化性能稳定性与所使用生产工艺和控制标准是直接相关的。为了适应510L专用功能保护材料的高质量需求，本发明功能保护材料采用了如下质量控制标准：1）每种原料粒度要求通过250目；2）混匀搅拌和水磨成浆时间各1小时。

采用上述研究结果生产的该功能保护材料, 在首钢京唐钢铁有限公司1号。2号达涅利板坯连铸机上浇注:断面为230mm×（1100-2150）mm，510L汽车大梁钢, 拉速在0.8-1.3 m/min.渣耗量为0.55 kg/T钢、钢水表面液渣层厚度10-12mm。经现场试验结果表明，该功能保护材料使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内传热量稳定和均匀，满足波动范围内的拉速要求；热相图稳定。试验渣渣条小、改善了流入不均现象，功能保护材料润滑性好，防止了粘结性漏钢。铸坯表面没有裂纹.夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。

具体实施方式

实施例一：

一种510L汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料包括熔化料、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、冰晶石、碳酸锂、碳黑。其重量百分含量分别为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组成为：SiO₂42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe₂O₃不大于1%、Al₂O₃4～6%、Na₂O 5～7%、F^-2～4%。

所述功能保护材料中，Li₂O重量百分含量为2.2%，MgO重量百分含量为5.0%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.43，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O、F^-、K₂O，其重量百分含量为SiO₂25.8%，CaO 37%，Al₂O₃4.5%、Na₂O 8.4%、F^-8.2%、K₂O 1.3%。

实施例二：

所述功能保护材料中，Li₂O重量百分含量为2.9%，MgO重量百分含量为3.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.23，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O、F^-、K₂O，其重量百分含量为SiO₂31.0%，CaO 38.0%，Al₂O₃ 1.5%、Na₂O 6.5%、F^-9.6%、K₂O 0.5%。

实施例三：

所述功能保护材料中，Li₂O重量百分含量为2.5%，MgO重量百分含量为4.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.33，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O、F^-、K₂O，其重量百分含量为SiO₂28.5%，CaO 38.0%，Al₂O₃2.5%、Na₂O 7.5%、F^-9.0%、K₂O 0.75%。

Claims

1.一种510L汽车大梁钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于：其原料包括熔化料、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、冰晶石、碳酸锂、碳黑,其重量百分含量分别为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组成为：SiO₂42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe₂O₃不大于1%、Al₂O₃4～6%、Na₂O 5～7%、F^-2～4%。