CN102764870A - 一种低合金钢连铸坯的质量改进方法 - Google Patents

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张润平
朱印龄
李道明
许改斌
师国平
张彬
王志军
孙猛林
杨瑞军
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本发明涉及一种低合金钢连铸坯的质量改进方法，它包括下述依次的步骤：Ⅰ 优化成分：低合金钢（Q345R、Q345A、Q345B与Q345C）钢水中的Ti、Al、N与S的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：Ti：0.02～0.04%,Al：0.020～0.030%,N≤75ppm,S≤0.010%：Ⅱ 连铸：将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，结晶器四侧热流密度1±0.1mw/m2，确保结晶器冷却均匀，减少包晶钢结晶器内应力。低合金钢连铸坯的质量改进方法克服了不适用于使用改变钢成分使避开包晶区，降低二冷水配比等措施，确保角裂的有效减少，使连铸坯热轧加工的钢板角裂缺陷判废比率降至0.05%～0.5%。

Description

一种低合金钢连铸坯的质量改进方法
技术领域
本发明涉及一种低合金钢连铸坯的质量改进方法，具体讲主要是Q345R、Q345A、Q345B、Q345C低合金钢连铸坯的质量改进方法。
背景技术
Q345R、Q345A、Q345B、Q345C、系钢是典型的低合金钢，为目前中国用途最广、用量最大的压力容器或结构钢，需保证较高抗拉强度、伸长率以及冲击韧性。根据GB713及GB/T1591-2008成分要求，Q345系低合金钢由于C含量在0.10%-0.20%之间，Mn含量一般在1.00%-1.60%之间，属包晶范围，极易产生铸坯角部裂纹。轧制成厚度10mm以上中板后裂纹扩大，通常无法通过修磨等方式消除，不得不采取扩大切边量减少成材率的方式。目前在国际上，因包晶钢连铸坯角裂造成热轧中板边部裂纹缺陷仍是一大难题。
现有低合金钢连铸坯的质量改进方法一般采用了将碳含量控制在0.08%以下避开包晶区，优化连铸二冷水曲线确保矫直区温度避开“第三脆性区”等方式以减少角裂发生。但是申请人通过以上方法，在连铸机装备水平下，角裂比率100%，距铸坯边部0-50mm存在横向裂纹，角部成材率损失大于5%。使用2006年引入的另一台最先进的奥钢联装备，针对Q345系产品使用优化二冷配水等防止角裂技术后，低合金钢的角裂比率约占全年产量的20%,成材率损失约1.5%；轧成热轧卷板后进行开平，因铸坯角裂造成开平板边部裂纹降判比率达8%以上。
发明内容
为了克服现有低合金钢连铸坯的质量改进方法的上述不足，本发明提供一种低合金钢连铸坯的质量改进方法，该方法使连铸坯热轧加工的钢板角裂缺陷判废比率降至0.05%～0.5%。
在生产中，由于连浇炉数不同及前后工序控制波动，时常造成包晶钢的铸坯表面质量波动导致热轧卷板、热轧中板质量波动，而Q345系中等强度低合金钢无法通过调整碳含量以躲开包晶区间，在此情况下需要全线优化炼钢及铸造工艺，确定一种可稳定改善Q345系角部裂纹的工艺以减少损失。申请人针对Q345系中等强度低合金钢，在单纯采用降低二冷水强度、改善连铸保护渣性能等措施，不能有效解决二钢南区包晶钢铸坯角裂的问题的前提下，重新设计钢种成分，优化连铸工艺参数以减少低合金钢角部裂纹。
为了达到减少和消除Q345系连铸坯角裂，本方法采用了以下技术方案：
1、优化成分，确保铸坯足够的强韧性，减少因铸机变形等原因造成的精度不够产生裂纹。
a  Ti：0.02～0.04%，相关资料表明，适量的Ti加入后可有效提高钢铸坯的强度，抵制二冷区应力裂纹。
b  Al≤0.030%。由于钢种标准中对Al含量的下限有要求，但无上限限要求，但根据相关论文结论，Al含量高后易在钢中产生AlN等夹杂吸附在钢晶界，破坏晶界连接，降低晶界强度，增加钢坯裂纹发生可能性。
c   [N]≤75ppm;减少钢中TiN、AlN夹杂的产生。
d  S≤0.010%;确保铸晶粒细化使铸坯强度、韧性提高，减少MnS、TiN夹杂产生机率。
2、 控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，结晶器四侧热流密度1±0.1 mW/m2，确保结晶器冷却均匀，减少包晶钢结晶器内应力。热流比计算公式：H=Cm△T=CP△TQ
H为每分钟结晶器内水的热量，单位J，
C为水的比热容，单位J/(kg·℃)
△T为温差，单位℃
Q为每分钟的水流量，单位m3/min
热流量的单位为W，即J/S
热流密度，单位mW/m2
常用断面220╳1260 mm2，结晶器高度为900mm。
3、采用同中包连浇5炉原成分的连铸坯和最少3炉优化成分的连铸坯，过程工艺参数设定相同相同并且稳定。
本低合金钢连铸坯的质量改进方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ  优化成分
  低合金钢（Q345R、Q345A、Q345B与Q345C）钢水中的 Ti、Al、N与 S的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：
Ti：0.02～0.04%,    Al：0.020～0.030%,     N≤75ppm,
 S≤0.010%：
Ⅱ  连铸
将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，结晶器四侧热流密度1±0.1mw/m2 ，确保结晶器冷却均匀，减少包晶钢结晶器内应力。
本发明的优点：
1、克服了不适用于使用改变钢成分使避开包晶区，降低二冷水配比措施，确保角裂的有效减少。
2、实现质量稳定受控:克服大生产操作微小波动，实现在生产过程有微小波动下的质量稳定。
3、经济效益计算：
使因角裂质量问题使钢板的现场判废率降低4.6%以上。
本发明主要的核心是，首先通过控制结晶器进出水温度差，确保热量传递均匀，并计算热流比和调整热流比，使结晶器冷却均匀，减少铸坯内应力，避免和减少结晶器内坯壳出现微裂；在此基础上通过精确制定同时控制Al、Ti、N、S工艺要求并严格执行，有效提高了铸坯在二冷区的强塑性，实现了铸坯上角裂的有效控制。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
     下面三个实施例都属于Q345钢。
      实施例一
Ⅰ  Q345R优化成分
  低合金钢的成分的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：
C：0.16%,    Si：0.38%，   Mn：1.48%，   P：0.008%      S：0.006%, 
Cr：0.04%，  Ni：0.02%,    Al：0.030%,     Cu：0.01%，     Ti：0.035%，
N：0.0062%,   其余为Fe与不可避免的杂质。
Ⅱ、 连铸
将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，见表1：
表1
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例一 220mm 1260mm 5.1℃ 5.8℃ 5.9℃ 5.8℃
结晶器四侧热流密度见表2：单位 mw/m2：
表2
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例一 220mm 1260mm 0.99 0.99 1.00 1.10
实施例二
Ⅰ  Q345A优化成分
  低合金钢的成分的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：
C：0.18%,    Si：0.35%，   Mn：1.03%，   P：0.012%      S：0.007%, 
Cr：0.04%，  Ni：0.01%,    Al：0.021%,     Cu：0.01%，     Ti：0.024%，
N：0.0065%,   其余为Fe与不可避免的杂质。
Ⅱ、 连铸
将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，见表3：
表3
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例二 220mm 1260mm 5.2℃ 5.9℃ 5.6℃ 5.6℃
结晶器四侧热流密度见表4：单位 mw/m2：
表4
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例二 220mm 1260mm 1.01 1.00 0.95 1.09
实施例三
Ⅰ  Q345B优化成分
  低合金钢的成分的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：
C：0.16%,    Si：0.15%，   Mn：1.0%，   P：0.017%      S：0.010%, 
Cr：0.05%，  Ni：0.02%,    Al：0.028%,     Cu：0.01，     Ti：0.028，
N：0.0069%,   其余为Fe与不可避免的杂质。
Ⅱ、 连铸
将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，见表5：
表5
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例三 220mm 1260mm 5℃ 5.8℃ 5.5℃ 5.6℃
结晶器四侧热流密度见表6：单位 mw/m2：
表6
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例三 220mm 1260mm 0.97 0.99 0.93 1.09
实施例四
Ⅰ  Q345C优化成分
  低合金钢的成分的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：
C：0.17%,    Si：0.10%，   Mn：1.44%，   P：0.011%      S：0.009%, 
Cr：0.05%，  Ni：0.02%,    Al：0.028%,     Cu：0.01，     Ti：0.028，
N：0.0074%,   其余为Fe与不可避免的杂质。
Ⅱ、 连铸
将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，见表7：
表7
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例四 220mm 1320mm 5.1℃ 5.5℃ 5.7℃ 5.4℃
结晶器四侧热流密度见表8：单位 mw/m2：
表8
项目 铸坯厚度 铸坯宽度 固定侧 右侧 左侧 活动侧
实施例四 220mm 1320mm 0.97 0.98 0.95 1.07
以上四个案实例中，全部使用本专利提出的成分控制要求和连铸水控制要求，主要优点还表现在：
1、使连铸结晶器钢水冷却更加均匀，使连铸坯振痕相对更均匀有序。
2、提高了连铸坯的高温强、塑性，连铸坯表面裂纹明显少，上述四个实施例的连铸坯酸抽检全部合格，铸坯轧后表面缺陷判废比率分别为角裂缺陷判废比率分别为0.087%、0.026%、0.061%与0.056%。
3、对Q345A、Q345B钢可适当采用低Mn设计，综合减少合金成本。

Claims (2)

1. 一种低合金钢连铸坯的质量改进方法，它包括下述依次的步骤：
Ⅰ  优化成分  
  低合金钢的钢水中的 Ti、Al、N与 S的重量百分比达下述要求出钢，将钢水浇入中包：
Ti：0.02～0.04%,    Al：0.020～0.030%,     N≤75ppm,
 S≤0.010%：
Ⅱ  连铸
将中包的钢水浇入结晶器，控制结晶器四侧进出水温度差5～6℃，结晶器四侧热流密度1±0.1mw/m2 ，确保结晶器冷却均匀。
2.根据权利要求1所述的低合金钢连铸坯的质量改进方法，其特征是：所述的中包是连浇最少三炉优化成分的连铸坯。
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