CN103894572B - 一种连铸坯预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连铸坯预处理方法，属于金属材料制备领域。本发明所采用的处理方法为，连铸坯完全凝固后；经冷却处理，在连铸坯表面与内部形成温度梯度后；进行压缩变形，得到高致密度的连铸坯料。本发明是一种创新型连铸坯凝固后利用或制造连铸坯的内外温度梯度，采用小压下对连铸坯进行预处理的工艺。采用该工艺方法处理后，连铸坯中心疏松等缺陷被明显消除，从而能够满足后续加工和成品对于连铸坯越来越高的质量要求。

Description

一种连铸坯预处理方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，是一种连铸坯预压下处理方法，具体涉及连铸板坯在二次冷却后的铸坯中心压下致密化处理方法。
背景技术
随着世界各国工业的发展和科技的进步，桥梁船舶、工程机械和结构的设计日益向着轻量化、大型化、高参数的方向发展，这就要求工业用钢材具有越来越高的质量和性能。随着高效连铸技术的发展，连铸坯质量对后续加工和成品性能的影响愈发得到重视。
连铸钢缺陷及后续演变具有两个特点：首先是缺陷具有遗传性，如较为严重的中心缩孔、疏松等冶金缺陷会从连铸坯遗传给钢材，又从钢材遗传给结构件，成为一种潜在的遗传破坏性缺陷；其次，缺陷具有扩大性，连铸坯上很多内部缺陷会在轧制和拉拔中变形扩展形成严重的内部裂纹，造成产品判废或成为失效的内在原因。传统连铸过程中，根据钢种及铸坯规格制定不同的二次水冷工艺，以改善铸坯中心的疏松和偏析等缺陷，但效果一般。另外一种是液芯压下（或软压下）技术，它是在连铸坯中心处于液态或半固态条件下给予小变形，以减小偏析与中心疏松等缺陷。从公布的文献看，液芯压下仍然无法解决大坯料的中心偏析、疏松、缩孔等问题。因此，进一步改进连铸坯生产工艺，从而最大程度的在连铸阶段减少、消除铸坯内部缺陷，提高连铸坯质量，为后续加工成材提供良好基础，对最终促进钢材的高效、长寿命和安全使用具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，现有技术中，连铸钢材内部缺陷难以控制，从而影响后续加工成材质量的问题；本发明提供一种连铸坯预处理工艺，经此工艺处理后的坯料中心疏松和偏析现象明显减轻或消除，有效消除中心缩孔，为后续加工打下良好基础。
为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
本发明涉及一种连铸坯预处理方法，其主要工艺流程为：钢液→连铸→铸坯完全凝固→冷却→预压下。
一种连铸坯预处理方法，所述处理方法为，连铸坯完全凝固后；经冷却处理，在连铸坯表面与内部形成温度梯度后；进行压缩变形，得到高致密度的连铸坯料。
上述连铸坯预处理方法的优选方案为，连铸坯料经冷却后的状态为，坯料的表面温度为850~1000℃，坯料内部的温度大于1150℃。
上述连铸坯预处理方法的优选方案为，所述压缩变形量为5~15%。
上述连铸坯预处理方法的优选方案为，所述压缩变形为1次变形或2次分道次变形。
上述连铸坯预处理方法的优选方案为，所述冷却为二次冷却、强制水冷或矫直过程中辊坯间热交换中的一种。
上述连铸坯预处理方法的优选方案为，所述压缩可以在预轧机、油压或液压机上完成。
上述连铸坯预处理方法的优选方案为，所述冷却处理时，铸坯对称表面具有相同的冷却速度。
进一步的，凝固后应保持铸坯心部处于高温状态，但避免出现液芯或固液混合态。
进一步的，在后续压缩变形过程中，大多数钢种铸坯的中心部分处于δ-Fe和γ-Fe两相区，塑性较差，若在二次冷却段达到此种差温效果，应注意上区冷却和下区冷却的水量、冷速配合，以达到在后续变形中降低中心部的裂纹敏感性的目的，并使铸坯内外弧表面具有相同的冷却速度。
进一步的，上述技术方案中，所述的铸坯表面温度为850~1000℃。如果表面温度过低则铸坯回温过程剧烈，芯部温度降低，后续变形压力增加。
进一步的，上述技术方案中，所述的压下量为5%~15%，压下量过大在心部塑性较差时易产生裂纹，过小则不能使疏松缺陷压合；
采用上述预压下处理方法的理由如下：由于针对不同钢种常规连铸工艺难以兼顾降低中心裂纹敏感性和进一步减轻内部缺陷两个问题；本发明采用凝固铸坯在内外温度梯度状态下的小变形，避免高温铸坯中心塑性较差导致的变形缺陷，铸坯的中心疏松、内部微观疏松、空洞能够在应力作用下压合，同时不会产生中心裂纹，并通过变形再结晶减轻合金元素的偏析。
本发明是一种创新型连铸坯凝固后利用或制造连铸坯的内外温度梯度，采用小压下对连铸坯进行预处理的工艺。采用该工艺方法处理后，连铸坯中心疏松等缺陷被明显消除，从而能够满足后续加工和成品对于连铸坯越来越高的质量要求。
附图说明
图1是实施例1处理后铸坯横截面低倍组织照片；
图2是实施例1处理后铸坯横截面低倍缺陷标示照片；
图3是常规连铸坯横截面低倍组织照片；
图4是常规连铸坯横截面低倍缺陷标示照片；
图5是实施例2处理后铸坯表层显微组织照片；
图6是实施例2处理后铸坯1/2半径处显微组织照片；
图7是实施例2处理后铸坯中心显微组织照片；
图8是常规连铸坯表层显微组织照片；
图9是常规连铸坯1/2半径处显微组织照片；
图10是常规连铸坯中心显微组织照片。
具体实施方式
实施例采用钢坯的质量百分比化学成分如表1所示,余量为Fe。
表1 实施例的化学成分（质量百分比）
C% Si/% Mn/% Cr/% Mo/% P% S%
0.32~0.40 0.17~0.37 0.40~0.70 0.90~1.20 0.45~0.55 ≤0.035 ≤0.030
实施例1
坯料表面温度为1250℃时开始冷却处理，冷却工艺为二次冷却，冷却时间为36s，在连铸坯表面与内部形成温度梯度，其坯料表面温度为800℃，坯料内部温度为1250℃；进行压缩变形，坯料在轧机上一次变形量为5%，其变形速率为0.5m∙s-1；最终得到经预处理后的坯料，其坯料直径为105 mm，其中心疏松个数为35，一般疏松个数为11
实施例2
坯料表面温度为1300℃时开始冷却处理，冷却工艺为强制水冷，冷却时间为25s，在连铸坯表面与内部形成温度梯度，其坯料表面温度为900℃，坯料内部温度为1250℃；进行压缩变形，坯料在液压机上一次变形量为10%，其变形速率为1m∙s-1；最终得到经预处理后的坯料，其坯料直径为110 mm，其中心疏松个数为30，一般疏松个数为10。
实施例3
坯料表面温度为1150℃时开始冷却处理，冷却工艺为强制水冷，冷却时间为15s，在连铸坯表面与内部形成温度梯度，其坯料表面温度为1000℃，坯料内部温度为1250℃；进行压缩变形，坯料在轧机上进行两道次变形，第一道次的变形量为8%，第二道次的变形量为7%，总变形量为15%，其变形速率为0.5m∙s-1；最终得到经预处理后的坯料，其坯料直径为115mm，其中心疏松个数为38，一般疏松个数为11。
实施例4
坯料表面温度为1250℃时开始冷却处理，冷却工艺为二次水冷，冷却时间为35s，其坯料表面温度为950℃，不经压缩变形，最终得到直接冷却后的坯料，其坯料直径为120mm，其中心疏松个数为46，一般疏松个数为40。
实施例采用的处理工艺参数如表2所示。实施例1横截面宏观圆盘样低倍组织和圆点状缺陷和暗斑如图1和图2所示。可以看到，预压下处理后的铸坯横截面有少量中心疏松和一般疏松出现，对比常规处理铸坯整个截面上的原点状缩松和暗斑明显减少，经统计，中心疏松个数减少17~35%，一般疏松数量减少73~75%。常规处理铸坯还由于凝固不均匀产生了空洞。实施例缺陷对比见表3。
实施例2与常规处理后由铸坯表面至中心的光学显微照片如图5~7和图8~10所示，常规处理铸坯从表面至中心均可观察到直径1~50µm的微观孔洞，以中心处分布最为密集，且可以看到明显的沿晶界暗色偏析，说明此处富集大量合金元素。而预压下处理后的铸坯从表面至中心的显微组织未观察到微观孔洞和沿晶界偏析，说明此类缺陷在预压下过程中被消除，铸坯质量更为优异。
表2 实施例的处理工艺
编号 处理类型 开始冷却温度/℃ 冷却终止表面温度/℃ 冷却终止心部温度/℃ 冷却时间/s 预压下压下量/%
1 预压下处理1 1250 800 1250 36 5
2 预压下处理2 1250 900 1250 25 10
3 预压下处理3 1250 1000 1250 15 15
4 常规处理 1250 950 1250 35 0
表3 实施例的缺陷对比
编号 处理类型 一般疏松/个 中心疏松/个 内部空洞/个 残余缩孔 中心偏析/等级 显微偏析 显微疏松
1 预压下处理1 11 35 无 无 无 无 无
2 预压下处理2 10 30 无 无 无 无 无
3 预压下处理3 11 38 无 无 无 无 无
4 常规处理 40 46 2 无 无 有 有

Claims (5)

1.一种连铸坯预处理方法，其特征在于，所述处理方法为，连铸坯完全凝固后；经冷却处理，在连铸坯表面与内部形成温度梯度后；进行压缩变形，得到高致密度的连铸坯料；所述冷却为二次冷却或矫直过程中辊坯间热交换中的一种；冷却处理后，坯料的表面温度为850～1000℃，坯料内部为温度大于1150℃的固态。
2.根据权利要求1所述的一种连铸坯预处理方法，其特征在于，所述压缩变形量为5～15％。
3.根据权利要求1所述的一种连铸坯预处理方法，其特征在于，所述压缩变形为1道次变形或2道次变形。
4.根据权利要求1所述的一种连铸坯预处理方法，其特征在于，所述压缩在预轧机或液压机上完成。
5.根据权利要求1所述的一种连铸坯预处理方法，其特征在于，所述冷却处理时，铸坯对称表面具有相同的冷却速度。
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