超高强高韧性合金结构钢连铸圆坯的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属冶金领域，具体涉及适用于壳体用超高强高韧性合金结构钢（D6AE)无 缝钢管钢Φ 220~Φ 388圆坯连铸的生产。
【背景技术】
[0002] 超高强度钢主要用于宇航壳体和火箭弹的壳体，要求钢具有较高的比强度和较强 的阻止裂纹扩展的能力（即具有高的Kic)，以及良好的工艺性能，便于火箭弹安全储运和旋 压成型。在超高强度钢的生产中，提高钢质强韧化综合性能的主要途径就是降低钢中夹杂 物和气体含量。国内外在生产宇航壳体中大都围绕解决这个问题来编制工艺线。
[0003] 圆连铸坯是生产无缝钢管的主要管坯之一，常用品种是碳素钢、低合金钢和合金 结构钢，合金元素少，对连铸机设备和二冷水制度要求不高。用于壳体的超高强高韧性钢碳 含量较高，合金元素多，与圆坯连铸常用的品种如碳素钢、低合金钢和合金结构钢生产完全 不同，超高强钢由于碳含量较高，凝固收缩大，合金元素传热慢，连铸二冷水控制要求严格。 连铸时铸坯进拉矫机时铸坯表面温度低，矫直时容易产生裂纹缺陷，铸坯温度高缩孔深，容 易出现液心矫直，铸坯中心产生裂纹缺陷，不能满足轧管对管坯钢的使用要求。
[0004] 申请号为201010565121. 2的中国专利申请中公开了 P91圆坯连铸生产方法，该方 法可以避免浇铸高合金钢P91连铸圆坯产生铸坯表面裂纹和中心裂纹缺陷，连铸二冷比水 量为0. 22~0. 28L/kg，二冷区分五段冷却，各段水量百分比分别为：第一段18~25%、第 二段12~18%、第三段12~18%、第四段28~38%、第五段17~25%。
[0005] 申请号为200610030724. 6的中国专利申请中公开了弧形连铸机生产的Cr 一 Mo 合金钢圆坯的工艺方法，该方法控制连铸二冷比水量为0. 47~0. 53, 一区水量百分比为 35%~45%，二区水量百分比为22%~32%，三区水量百分比为14%~24%，四区水量百 分比为9%~19%，并控制钢中Mn/S多200。该方法可以避免钢水在冷却凝固过程中因激 冷产生铸坯中心裂纹、缩孔等缺陷的发生。
[0006] 以上两个方法都主要是针对碳含量小于0. 15 %的合金钢，而对于含碳量大于 0. 42%的超高强高韧性合金钢，该方法仍然不能解决其凝固收缩大，铸坯产生裂纹和缩孔 的技术难题。
【发明内容】
[0007] 本发明的主要目的是提供一种超高强度高韧性合金结构钢（D6AE)连铸圆坯的生 产方法，通过控制最佳的钢水条件、连铸二冷制度与浇铸温度、拉速匹配，避免连铸圆坯产 生表面裂纹和中心裂纹缺陷，生产出D6AE无缝钢管用连铸圆坯，实现批量生产。
[0008] 本发明的技术方案：
[0009] 本发明提供一种超高强高韧性合金结构钢连铸圆坯的生产方法，原料依次经电弧 炉冶炼一LF精炼一真空精炼一圆坯连铸一连铸坯精整一轧管，其中，
[0010] 圆坯连铸工序中，控制连铸钢水过热度15~30°C，拉速（浇注速度）为0.40~ I. 20m/min，连铸二冷比水量0. 29~0. 44L/kg，连铸二冷区分4段，采用气雾冷却，各段水量 占有的比例分别为：第一段水量26~34%、第二段水量19~26%、第三段水量25~33%、 第四段水量20~27%。
[0011] 本发明中，所述超高强高韧性合金结构钢的化学成分及其重量含量为：C 0. 42~ 0· 48%、Si 0· 15 ~0· 35%、Mn 0· 60 ~0· 90%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 015%、Ni 0· 40 ~ 0. 70%、Cr 0. 90 ~I. 20%、M〇0. 90 ~1. 10%、V 0. 05 ~0. 10%。
[0012] 所述超高强高韧性合金结构钢为D6AE钢。
[0013] 所述圆还的直径为Φ 220mm~Φ 388mm。
[0014] 优选的，上述方法中，电炉冶炼采用超高功率电弧炉冶炼。
[0015] 更优选的，采用70吨高阻抗超高功率电弧炉。
[0016] 优选的，圆坯连铸工序中，采用三机三流圆坯连铸机浇铸。
[0017] 优选的，所述原料指废钢和铁水，废钢与铁水的质量比为100 : 25-30,电炉初炼 钢水的化学成分满足：C 0. 12~0. 15%、P彡0. 003%、S彡0. 020%，Fe为余量。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 本发明通过控制最佳的钢水条件、连铸二冷制度与浇铸温度、拉速匹配，避免连铸 圆坯产生表面裂纹和中心裂纹缺陷，生产出D6AE无缝钢管用连铸圆坯，实现批量生产。
[0020] 本发明控制连铸中间包钢水过热度，连铸二冷区采用多段冷却，并对各段冷却水 量进行合理匹配，减少铸坯表面回温和铸坯表面温度梯度，提高铸坯拉矫前温度，避免铸坯 热应力增加和铸坯表面温度反复变化使铸坯组织发生多次相变从而导致铸坯产生中心裂 纹和表面裂纹缺陷，使得生产的铸坯质量满足轧管要求。
【具体实施方式】
[0021] 本发明提供一种超高强高韧性合金结构钢连铸圆坯的生产方法，原料依次经电弧 炉冶炼一LF精炼一真空精炼一圆坯连铸一连铸坯精整一轧管，其中，
[0022] 圆坯连铸工序中，控制连铸钢水过热度15~30°C，浇注速度（拉速）为0. 40~ 1. 20m/min，连铸二冷比水量0. 29~0. 44L/kg，连铸二冷区分4段，采用气雾冷却，各段水量 占有的比例分别为：第一段水量26~34%、第二段水量19~26%、第三段水量25~33%、 第四段水量20~27%。
[0023] 本发明中，超高强高韧性合金结构钢D6AE钢化学成分为：C 0.42~0.48%、 Si 0· 15 ~0· 35%、Mn 0· 60 ~0· 90%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 015%、Ni 0· 40 ~0· 70%、 Cr 0. 90~1. 20%、Mo 0. 90~1. 10%、V0. 05~0. 10%。通过弧型连铸机浇铸成直径为 Φ220~<i>388mm的连铸圆坯。D6AE钢液相线约1480°C、固相线约1411°C，固液温度差大， 而且D6AE钢含Mn、Cr、Mo、Ni、V合金元素多，钢液粘稠，流动性差，凝固补缩不好，尤其是铸 坯断面越大，补缩效果越差。另外，合金元素含量高，钢液凝固时铸坯断面收缩大，已凝固铸 坯不能承受钢液凝固收缩应力，铸坯就容易产生中心裂纹和表面裂纹，改善铸坯裂纹形成 条件必须从连铸冷却着手，避免应力的集中释放，形成铸坯中心裂纹和表面裂纹。
[0024] 本发明生产工艺流程：超高功率电弧炉一LF精炼炉一VD真空处理一圆坯连铸一 连铸坯精整一轧管。本发明采用高阻抗超高功率电弧炉冶炼初炼钢水，去除钢中的磷及气 体含量，确保钢水终点碳，防止钢水被过氧化；LF钢包精炼提高钢质纯净度，调整钢水合金 元素含量达到标准要求；VD真空去气、去夹杂物；连铸控制钢水过热度15~30°C，拉速为 0. 40~I. 20m/min，比水量0. 29~0. 44L/kg，二冷区分4段气雾冷却，各段水量百分比分别 为：第一段水量百分比为26~34%、第二段水量占19~26%、第三段水量占25~33%、 第四段水量占20~27%。使铸坯温度均匀，各段之间铸坯表面回温小，避免铸坯热应力增 加和铸坯表层温度反复变化而发生多次相变，导致铸坯产生中心裂纹和表面裂纹缺陷。
[0025] 连铸二冷水的作用是将从结晶器拉出来的带有液心的铸坯，在二次冷却区接受汽 雾冷却，促使铸坯快速完全凝固，随着铸坯壳厚度的增加，导热速度减慢，二次冷却系统必 须设计为均匀降低铸坯温度，避免铸坯表面温度急剧变化，导致铸坯产生裂纹缺陷。
[0026] 下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限 制在所述的实施例范围之中。
[0027] 实施例1
[0028] D6AE生产工艺流程：原料经70吨高阻抗电弧炉一LF精炼炉一VD真空处理一圆 坯连铸一铸坯缓冷一铸坯表面清理一合格铸坯入库一轧管。
[0029] 70吨高阻抗超高功率电弧炉采用优质废钢和铁水作原料，铁水为废钢重量的 30 %，利用电能熔化废钢，石灰造渣脱磷，RCB枪加大炉壁用氧量，保持一定的脱碳速度， 去除钢水中的夹杂和氢、氮气体。采用偏心炉底无渣出钢，出钢过程用硅铝钡钙和铝球 脱氧剂进行预脱氧，有效降低钢水的氧化性。电炉初炼钢水成分：C 0.12%、P 0.003%、 S 0. 020%、Fe为余量，出钢温度1640°C ;电炉出钢采用无渣出钢，出钢过程钢包加入锰铁 4Kg/t 钢、铝球 1.0 Kg/t 钢、Ba