本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种超大断面重轨钢中心凝固组织细化方法。
背景技术：
钢轨是铁路轨道的主要组成部件，在铁路运输过程中，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力。基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。这无疑对钢轨质量提出了更加严苛的要求。钢轨质量的提升在一定程度上体现于钢质本身质量控制水平，如高均质性、高洁净、高成分精度。其中钢轨的均质性(偏析程度越小，钢轨均质性越高)影响钢材组织的均匀性，严重的偏析会影响钢轨母材及钢轨的焊接性能，进而影响钢轨服役及使用。在冶金行业内，大量的专家学者对铸坯偏析进行了详细研究，研究指出：钢液凝固过程中，由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不均匀。同时，研究指出，钢液凝固过程中，从液体中先后结晶出来的固相成分不同，结果使得一个晶粒内部化学成分不均匀，这种现象称为晶内偏析。此外，研究发现铸坯偏析的演变分布与凝固组织组成分布呈现显著对应关系；研究发现，等轴晶之所以改善中心偏析是由于密集的等轴晶晶粒将原本集中于中心的较大面积的正偏析区域进行划分，划分以后在相同的检测尺度条件下等轴晶较发达的铸坯由于检测样品中的晶粒(负偏析)占比增多，故正偏析值降低。但是随着研究的深入，发现当检测尺度小到一定程度，等轴晶晶粒间的正偏析明显，且等轴晶面积比例越大，弥散偏析分布越广，越严重。由此，认为提高等轴晶率并没有从根本上均匀钢质，而是将原本集中的正偏析钢液进行划分，弥散化细小化分布，结果造成严重的弥散偏析。
技术实现要素：
为克服现有超大断面重轨钢中心凝固组织等轴晶晶粒粗大等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能使超大断面重轨钢中心凝固组织细而致密，铸坯均质性控制得到改善的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
超大断面重轨钢中心凝固组织细化方法，包括依次进行以下工艺，转炉冶炼、lf炉精炼、rh真空、连铸、加热和轧制，在连铸阶段采用以下步骤进行控制：
a、连铸电磁搅拌：采用二冷电磁搅拌，其中二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间，二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为7.0～8.0hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为350×10-4～400×10-4t；
b、中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按40～45℃执行；
c、连铸二冷：采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.33～0.34l/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
进一步的是，所述大方坯重轨钢的断面为320mm×410mm，适用于至少包括u71mn、u78crv和u75v品种的重轨钢生产。
进一步的是，连铸过程中连铸拉速按0.69～0.72m/min进行配合，拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
本发明的有益效果是：针对超大断面重轨钢中心凝固组织细化提升的控制要求，通过合理设计超大断面重轨钢连铸装备工艺制度，取消传统的结晶器电磁搅拌，采用二冷电磁搅拌，并研究制定适宜的搅拌位置和区域等工艺技术参数体系，并通过精确控制连铸阶段的过热度、二冷等各项参数，使得铸坯中心区域钢液的形核结晶，提升局部冷却凝固速率，中心部位凝固组织组成得到改善控制，柱状晶较为发达，晶杆细而致密，等轴晶晶粒形态改变，晶杆细而致密且清晰，二次枝晶臂间距减小，钢轨凝固组织过渡平缓，中心凝固组织细化程度及成分均匀性改善显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本申请中所述大方坯重轨钢指的是断面为320mm×410mm的方坯，可适用于生成u71mn、u78crv或u75v型号的重型钢轨。
目前重轨钢常规生产工艺虽趋于成熟，但与世界一流企业存在明显质量差距，随着钢轨服役环境条件日趋严苛且多样复杂化，钢轨性能要求愈发苛刻，跟钢轨均质性及凝固组织精细化控制相关的系列问题逐渐暴露，本发明针对超大断面重轨钢中心凝固组织细化控制的需要，提供科学合理且切实有效的技术体系，涉及关键装备配备及配套工艺制度体系，在此基础上研究制定与质量控制需求相匹配的技术参数体系。本发明的超大断面重轨钢中心凝固组织细化方法，包括依次进行以下工艺，转炉冶炼、lf炉精炼、rh真空、连铸、加热和轧制，主要改进点在连铸阶段，在连铸阶段采用以下步骤进行控制：
a、连铸电磁搅拌：采用二冷电磁搅拌，其中二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间，二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为7.0～8.0hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为350×10-4～400×10-4t；
b、中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按40～45℃执行；
c、连铸二冷：采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.33～0.34l/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
钢轨生产的整个工艺过程已经是比较成熟的了，主要区别在于工艺过程中的关键装备配备、关键工艺制度及工艺参数控制上。本申请主要针对传统工艺中结晶器电磁搅拌所带来的缺陷，通过改变连铸电磁搅拌方式，采用二冷电磁搅拌替代结晶器电磁搅拌的方式，并综合调整二冷电磁搅拌和二冷区域的具体位置、磁场强度、电流频率、过热度、二冷比水量等参数，根据大量试验对比得出，按照该参数进行控制，能使重轨钢铸坯中心的凝固组织变得细而致密，铸坯均质性显著提高。
除了上述核心技术外，要达到更好的连铸效果，还需要连铸拉速的配合控制，具体为，连铸过程中连铸拉速按0.69～0.72m/min进行配合，拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
下面通过三个具体实施例进一步说明。
实施例1
国内某钢厂采用本发明技术生产u71mn系列重轨钢，轧制轨型为60kg/m。本发明关键技术点实际工艺执行情况为：(1)连铸电磁搅拌：二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为7.0hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为376×10-4t的二冷电磁搅拌。(2)中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按40～45℃执行。(3)连铸二冷：本发明采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.34l/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
此外，与本发明涉及的上述三项核心技术(技术体系及工艺参数组)协同配合的连铸拉速按0.70～0.72m/min进行配合：连铸过程实际拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
对试验铸坯进行凝固组织检验，从铸坯窄面向铸坯中心方向，铸坯柱状晶截止于距离窄面98～105mm，等轴晶区晶粒形态发生改变(常规条件下等轴晶晶粒呈短而粗的形态，晶杆呈团簇状，晶杆不清晰)，等轴晶区晶粒呈细小状，晶粒的晶杆清晰，二次枝晶臂间距小，晶杆组织细而致密；对钢轨进行凝固组织腐蚀检验，凝固组织晶杆清晰，凝固组织过渡平缓(常规条件下，大方坯重轨钢铸坯凝固组织分区明显，呈激冷层——柱状晶——混晶——等轴晶分布)。铸坯中心等轴晶区晶粒由短粗形态转变为细长形态，晶粒晶杆密度更高，铸坯轧制钢轨轨腰弥散偏析区域显著减小。
实施例2
国内某钢厂采用本发明技术生产u78crv系列重轨钢，轧制轨型为75kg/m。本发明关键技术点实际工艺执行情况为：(1)连铸电磁搅拌：二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为8.0hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为350×10-4t的二冷电磁搅拌。(2)中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按40～44℃执行。(3)连铸二冷：本发明采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.332l/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
此外，与本发明涉及的上述三项核心技术(技术体系及工艺参数组)协同配合的连铸拉速按0.69～0.71m/min进行配合：连铸过程实际拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
对试验铸坯进行凝固组织检验，从铸坯窄面向铸坯中心方向，铸坯柱状晶截止于距离窄面95～99mm，等轴晶区晶粒形态发生改变(常规条件下等轴晶晶粒呈短而粗的形态，晶杆呈团簇状，晶杆不清晰)，等轴晶区晶粒呈细小状，晶粒的晶杆清晰，二次枝晶臂间距小，晶杆组织细而致密；对钢轨进行凝固组织腐蚀检验，凝固组织晶杆清晰，凝固组织过渡平缓(常规条件下，大方坯重轨钢铸坯凝固组织分区明显，呈激冷层——柱状晶——混晶——等轴晶分布)。铸坯中心等轴晶区晶粒由短粗形态转变为细长形态，晶粒晶杆密度更高，铸坯轧制钢轨轨腰弥散偏析区域显著减小。
实施例3
国内某钢厂采用本发明技术生产u75v系列重轨钢，轧制轨型为60kg/m。本发明关键技术点实际工艺执行情况为：(1)连铸电磁搅拌：二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为7.4hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为400×10-4t的二冷电磁搅拌。(2)中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按41～45℃执行。(3)连铸二冷：本发明采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.33l/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
此外，与本发明涉及的上述三项核心技术(技术体系及工艺参数组)协同配合的连铸拉速按0.69～0.70m/min进行配合：连铸过程实际拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
对试验铸坯进行凝固组织检验，从铸坯窄面向铸坯中心方向，铸坯柱状晶截止于距离窄面96～102mm，等轴晶区晶粒形态发生改变(常规条件下等轴晶晶粒呈短而粗的形态，晶杆呈团簇状，晶杆不清晰)，等轴晶区晶粒呈细小状，晶粒的晶杆清晰，二次枝晶臂间距小，晶杆组织细而致密；对钢轨进行凝固组织腐蚀检验，凝固组织晶杆清晰，凝固组织过渡平缓(常规条件下，大方坯重轨钢铸坯凝固组织分区明显，呈激冷层——柱状晶——混晶——等轴晶分布)。铸坯中心等轴晶区晶粒由短粗形态转变为细长形态，晶粒晶杆密度更高，铸坯轧制钢轨轨腰弥散偏析区域显著减小。
上述实施例说明采用本发明技术生产的重轨钢，铸坯凝固组织组成得到改善控制，柱状晶较为发达，晶杆细而致密，等轴晶晶粒形态改变，晶杆细而致密且清晰，二次枝晶臂间距减小，晶粒晶杆密度更高，弥散偏析区域显著减小。