一种确定大断面含锰合金钢连铸拉速的方法与流程

本发明属于冶金技术领域，涉及一种确定大断面含锰合金钢连铸拉速的方法。

背景技术：

在连铸生成过程中，铸坯表面缺陷往往对下游工序造成严重影响，甚至有的缺陷会遗传至成材。概括来说，这些表面缺陷包括纵裂、横裂、表裂、角裂、皮下裂纹等等，这些裂纹往往在生成中不易发现，呆成材检验或成品使用中才暴露出来，造成的直接或间接损失不可估量。这些缺陷中，以横裂和表裂的危害最为严重，因为这两张缺陷往往隐藏在铸坯氧化铁皮之下，深度0.1-5mm，呈横向或无方向性，无法宏观辨识，导致无法修磨处理。

中碳含锰合金钢为横裂和表裂的易发钢种，当该钢种包含微合金化元素后，裂纹敏感性会大大增强。原因在于，较高的锰含量使包晶点左移，导致δ铁素体转变的稳定奥氏体温度升高，晶粒极易发生长大。坯料凝固过程中，微合金化元素(主要以ti(cn)和aln为主)易在粗大的晶粒晶界位置析出，诱发先共析铁素体的析出，导致晶界脆性，在弯曲或矫直过程中形成表面微裂纹。在连铸行业中，小型断面的坯料，因表面晶粒较为细密，表面微裂纹缺陷不明显，而大型断面坯料，因表层凝固凝固速率较慢，表层晶粒具备长大的条件，导致表面微裂纹的现象较为突出。目前行业内，利用大断面铸机生产含锰合金钢的企业，往往受表面裂纹问题的困扰。

目前针对这一问题，主要开展的工作有二冷副切工艺、大倒角结晶器工艺、足辊区强冷工艺、优化保护渣工艺等等。这些工艺的出发点各不相同，二冷副切和大倒角结晶器工艺主要是提高角部温度，避开第三脆性“口袋”；足辊区强冷工艺的出发点是高冷却速率使得微合金化元素呈细小、弥散状析出，从而抑制先共析铁素体的析出。但是这些工艺也有局限性，一方面这些工艺在宽厚板上取得了一定效果，但是在方矩型坯上效果甚微；另一方面这些工艺也有使用局限性。例如，足辊区强冷工艺会带来冷却不均问题，特别是大断面坯料，结果往往适得其反。保护渣技术是各企业解决含锰合金钢表面微裂纹的主要技术手段，通过大量实践总结发现，保护渣技术改善效果存在极限，基本消除的目标无法达到，此外存在着容易反复发生的弊端。

技术实现要素：

为了克服以上技术的不足，本发明总结出了一种控制大断面含锰合金钢连铸坯表面微裂纹的方法。经过大量实践，发现大断面坯料存在明显的晶粒粗化现象，极容易产生表面微裂纹，晶粒粗化的主要原因是初始坯壳长时间处在＞1200℃，该温度范围恰好处在奥氏体晶粒敏感长大范围内，导致晶粒充分发生长大、熟化。为了克服这一现象，本发明所采取的技术方案是：一种确定大断面含锰合金钢连铸拉速的方法，利用拉速控制铸坯表层晶粒处于“晶粒优势区”，从而降低其裂纹敏感性，

建立初生坯壳“晶粒优势区”图，将“晶粒优势区”图用做工艺优化的工具；根据“晶粒优势区”图，确定合理拉速，抑制坯壳晶粒再结晶粗化。

进一步地，建立初生坯壳“晶粒优势区”图步骤1中，通过传热计算，提取固定工况下凝固前沿区域冷却速率(t^*)。

进一步地，建立初生坯壳“晶粒优势区”图步骤2中，通过与步骤1耦合微观偏析计算，提取固定工况下凝固前沿奥氏体稳定温度(t^γ)。

进一步地，建立初生坯壳“晶粒优势区”图步骤3中，实际测量表面横向深度10mm下，该固定工况下铸坯表层的等效晶粒尺寸(d)。

进一步地，建立初生坯壳“晶粒优势区”图步骤4中，将t^*、t^γ和d三者信息，按照复合指数函数的形式统一在一个二维t^γ—t^*图上，其中d用等值线的形式体现。

在此基础上，利用“晶粒优势区”图，可以对关键控制参数铜管(坯壳)长度和拉速进行辩证分析，确定拉速和铜管(坯壳)长度之间的关系。

所述的一种确定大断面含锰合金钢连铸拉速的方法，其特征在于：按照重量百分比，碳含量在0.15％-0.85％范围内，锰含量在0.3％-1.8％范围内；适用的坯型为断面面积为≥300×300mm²的方矩形坯或的圆坯。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明跳出了常规的细化晶粒、抑制析出物、抑制先共析铁素体、提高矫直温度等传统思路，从最本质的晶粒晶粒敏感区入手，控制拉钢时间，避免晶粒长时间处于敏感区，从而发生异常长大；本发明利用“晶粒敏感区”图确定关键的控制参数，大大降低了寻求最优参数的时间和实践成本；本发明避免了采用强冷方式带来的其它缺陷，降低了足辊喷淋区对水流、水压、支管路等喷淋装置的机械要求，大大降低了生成或改造成本。本专利方法是解决此类表面微裂纹问题最经济和简捷的方式。

附图说明

图1晶粒优势区示意图

图2拉速变动下的晶粒长大

图3拉速与铜管长度示意图

具体实施方式

为了本领域技术人员理解、实施本发明，下面结合实例对本发明进一步的详细描述。需要说明的是，本描述仅用于说明和解释本发明，不限定本发明。

发明所针对的钢种为，按照重量百分比，碳含量在0.15％-0.85％范围内，锰含量在0.3％-1.8％范围内；适用的坯型为断面面积为≥300×300mm²的方矩形坯或的圆坯。以φ600断面为例，生产中采用转炉炼钢、lf精炼、vd精炼、大圆坯连铸、铸坯入坑缓冷工艺。生产中采取常规控制措施，包括：炼钢工序防止钢水过氧化、lf精炼工序防止增碳、精确控制成分波动(目标±0.01％)、vd工序严格控制软吹氩强度、连铸工序规范中包烘烤和中包覆盖剂加入、含锰用保护渣、采用液面自控和自动加渣等等。其中，使用铜管有效长度780mm，厚度为38mm。

在以上生产条件下，采用有限差分法建立一维凝固传热数学模型，并将数学模型在50mm厚的计算区域上进行离散化，带入边界条件进行计算；在计算过程中提取并存储凝固前言数据，沿着拉速方向提取固液相线温度和凝固时间，从而确定各位置处的平均冷却速率(t^*)；采用现场取样的方式，制作铸坯表面10mm处的金相试样，按照国标要求腐蚀金相金相晶粒度以及统计多个视场下的奥氏体晶粒尺寸，经标准统计方法获得铸坯表层的等效晶粒尺寸(d)；在利用有限差分法法进行计算的过程中，带入标准微观偏析模型，获得凝固前沿的偏析元素含量，从而计算获得稳定奥氏体温度(t^γ)。三者信息按照复合指数函数的形式统一在一个二维t^γ—t^*图上。按照以上工艺条件，选择的回归数学模型为回归的a为10.5，b为11044，如图1所示。

将固定的生产工艺条件下的二维t^γ—t^*图制作成“晶粒优势区”图，利用“晶粒优势区”图，对各生产参数进行搭配分析。在以上生产条件下发现铜管长度和拉速的辩证关系最为密切，图2明显的显示出提高拉速在一定范围内可以起到抑制晶粒长大的作用。将两者的关系进行生产断面、铜管长度和拉速的系列分析，获得图3所示的示意图，

该示意图对连铸机的设计和使用具有重要参考意义。例如，根据以上生成条件，可以发现对于长度为800mm长的铜管，φ600钢种的拉速至少需要提高至0.29m/min,才进入晶粒优势区。同时，也可以看出连铸机设计时，考虑到生产条件的制约，采用0.25的拉速，结晶器铜管长度＜670mm即可。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。