一种提高含硼钢连铸板坯表面质量的方法与流程

本发明属于冶金
技术领域：
，具体涉及一种提高含硼钢连铸板坯表面质量的方法。
背景技术：
：硼是中国富产元素，总贮量为世界第5位。硼作为一种微合金元素，具有极高的促进淬透性的作用，相同添加量条件下其促进淬透性的作用是其它合金元素的100倍以上，被广泛应用到钢中替代铬镍等稀有合金元素。近年来，随着人们对微合金元素硼在钢中作用机理认识的深入，硼已广泛应用于其它钢中。如向薄板坯连铸连轧生产冷轧基料中加硼，可以降低热轧带钢的屈服强度，减小冷轧轧制力，提高轧辊寿命、降低能耗等；向无取向硅钢中加入硼，可提高硅钢片的磁性能，减轻磁时效、降低铁损以及提高表面质量等。但是国内外很多钢厂在生产硼钢时均会面临连铸坯角裂的难题，这与硼在钢中的微观行为有着密切的关系。因为硼可与钢中自由氮在高温奥氏体中优先结合形成粗大的氮化硼bn颗粒，并在晶界沉淀，有效地锁住晶界，阻碍原生γ晶界滑动引起晶粒间断裂，从而降低钢的热塑性，增加钢的热脆性。目前，改善加硼钢铸坯表面质量的途径主要有两种，一种是通过加钛元素固氮(生成稳定的tin)来抑制加硼钢凝固过程bn的析出，从而改善钢种的高温力学性能，减少板坯表面裂纹的产生。另一种是尽可能弱冷，提高连铸弯曲矫直区域板坯表面温度，尽可能避开第三脆性区温度范围，从而控制板坯表面裂纹的产生。然而在实际生产过程中，现有技术往往存在如下问题：通过添加ti元素固氮：现有技术ti的添加量只能根据经验来添加，不能做到定量精准添加；此外由于ti元素特别活泼，极易被氧化，若ti元素的添加时机和方法不当，不但ti元素被氧化，收得率低，且ti元素被氧化后的氧化物形成钢中夹杂物，污染钢水，造成生产成本高，且损害板坯质量。尽可能弱冷，提高板坯表面温度：现有技术弱冷采用的措施主要为，一是过分地减小结晶器水量或提高冷却水温度，这将导致出结晶器坯壳厚度减薄，出结晶器后增大漏钢的可能性，给生产带来严重的后果。二是尽可能降低二冷水量和使用高碱度、高凝固温度、低黏度的结晶器保护渣，但二冷水量过低，首先，板坯冷却不够，坯壳强度将难以抵抗钢水静压力，产生鼓肚和鼓肚造成的皮下裂纹、结晶器液面波动等多种质量和生产危害；其次，连铸机设备冷却不够温度过高，极大降低设备的使用寿命和增大设备故障率；再次，使用高碱度、高凝固温度、低黏度的结晶器保护渣虽然传热差，实现了结晶器弱冷，但保护渣黏度低，钢水极容易卷渣，造成产品卷渣质量缺陷，并且高碱度、高凝固温度会带来保护渣润滑不良的后果。技术实现要素：针对上述现有技术存在的问题，本发明在深入研究含硼钢中bn析出规律的基础上，提供一种提高含硼钢连铸板坯表面质量的方法，通过优化ti元素的加入量和加入时机，提高连铸机拉速，优化加热工艺和开轧温度，减少bn的析出，提高含硼钢连铸板坯的表面质量。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提高含硼钢连铸板坯表面质量的方法，包括以下步骤：(1)冶炼工序：必须先加al以充分脱氧，待al脱氧产物充分上浮后方可加入钛合金。具体操作为当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％。同时，控制钢水中mn/s≥30。(2)连铸工序：控制连铸机拉速为1.20～1.60m/min。因此，本发明提高拉速后需要达到的工艺条件是：结晶器出口凝固壳厚度为7～10mm；二冷区冷却速率为100～120℃/s；铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面0.5～2mm深度的温度≥1000℃；对于c≤0.08％的低碳含硼钢，采用高黏度结晶器保护渣和低碳钢二次冷却工艺，所述高黏度结晶器保护渣黏度为1.5～2.5pa·s，低碳含硼钢二次冷却工艺为强冷却工艺，冷却强度0.8～1.1l/kg；对于c:0.081～0.60％的中高碳含硼钢采用低黏度结晶器保护渣和中高碳钢二次冷却工艺，所述低黏度结晶器保护渣0.7～1.0pa·s，中高碳含硼钢二次冷却工艺为弱冷却工艺，冷却强度0.4～0.7l/kg。(3)热轧工序：1)加热工序：板坯加热工序热负荷前移，避免在二加热段和均热段快速升温；二加热段末温度≥1160℃，板坯出炉温度≤1210℃；一加热段快速升温，升温速率8～10℃/s，二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率5～7℃/min，均热段升温速率2～4℃/min；2)轧制工序：板坯开轧温度为1170～1200℃。本发明所述含硼钢中b的重量百分含量为0.0005～0.0025％。本发明的设计思路如下：1、优化ti元素的加入量和加入时机冶金热力学计算表明：al的脱氧能力远大于ti和b，脱氮能力的顺序为ti＞b＞al。因此含硼钢的冶炼应先加al充分脱氧后，再加入ti脱氮，最后加入b。但ti是非常活泼的易氧化金属元素，首先，如果钢水不用al充分脱氧，则ti与氧反应生成ti20等含ti氧化物，堵塞连铸水口和形成钢中夹杂物。其次，钢水加入ti的主要作用是固定n和s，如果加入过量，一则会生成tic，影响钢材性能，二则过量的ti极易在连铸过程被二次氧化，生成ti氧化物，堵塞连铸水口和形成钢中夹杂物，故ti的加入量必须精确。此外，在钢中添加一定量的钛有助于抑制bn的析出。如图1所示，不添加钛时，bn的析出温度为1250℃，钢水中添加0.03％～0.05％的钛后,bn的析出温度为580℃。可见钛的加入能够在很大程度上降低bn的析出温度和析出量。2、控制钢水中mn/s≥30如图2所示，在钢水的凝固过程中，mns优先于bn析出，bn以先析出的mns为异质核心形核，从而减少bn在晶界的析出。因此，控制钢水中mn/s≥30，既抑制了fes、feo在奥氏体晶界处析出，又降低了bn在奥氏体晶界的析出，控制了形成裂纹的两大危害成分。3、控制连铸拉速、冷却工艺和热轧加热工艺、开轧温度，目的都是控制各工序bn在晶界的析出，避免裂纹缺陷和夹杂缺陷。连铸拉速直接影响着铸坯凝固壳厚度、二冷区冷却速率、铸坯表面温度；不同的铸坯规格(厚度、宽度)和连铸机工艺设计，影响程度有所不同。反之，由铸坯凝固壳厚度、二冷区冷却速率、铸坯表面温度是可以反算出连铸机拉速值。同时，铸坯表面角部(指铸坯直角边左右各30mm范围)以下0.5～2mm深度的温度是直接控制铸坯表层细小等轴晶生长的温度，精确控制此处的温度，可以有效控制铸坯表层细小等轴晶的厚度，增强抵抗裂纹的能力。对含b微合金化钢的高温塑性研究表明：首先，含b钢铸坯高温塑性曲线为850～950℃和1250℃以上存在比较明显的低塑性温度区；在低塑性区850～950℃其面缩率在40％左右，裂纹非常敏感。其次，铸坯冷却速率直接影响bn的析出，冷却速率越大，bn析出物越多，如果矫直时铸坯温度位于氮化物析出高峰温度区，将会引起钢的脆化，矫直变形下铸坯振痕波谷处易产生裂纹。因此需要严格控制含b钢铸坯的冷却速率和铸坯表面温度。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明钢水ti元素加入量计算公式和加入方法，精确控制了ti的加入量，在充分发挥ti元素的微合金化作用的同时尽量减少ti的加入量，降低成本，又提高了ti的收得率，避免了ti的氧化物危害。2、本发明根据冷却速率越大bn析出物越多的原理，提高连铸机拉速，优化加热工艺和开轧温度，全工序控制冷却速率，不仅可以做到热送热装，节能降耗，还可以提高产量，同时不需要任何设备改造和成本投入。3、含硼钢连铸板坯表面缺陷发生率由原来的7.56％降低至0.2％以内，连铸板坯表面质量合格率≥99.8％，能够稳定控制板坯的表面质量，提高成品的质量，降低成本，经济高效。附图说明图1为不同钛含量下bn析出的热力学计算图；图2为bn析出的热力学计算图；图3为实施例1含硼钢连铸板坯低倍组织图；图4为实施例1含硼钢连铸板制得的热钢卷的金相组织图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。实施例1某低碳含硼钢aq0940k1，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表1所示：表1.aq0940k1钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.04830.00560.19840.01550.00630.04190.01910.00140.0028(1)低碳含硼钢aq0940k1生产时，冶炼工序钢水成分按表1进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.0028+1.5×0.0063＝0.0191；钢水中mn/s＝0.1984/0.0063＝31.5。(2)根据连铸机拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度10mm；②二冷区冷却速率120℃/s；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面2mm深度的温度达到1000℃；通过模型计算连铸机拉速为1.6m/min；连铸工序采用高黏度结晶器保护渣和低碳钢二次冷却工艺；高黏度结晶器保护渣黏度为2.3pa·s；低碳含硼钢二次冷却工艺为强冷却工艺，冷却强度1.0l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率10.0℃/s，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率6.0℃/min，均热段升温速率4.0℃/min；二加热段末温度为1160℃，出炉温度为1180℃。(4)板坯开轧温度1170℃。本实施例低碳含硼钢aq0940k1连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.98％。本实施例含硼钢连铸板坯低倍组织和热卷金相组织图见图3、图4。从图3连铸坯低倍组织分析来看，低倍组织均匀，铸坯的内部质量较好。从图4轧材金相组织来看，基体组织为珠光体和铁素体，组织均匀，晶粒细小，轧制的钢板晶粒度达到9级，达到了细化晶粒的目的，性能全部合格。(实施例2-7含硼钢连铸板坯低倍组织和热卷金相组与图3、4类似，故省略。)实施例2某高碳含硼钢is5120b4，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表2所示：表2.is5120b4钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.340.220.650.01450.00530.0320.01850.00150.0031(1)高碳含硼钢is5120b4生产时，冶炼工序钢水成分按表2进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.0031+1.5×0.0053＝0.0186；钢水中mn/s＝0.65/0.0053＝122.6。(2)根据拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度7mm；②二冷区冷却速率100℃/min；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面0.5mm深度的温度达到1020℃；通过模型计算连铸机拉速为1.2m/min；连铸工序采用低黏度结晶器保护渣和高碳钢二次冷却工艺；低黏度结晶器保护渣黏度为0.9pa·s；高碳钢二次冷却工艺为弱冷却工艺，冷却强度0.5l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率8.0℃/min，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率4.0℃/min，均热段升温速率2.0℃/min；二加热段末温度为1180℃，出炉温度为1210℃。(4)板坯开轧温度1200℃。本实施例高碳含硼钢is5120b4连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.88％。实施例3某中碳含硼钢xo878169，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表3所示：表3.xo878169钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.120.061.150.010.0020.0550.01330.00110.003(1)中碳含硼钢xo878169生产时，冶炼工序钢水成分按表3进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.003+1.5×0.002＝0.0133；钢水中mn/s＝1.15/0.002＝575。(2)根据连铸机拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度9mm；②二冷区冷却速率110℃/min；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面1mm深度的温度达到1010℃；通过模型计算连铸机拉速1.4m/min；连铸工序采用低黏度结晶器保护渣和中碳钢二次冷却工艺；低黏度结晶器保护渣黏度为0.7pa·s；中碳钢二次冷却工艺为弱冷却工艺，冷却强度0.7l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率9.0℃/min，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率5.5℃/min，均热段升温速率3.0℃/min；二加热段末温度为1170℃，出炉温度为1200℃。(4)板坯开轧温度1190℃。本实施例中碳含硼钢xo878169连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.95％。实施例4某中碳含硼钢ju8812a6，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表4所示：表4.ju8812a6钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.150.11.20.0120.0020.0350.01500.00150.0035(1)中碳含硼钢ju8812a6生产时，冶炼工序钢水成分按表4进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.0035+1.5×0.002＝0.0150；钢水中mn/s＝1.2/0.002＝600。(2)根据连铸机拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度8mm；②二冷区冷却速率105℃/min；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面1.5mm深度的温度达到1015℃；通过模型计算连铸机拉速1.3m/min；连铸工序采用低黏度结晶器保护渣和中碳钢二次冷却工艺；低黏度结晶器保护渣黏度为0.8pa·s；中碳钢二次冷却工艺为弱冷却工艺，冷却强度0.6l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率9.5℃/min，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率5.0℃/min，均热段升温速率3.0℃/min；二加热段末温度为1175℃，出炉温度为1205℃。(4)板坯开轧温度1195℃。本实施例中碳含硼钢ju8812a连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.92％。实施例5某高碳含硼钢jv6020a1，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表5所示：表5.jv6020a1钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.340.250.950.0150.0030.030.02170.0020.005(1)高碳含硼钢jv6020a1生产时，冶炼工序钢水成分按表5进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.005+1.5×0.003＝0.0217；钢水中mn/s＝0.95/0.003＝316.7。(2)根据连铸机拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度8mm；②二冷区冷却速率102℃/min；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面0.8mm深度的温度达到1018℃；通过模型计算连铸机拉速1.2m/min；连铸工序采用低黏度结晶器保护渣和高碳钢二次冷却工艺；低黏度结晶器保护渣黏度为1.0pa·s；高碳钢二次冷却工艺为弱冷却工艺，冷却强度0.4l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率8.5℃/min，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率5.0℃/min，均热段升温速率2.5℃/min；二加热段末温度为1180℃，出炉温度为1210℃。(4)板坯开轧温度1200℃。本实施例高碳含硼钢jv6020a1连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.89％。实施例6某低碳含硼钢jv6p2cp6，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表6所示：表6.jv6p2cp6钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.0680.151.350.0080.0010.0350.010.0010.003(1)低碳含硼钢jv6p2cp6生产时，冶炼工序钢水成分按表6进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.003+1.5×0.001＝0.01；钢水中mn/s＝1.35/0.001＝135。(2)根据连铸机拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度9mm；②二冷区冷却速率115℃/min；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面1.5mm深度的温度达到1005℃；通过模型计算连铸机拉速1.5m/min；连铸工序采用高黏度结晶器保护渣和低碳钢二次冷却工艺；高黏度结晶器保护渣黏度为1.5pa·s；低碳含硼钢二次冷却工艺为强冷却工艺，冷却强度0.8l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率9.5℃/min，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率5.5℃/min，均热段升温速率3.5℃/min；二加热段末温度为1170℃，出炉温度为1190℃。(4)板坯开轧温度1180℃。本实施例低碳含硼钢jv6p2cp连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.95％。实施例7某低碳含硼钢dn0198d1，除铁元素及杂质成分外其他成分的重量百分比如表7所示：表7.dn0198d1钢主要化学成分(wt/％)csimnpsaltibn0.01400.160.0120.0050.0350.0150.00060.0023(1)低碳含硼钢dn0198d1生产时，冶炼工序钢水成分按表1进行控制；当al元素加入钢水时间≥3min且钢水中溶氧量≤5ppm时，加入钛合金，钢水中ti元素的添加量按下述公式计算：ti％＝3.43×n％+1.5×s％＝3.43×0.0021+1.5×0.005＝0.015；钢水中mn/s＝0.16/0.005＝32。(2)根据连铸机拉速条件计算：①控制结晶器出口凝固壳厚度9.5mm；②二冷区冷却速率118℃/s；③铸坯角部两个直角边30mm范围内铸坯表面1.5mm深度的温度达到1002℃；通过模型计算连铸机拉速为1.6m/min；连铸工序采用高黏度结晶器保护渣和低碳钢二次冷却工艺；高黏度结晶器保护渣黏度为2.5pa·s；低碳含硼钢二次冷却工艺为强冷却工艺，冷却强度1.1l/kg。(3)板坯在热轧加热炉中加热工序热负荷前移，在一加热段快速升温，升温速率9.5℃/s，在二加热段和均热段缓慢升温，二加热段升温速率6.5℃/min，均热段升温速率3.5℃/min；二加热段末温度为1165℃，出炉温度为1185℃。(4)板坯开轧温度1175℃。本实施例低碳含硼钢dn0198d1连铸板坯轧制后经质量检验，表面质量良好，无明显缺陷，连铸板坯表面质量合格率99.98％。本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。当前第1页12