专利名称：采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法
技术领域：
本发明属于改善铸坯热送裂纹的技术领域，更具体地说，涉及一种采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，通过施加一低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯微观组织和高温力学性能，本发明尤其适用于易产生铸坯热送(红送)裂纹的钢种。
背景技术：
二十世纪的两次石油危机对世界钢铁这一能耗大户产生了巨大的冲击，为了节约能源、金属和资金，工业发达国家相继开发了各种节能技术，带来了很多生产工艺的变革。其中连铸坯热送热装工艺不仅可以大幅度降低能耗，缩短产品生产周期，而且能减少厂房占地面积，这一技术在节约投资、降低生产成本等方面都显示出了巨大的优越性。所谓连铸坯热送热装工艺是指将连铸切割后的铸坯立即通过铁路、保温车或辊道等方式运送至加热炉(或缓冲装置，如板坯库、保温坑)，以较高温度装入加热炉的操作。 近年来，随着我国由钢铁大国向钢铁强国的转变，钢铁企业生产工艺不断改进，生产成本不断降低，但先进工艺在应用中同样存在问题。在采用热送热装工艺的过程中就不断出现产品的质量问题，这些问题主要集中于低碳铝镇静钢铸坯的热送裂纹上，而采用成本较高的原冷装工艺并未出现此类质量问题。很多冶金学者(高新军，王三忠，王洪顺，板坯的热脆性与淬火处理，连铸，2005 (6) :25-29 ;张树堂，连铸坯热送热装系统优化技术，连铸，1999. (I) : 12-16 ；)对热送裂纹的形成机理进行了研究，研究表明低碳铝镇静钢铸坯中氮化铝[A1N]的析出是热送热装工艺中热送裂纹问题产生的根源，在多数低碳铝镇静钢中都有氮化铝存在；铸坯在经历从奥氏体到奥氏体+铁素体的相变过程中，氮化铝在奥氏体晶界析出，如果此时将板坯装人加热炉加热，即使板坯又经过另一相变(由奥氏体+铁素体变为奥氏体)，但析出物仍然在奥氏体晶界上，析出物成为降低晶粒间结合力的薄弱点，晶粒的可迁移性减弱，导致微观结构中晶粒边界强度降低。在轧制过程中板坯表面在晶界处撕裂，产生表面裂纹。目前，钢铁厂对于实际生产过程中产生的低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹，采用的解决方法主要有加入合金法、钢水成分控制法、高温铸坯热装法、铸坯冷装法、铸坯在线淬火法。但是这些方法也都有一定的局限性①加入合金法，此法会增加生产成本，若钢种对成分要求严格就无法使用；②钢水成分控制法，此法实际生产中控制难度较大，若钢种对成分要求严格亦无法使用；③高温铸坯热装法，目前此法实际生产中难以实现铸坯冷装法，此法易于操作，目前最为常用，但降低了生产效率，且铸坯冷却后还要再升温，热量白白损耗，生产成本相对较高；⑤在线铸坯淬火法，此法在不影响生产的情况下对铸坯表面进行降温，效果较好，但实际操作起来难度较大，目前只有国外几个钢铁厂在应用，且因为要对铸还表面降温，铸还热量尚存在一定损耗。近年来，国内外的一些学者尝试在脉冲电流作用下改善固相金属材料的组织，并取得了一些成果。Conrad. H 发现(Conrad, H. Effects of electric current on solidstate phase transformations in metals. Materials Science & Engineering A[Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing], 2000)脉冲电流对固态金属中的析出相的析出行为具有显著影响，主要的影响因素为材料类型、电流密度、电流频率。王建军等(王建军，周俐，李强等.脉冲电流对钢凝固组织的影响.钢铁研究学报，2007, 19 (5) :49-53)研究发现脉冲电流处理能够提高等轴晶形核率，细化晶粒，对改善连铸坯凝固组织具有显著效果。此外，中国专利号ZL200810151116.X，授权公告日为2010年10月27日，发明创造名称为一种采用高压电脉冲改善碳钢凝固组织的方法，该申请案的方法是在连续铸钢的中间包和连续铸钢的结晶器中或者在模铸的铸型中，对碳钢凝固过程或凝固前施加一选定的高压电脉冲，所述高压脉冲的参数为脉冲电压1000疒3900V，脉冲频率O. 50Hz I. 50Hz，脉冲电容100 μ F飞00 μ F。该方法尤其适应于改善凝固组织中晶粒粗大，树枝晶发达，易产生成分偏析的钢种，以增加金属凝固的形核率，减少树枝晶，增加等轴晶，减少凝固组织的内裂纹、缩孔和疏松，改善成份偏析。上述方法是采用脉冲电流改善凝固组织，其所称的凝固组织指钢水在凝固过程中形成的树枝晶、等轴晶、疏松和偏析等宏观组织形貌，在低倍(〈10倍)状态下通过酸蚀即可观察到。且该申请案中采用的脉冲电压为1000疒3900V的高 压电脉冲，电力消耗较大。但至今，尚未有研究者将脉冲电流处理应用于改善冶金过程连铸坯的微观组织，本发明中所称的微观组织指钢水凝固之后随温度变化的固相微观组织，即在显微镜下当放大倍数50倍以上时观察到的碳在α — Fe或Y — Fe中形成的固溶体,通常称为铁素体(α )、奥氏体(Y )。特别指出的是铸坯的微观组织与铸坯的凝固组织是完全不同的两个概念。此外，现有技术中低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的问题急需解决，以提高铸坯质量。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中的低碳铝镇静钢铸坯在由连铸工序热送至轧钢工序时易产生热送(红送)裂纹的不足，提供一种采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，本发明通过抑制低碳铝镇静钢铸坯在冷却过程中奥氏体晶界脆化现象，提高铸坯的力学性能，减少铸坯缺陷。技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为
本发明的一种采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，是当低碳铝镇静钢铸坯在出连铸机被切割后，对上述的低碳铝镇静钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为脉冲电压21 35V，脉冲电流35 100Α，脉冲频率20 50 Hz0更进一步地，对所述的低碳铝镇静钢铸坯施加脉冲电流时，低碳铝镇静钢铸坯的温度为750 950°C。更进一步地，所述的低碳铝镇静钢为ω [c]〈0. 25%的铝镇静钢，其中O. 01% ( ω [Al] ( O. 40%ο采用本发明的方法对低碳铝镇静钢铸坯施加低压脉冲电流后，铸坯中具体的相变过程推测如下对铸坯进行脉冲电流处理后，促进了铸坯中析出相AlN的析出，当铸坯温度降至奥氏体/铁素体相变点温度以下，铸坯内的微观组织开始奥氏体一铁素体相变，之前析出的AlN能够在奥氏体晶粒内向铁素体的形核提供大量的形核质点，使得铁素体能够在奥氏体晶粒内形核析出，改变铁素体仅在奥氏体晶界形核析出的特点。通过这种方法可以改变低碳铝镇静钢铸坯的微观组织，提高铸坯高温力学性能，减少铸坯的热送(红送)裂纹。有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果
(1)本发明通过在低碳铝镇静钢铸坯出连铸机被切割后，对铸坯施加一脉冲电流，改变了铸坯的微观组织，提高了铸坯的力学性能，铸坯热送裂纹减少90%以上，有效减少了铸坯缺陷；
(2)本发明在实施脉冲电流处理的位置合理，不影响正常的生产，且不需要改变现有生产工艺，不需要添加合金元素，不需要对铸坯降温处理，对铸坯及设备无污染，是一项环保安全的减少铸还缺陷的新技术；
(3)本发明用于改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的脉冲电压为21 35V的低压脉冲， 脉冲电压小于36V,安全可靠,且用电量小；
(4)本发明的方法中，当含铌钢铸坯的温度为750 950°C时施加脉冲电流，最为合适，铸坯热送裂纹的去除效果最好；
(5)本发明改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，设备简单，投资少，且工艺简单，操作方便。
图I是实施例I中未经过脉冲电流处理的16Mn微观组织图片；
图2是实施例I中采用本发明的脉冲电流处理的16Mn微观组织图片。
具体实施例方式为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，本发明不限于这些实施例，本发明的方法适用钢种低碳铝镇静钢(ω [C]〈0. 25%)，其中O. 01% ( ω [Al] ( O. 40%。使用本发明的方法以改变铸坯的微观组织，提高高温力学性能，从而减少铸坯热送裂纹。本发明的关键技术要点在于脉冲电流处理的位置以及脉冲电流的参数设计。实施例I
本实施例的材料为16Mn钢(其主要化学成分为0. 102%C、0. 384%Si、I. 40%Mn、
O.019%P、0. 007%S、0. 031%A1、0. 0055%N),首先使用中频真空感应炉冶炼并浇铸得到16Mn成分的铸坯，再将铸坯切割成小块试样，通过导线连接至脉冲电源装置，然后把试样放入箱式电阻炉，在1200°C保温Ih后，以6°C /min的速率降温，当试样温度降至950°C时开始脉冲电流处理，具体参数为脉冲电压22V，脉冲电流60A，脉冲频率30Hz，当试样温度降至750°C时，停止脉冲电流处理，并取出试样在NaCl浓度10%的水溶液中淬火。其微观组织如图2所示。为对比说明本发明用于改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的显著效果，进行一次不采用脉冲电流处理的对比试验。本对比例的材料为16Mn钢(其主要化学成分为0. 102%C、
O.384%Si、l. 40%Μη、0· 019%P、0. 007%S、0. 031%Α1、0· 0055%Ν),首先使用中频真空感应炉冶炼并浇铸得到16Mn成分的铸坯，再将铸坯切割成小块试样，然后把试样放入箱式电阻炉，在1200°C保温Ih后，以6V Mn的速率降温，当温度降至750°C时取出试样在NaCl浓度10%的水溶液中淬火。其微观组织如图I所示。由图I和图2可以清楚的看出，未经脉冲电流处理时，白色先共析铁素体以膜状的形式存在于奥氏体晶界，奥氏体晶粒内无铁素体；经脉冲电流处理后，大部分的铁素体是在奥氏体晶粒内析出的，并呈弥散分布。从两者的对比可以发现，脉冲电流处理有效的改变了绝大部分的先共析铁素体的形核位置，抑制了奥氏体晶界膜状先共析铁素体的形成，改变了铸坯的微观组织，从而可有效改善低碳铝镇静钢铸坯的热送裂纹。实施例2
本实施例的材料为16Mn钢(其主要化学成分为0. 13%C、0. 165%Si、l. 42%Mn、0. 008%P、
0.005%S、0. 045%Α1、0· 0045%N),铸坯断面为 230mmX 2100mm,浇注温度为 1542 °C，拉速为 1.15m/min。脉冲电流装置安装在铸坯切割后的输送辊道两侧，从铸坯切割后开始，沿辊道输送方向安装了十处，对铸坯宽面进行脉冲电流处理。本实施例中的脉冲电压35V，脉冲电流95A，脉冲频率35Hz。脉冲电流开始处理时，实测铸坯宽面中心温度900°C，结束处理时铸坯宽面中心温度765°C。铸坯经辊道热送进入加热炉后进行轧制，轧后钢板表面经检测和统计，结果表明与无脉冲处理的热送铸坯所轧制的钢板对比，钢板表面裂纹减少95%，脉冲电流处理有效减少了铸坯表面热送(红送)裂纹，提高了铸坯和钢板质量。实施例3
本实施例的基本处理方法同实施例2,不同之处在于本实施例中的脉冲电压为25V,脉冲电流35A，脉冲频率50Hz，处理的效果基本同实施例2，对改善铸坯热送(红送)裂纹具有显著效果。实施例4
本实施例的基本处理方法同实施例2，不同之处在于本实施例中的铸坯断面为220mmX 260mm，脉冲电压为21V，脉冲电流100A，脉冲频率20Hz，处理的效果基本同实施例2，对改善铸坯热送(红送)裂纹具有显著效果。本发明的一种采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，通过施加低压脉冲电流，改变低碳铝镇静钢铸坯的微观组织，提高铸坯高温力学性能，从而有效减少了铸坯的热送(红送)裂纹，且本发明的方法不影响正常的生产，且不需要改变现有生产工艺，不需要添加合金元素，不需要对铸坯降温处理，对铸坯及设备无污染，对人员无危害，是一项环保安全的减少铸坯缺陷的新技术。以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，其特征在于当低碳铝镇静钢铸坯在出连铸机被切割后，对上述的低碳铝镇静钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为脉冲电压21 35V，脉冲电流35 100A，脉冲频率20 50 Hz0
2.根据权利要求I所述的采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，其特征在于对所述的低碳铝镇静钢铸坯施加脉冲电流时，低碳铝镇静钢铸坯的表面中心温度为750 950°C。
3.根据权利要求I或2所述的采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，其特征在于所述的低碳铝镇静钢为《[C]〈0.25%的铝镇静钢，其中O.01% ≤ ω [Al] ≤ O. 40%O
全文摘要
本发明公开了一种采用低压脉冲电流改善低碳铝镇静钢铸坯热送裂纹的方法，属于改善铸坯热送裂纹的技术领域。本发明是当低碳铝镇静钢铸坯在出连铸机被切割后，对上述的低碳铝镇静钢铸坯施加一脉冲电流，所述的脉冲电流参数为脉冲电压21～35V，脉冲电流35～100A，脉冲频率20～50Hz；所述的低碳铝镇静钢为ω[C]<0.25%的铝镇静钢，其中0.01%≤ω[Al]≤0.40%。本发明通过施加低压脉冲电流，改变了低碳铝镇静钢铸坯的微观组织，提高了铸坯高温力学性能，从而有效减少了铸坯的热送裂纹，且本发明的方法不影响正常的生产，不需要改变现有生产工艺，不需要添加合金元素，不需要对铸坯降温处理，对铸坯及设备无污染，对人员无危害，是一项环保安全的减少铸坯缺陷的新技术。
文档编号C21D10/00GK102839277SQ201210351799
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者朱正海 申请人:安徽工业大学