一种连铸坯冷却处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料冷却技术领域，特别涉及一种连铸坯冷却处理方法。
【背景技术】
[0002]表面裂纹问题一直伴随着连铸技术的发展，铸坯表面一旦开裂，情况轻的需要精整，增加工序和成本，严重的则产生废品，造成严重损失。铸坯表面裂纹的形成与连铸过程密切相关，由于铸坯在结晶器中顺序结晶，在拉坯方向和厚度方向会形成温度梯度，表面率先结晶形成坯壳，心部则还处于液态或熔融态，由于凝固作用，金属向中心收缩，导致表面受到向铸坯中心的拉应力。同时，铸坯在凝固过程中发生相变，当钢中C含量位于相图中包晶反应区时，随着凝固进行会发生液相和σ-Fe向γ-Fe转变，因此在凝固中不但铸坯表面和中心由于温度不均匀导致的热应力，还有相变不同步导致的相变应力。并且由于相变不均匀易在表面形成凹陷，成为表面裂纹源。与此同时，钢中的P，S等杂质元素和一些合金元素在凝固中易在晶界偏析，也会产生化合物夹杂，导致晶界对应力变得更为敏感。此外铸坯在铸机中行进，收到输送辊，压下辊等的机械作用力，由于这些力大小和作用方式不同也容易在铸坯表面形成裂纹。
[0003]因此，为了避免铸坯裂纹的产生，节约成本，提高成材率，需要从钢中P，S等合金元素的控制出发，严格控制钢液过热度，选择适宜的保护渣，控制结晶器中的液面波动，选择合适的二次冷却工艺参数和拉坯速度等综合着手。同时也需要创新工艺制度和方法在减少热应力，消除偏析以及铸坯表层强化等方面进一步避免表面裂纹的产生。
[0004]当前，一些改善铸坯表面质量的工艺方法有莱芜钢铁(CN1034334638 A)通过合金成分，二次水冷，拉坯矫直等过程共同控制生产的大方坯包晶钢。其通过严格控制钢中C含量与包晶点C含量的差值，减少表面相变时由于相变不均匀而产生的凹陷，避免由此形成裂纹源。首钢集团(CN 102059331 A)采用切割后快速冷却使铸坯表面发生铁素体，珠光体转变，随着相变进行奥氏体晶界迀移C、N化物被保留在铁素体晶内，强化了晶界，随后立刻热装热送，避免乳后裂纹。重庆大学(CN20111016578)就含铝的铝镇静钢热送热装过程中的表面裂纹现象，将连铸坯在连铸辊道上按2-5°C /s的速度快速冷却到500°C以下，避开两相区，并且控制冷却速度消除过大的组织应力，同时避免原奥氏体晶界上析出的碳化物和氮化物造成的晶界脆性。
[0005]可以看出，目前还缺少能防止铸坯表面开裂的有效的技术方案。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种连铸坯冷却处理方法，防止连铸坯在后续加工过程中出现裂纹。
[0007]本发明一种连铸坯冷却处理方法，包括以下步骤:
步骤一、铸坯凝固；铸坯脱离液芯或固液混合态，达到完全凝固；在快速冷却处理前，满足铸坯表面温度900 °C以上，铸坯中心温度1100 °C以上； 步骤二、快速冷却处理;在铸坯表面形成低温层，铸坯表面温度降至Arl?(Arl-300)°C时终止冷却处理，此时铸坯中心温度大于Ar3;
步骤三、返温处理;铸坯表面温度大于或等于Arl时终止返温处理。
[0008]进一步的，步骤二快速冷却处理时铸坯表面的冷却速度为5.5?20°C/s。
[0009]进一步的，步骤二快速冷却处理时的冷却强度大于等于1000W/m2°C。
[0010]进一步的，步骤二的快速冷却处理过程，在连铸坯矫直后的切割前或切割后进行(分别指图1中的位置A、B、C)。
[0011]进一步的，步骤二、步骤三中的快速冷却处理的终止温度和返温处理的终止温度根据铸坯钢种的具体化学成分确定。
[0012]本发明的有益效果为:通过表面快速冷却/返温过程改善铸坯表面组织，增加表面强度和塑性，避免在随后的输送、吊运、堆冷及加热等过程中坯料表面开裂。
【附图说明】
[0013]图1所示为铸坯表面冷却工艺实施示意图。
[0014]图中:1_钢水包、2-中间包、3-结晶器、4-搅拌和震动装置、5-二次冷却装置、6-矫直机、7-铸坯、8-切割装置、9-运输辊道。
【具体实施方式】
[0015]下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
[0016]连铸坯冷却处理的主要工艺流程为:钢液—连铸—铸坯凝固—表面冷却至相变温度以下4返温及回火;如图1所示，钢液在钢水包I中经中间包2进入结晶器3，结晶器3连接有搅拌和震动装置4，之后，经二次冷却装置5后进入矫直机6，铸坯7经切割装置8切割后进入运输棍道9。
[0017]本发明实施例的连铸坯冷却的过程，可在连铸坯矫直后的切割前或切割后(分别指图1中的位置A、B、C)进行。
[0018]本发明一种连铸坯冷却处理方法，包括以下步骤:
步骤一、铸坯凝固；铸坯脱离液芯或固液混合态，达到完全凝固；在快速冷却处理前，满足铸坯表面温度900 °C以上，铸坯中心温度1100 °C以上；
步骤二、快速冷却处理;在铸坯表面形成低温层，铸坯表面温度降至Arl?(Arl-300)°C时终止冷却处理，此时铸坯中心温度大于Ar3;
步骤三、返温处理;铸坯表面温度大于或等于Arl时终止返温处理。
[0019]作为优化，步骤二快速冷却处理时铸坯表面的冷却速度为5.5?20°C/s。为降低铸坯坯料中心部的裂纹敏感性，应使铸坯对称的表面具有相同的冷却速度。冷却速度一般应控制在上述范围内，过低则不能在短时间内将表面冷却至目标温度，冷却的总能耗过大，同时使铸坯平均温度下降幅度过大，影响热送热装温度;冷却速度过大则使表面温度骤低，会加大热应力导致表面开裂。
[0020]为保证铸坯表面的冷却强度，步骤二快速冷却处理时的冷却强度大于等于100W/m2。。。
[0021]步骤二、步骤三中的快速冷却处理的终止温度和返温处理的终止温度根据铸坯钢种的具体化学成分确定。对于不同钢种可以采用不同的冷却终止温度和返温终止温度。对于低碳钢冷却表面冷却至Arl以下，发生铁素体-珠光体或贝氏体转变，增加表层的高温强度和塑性。对于高碳钢，可以冷却至450°C以下，铸坯表面发生马氏体或贝氏体转变，随后返温至Arl以上，产生类似高温回火的效果，生成回火索氏体或回火贝氏体组织，表层强度和塑性得到改善。
[0022]冷却和返温过程结束后，铸坯可以进行切割、热送、进一步加热或堆冷等工艺过程。
[0023]实施例1
采用Q195A1铸坯，铸坯厚度200 mm，冷却时表面温度980°C，中心温度1350°C，冷却强度1000 W/m2°C，表面冷却速度6 °C/s，冷却时间80s，冷却温度500°C，冷却相变层厚度213mm，返温后铸坯表面温度2 910°C，表面为奥氏体组织，晶粒度9级。与为冷却处理相比奥氏体晶粒显著细化，强度和塑性提高，显著阻碍内部裂纹扩展。
[0024]实施例2
采用C-Mn-Nb低合金钢铸坯，铸坯厚度220 mm，冷却时表面温度960°C，中心温度1300°C，冷却强度2000 W/m2°C，表面冷却速度16.2°C/s，冷却时间32s，冷却温度500°C，冷却相变层厚度I 12mm，返温后铸坯表面温度I 780°C，表面为细化铁素体和粒状碳化物。所得表面组织均匀细小，再后续处理中表面可发生充足塑性变形，有利于防止表面开裂。
[0025]实施例3
采用55优碳钢连铸坯，铸坯厚度180 mm，冷却时表面温度980°C，中心温度1350°C，冷却强度4000 W/m2°C，表面冷却速度19.6°C/s，冷却时间32s，冷却温度330°C，冷却层厚度21mm，返温后铸坯表面温度2 7600C，表面为细小的索氏体组织，表层强度达到700MPa，延伸率达到20%，由于塑性显著提高，有利于防止铸坯在堆冷或热装中开裂。
[0026]本发明的有益效果为:通过表面快速冷却/返温过程改善铸坯表面组织，增加表面强度和塑性，避免在随后的输送、吊运、堆冷及加热等过程中坯料表面开裂。
[0027]本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
【主权项】
1.一种连铸坯冷却处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、铸坯凝固；铸坯脱离液芯或固液混合态，达到完全凝固；在快速冷却处理前，满足铸坯表面温度900 °C以上，铸坯中心温度1100 °C以上； 步骤二、快速冷却处理;在铸坯表面形成低温层，铸坯表面温度降至Arl?(Arl-300)°C时终止冷却处理，此时铸坯中心温度大于Ar3; 步骤三、返温处理;铸坯表面温度大于或等于Arl时终止返温处理。2.如权利要求1所述的连铸坯冷却处理方法，其特征在于，步骤二快速冷却处理时铸坯表面的冷却速度为5.5?20°C/s。3.如权利要求1所述的连铸坯冷却处理方法，其特征在于，步骤二快速冷却处理时的冷却强度大于等于1000W/m2°C。4.如权利要求1-3任一项所述的连铸坯冷却处理方法，其特征在于，步骤二的快速冷却处理过程，在连铸坯矫直后的切割前或切割后进行。5.如权利要求1-3任一项所述的连铸坯冷却处理方法，其特征在于，步骤二、步骤三中的快速冷却处理的终止温度和返温处理的终止温度根据铸坯钢种的具体化学成分确定。
【专利摘要】本发明涉及金属材料冷却技术领域，提供了一种连铸坯冷却处理方法，包括以下步骤：步骤一、铸坯凝固；铸坯脱离液芯或固液混合态，达到完全凝固；在快速冷却处理前，满足铸坯表面温度900℃以上，铸坯中心温度1100℃以上；步骤二、快速冷却处理；在铸坯表面形成低温层，铸坯表面温度降至Ar1～（Ar1-300）℃时终止冷却处理，此时铸坯中心温度大于Ar3；步骤三、返温处理；铸坯表面温度大于或等于Ar1时终止返温处理。本发明的有益效果为：通过表面快速冷却/返温过程改善铸坯表面组织，增加表面强度和塑性，避免在随后的输送、吊运、堆冷及加热等过程中坯料表面开裂。
【IPC分类】B22D11/124
【公开号】CN105642853
【申请号】
【发明人】余伟, 李高盛, 王彧薇, 蔡庆伍, 陈银莉, 陈雨来, 张立杰, 刘涛
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月28日