專利名稱：采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于改善鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，通過(guò)施加一低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯微觀組織和高溫力學(xué)性能，本發(fā)明尤其適用于易產(chǎn)生鑄坯角部裂紋、熱送(紅送)裂紋的鋼種。
背景技術(shù)：
在20世紀(jì)90年代各國(guó)相繼實(shí)施的超級(jí)鋼研究計(jì)劃或新一代鋼鐵材料研究計(jì)劃 中，微合金元素的碳氮化物被廣泛應(yīng)用于調(diào)節(jié)形變奧氏體再結(jié)晶行為和阻止晶粒長(zhǎng)大，起到提高鋼材強(qiáng)度和韌性的作用。微合金化技術(shù)現(xiàn)在正被用于更加廣泛的領(lǐng)域，如中碳非調(diào)質(zhì)鋼、重軌鋼、工具鋼等。而隨著微合金鋼的產(chǎn)量大幅提高(翁宇慶，楊才福，尚成嘉.低合金鋼在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì).鋼鐵，2011，46(9) : 1-10)，微合金鋼連鑄坯頻繁出現(xiàn)的缺陷越來(lái)越被關(guān)注，尤其是含鈮微合金鋼。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外冶金工作者將研究的焦點(diǎn)集中在NbCN對(duì)微合金鋼鑄坯高溫延塑性的影響上(朱正海.連鑄、輸送、加熱過(guò)程微合金鋼中第二相析出與固溶行為研究.北京鋼鐵研究總院，2010)。雖然在軋制過(guò)程中，NbCN的析出行為對(duì)提高鋼材的強(qiáng)度和韌性具有非常有益的作用。但是，在連鑄過(guò)程中，當(dāng)鑄坯微觀組織發(fā)生奧氏體Y —鐵素體a相變時(shí)，由于NbCN在a相中的溶度積遠(yuǎn)小于在Y相中，導(dǎo)致NbCN沿、晶界的膜狀先共析a中大量析出，降低了鑄坯高溫延塑性，在鑄坯角部振痕處極易產(chǎn)生角部裂紋(K.Toru，
I.Yoshiki, K.Masayuki et al. Prevention of Slab Surface Transverse Crackingby Microstructure Control. ISIJ International, 2003, 43 (I I) : 1742 -1750 ；
I.Yoshiki, K. Toru, Y. Akihiro. Improvement of hot ductility in continuously caststrand by ferrite precipitation control. TETSU-TO-HAGANE, 2003, 89(10):1023-1030;朱國(guó)森，朱志遠(yuǎn)，王彥鋒等.含鈮鋼板角部橫裂紋的控制.鋼鐵，2006，41(12) :30)。另外夏文勇、朱正海等人(夏文勇，朱正海，干勇.微合金鋼紅送裂紋形成的試驗(yàn)研究.鋼鐵，2011. 46(12) :29-32)研究表明，微合金鋼的熱送裂紋也與NbCN沿、晶界的膜狀先共析a析出有關(guān)。這些問(wèn)題產(chǎn)生的根源就在于NbCN的析出行為受到了 Y — a相變的影響。那么如果改變NbCN的析出行為并反過(guò)來(lái)影響Y — a相變，就有可能提高微合金鋼鑄坯的高溫延塑性。目前，鋼鐵廠的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的鑄坯角部裂紋和熱送裂紋，實(shí)際采用的解決方法是對(duì)于角部裂紋，一般采用鑄坯下線后人工火焰清理或切除角部的方法，該方法不但降低了生產(chǎn)的效率，而且提高了生產(chǎn)的成本；對(duì)于熱送裂紋，一般采用鑄坯冷卻后再送加熱爐加熱的方法，該方法不但影響了生產(chǎn)的順行，而且高溫鑄坯所含的大量熱量被浪費(fèi)。現(xiàn)有研究中，人們對(duì)于如何干預(yù)NbCN析出行為從而改變其與Y — a相變的相互作用，研究的非常少。國(guó)外僅 Toru、Yoshiki 等(K. Toru, I. Yoshiki, K. Masayuki et al.Prevention of Slab Surface Transverse Cracking by Microstructure Control. ISIJInternational, 2003,43 (11):1742 -1750 ；I. Yoshiki, K. Toru, Y. Akihiro. Improvementof hot ductility in continuously cast strand by ferrite precipitationcontrol. TETSU-TO-HAGANE, 2003, 89 (10) : 1023-1030)進(jìn)行了 這方面的研究，他們通過(guò)研究指出，改變鑄坯表面的熱履歷可以改善含Nb微合金鋼鑄坯的高溫延塑性(主要是第III脆性區(qū))。具體過(guò)程為將鑄坯表面溫度從高溫區(qū)域以極快速率冷卻至Y — a相變點(diǎn)以下，由于過(guò)冷和a相的生成，NbCN在Y + a相中快速析出。再將鑄坯表面溫度在極短時(shí)間內(nèi)加熱至、區(qū)域，然后溫度再次下降，高溫固溶時(shí)部分殘存的NbCN將成為a相析出的形核點(diǎn)，由此抑制膜狀a相沿Y相晶界生成，形成塑性較好的顯微組織。這種方法取得了較好的效果，為改善含Nb微合金鋼鑄坯的高溫延塑性提供了新思路，但因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)溫度波動(dòng)過(guò)于劇烈，可控性不佳，實(shí)施難度較大，容易形成新的質(zhì)量 缺陷，所以尚未能大面積推廣使用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的一些學(xué)者嘗試在脈沖電流作用下改善固相金屬材料的組織，并取得了一些成果。Conrad. H 發(fā)現(xiàn)(Conrad, H. Effects of electric current onsolid state phase transformations in metals. Materials Science & EngineeringA (Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing), 2000)脈沖電流對(duì)固態(tài)金屬中的析出相的析出行為具有顯著影響，主要的影響因素為材料類型、電流密度、電流頻率。Yang Liu 認(rèn)為(Yang Liu, Lei Wang, Yuchen Wang, et al. Effectsof Electropulsing Treatment on the Precipitation Behaviour of Grain BoundaryCarbides in GH3044 Alloy. Materials Science Forum, Switzerland: Trans TechPublications Ltd, 2010)脈沖電流對(duì)GH3044合金中碳化物析出是有影響的，脈沖處理改變了碳化物析出的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，選擇合適的脈沖參數(shù)，有利于碳化物的析出，表現(xiàn)為開(kāi)始析出溫度降低，析出相的總量增加。王建軍等(王建軍，周俐，李強(qiáng)等.脈沖電流對(duì)鋼凝固組織的影響.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2007，19 (5) :49-53)研究發(fā)現(xiàn)脈沖電流處理能夠提高等軸晶形核率，細(xì)化晶粒，對(duì)改善連鑄坯凝固組織具有顯著效果。此外，中國(guó)專利號(hào)ZL200810151116.X，授權(quán)公告日為2010年10月27日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種采用高壓電脈沖改善碳鋼凝固組織的方法，該申請(qǐng)案的方法是在連續(xù)鑄鋼的中間包和連續(xù)鑄鋼的結(jié)晶器中或者在模鑄的鑄型中，對(duì)碳鋼凝固過(guò)程或凝固前施加一選定的高壓電脈沖，所述高壓脈沖的參數(shù)為脈沖電壓1000疒3900V，脈沖頻率0. 50Hz I. 50Hz，脈沖電容100 u F飛00 u F。該方法尤其適應(yīng)于改善凝固組織中晶粒粗大，樹枝晶發(fā)達(dá)，易產(chǎn)生成分偏析的鋼種，以增加金屬凝固的形核率，減少樹枝晶，增加等軸晶，減少凝固組織的內(nèi)裂紋、縮孔和疏松，改善成份偏析。上述方法是采用脈沖電流改善凝固組織，其所稱的凝固組織指鋼水在凝固過(guò)程中形成的樹枝晶、等軸晶、疏松和偏析等宏觀組織形貌，在低倍(〈10倍)狀態(tài)下通過(guò)酸蝕即可觀察到。且該申請(qǐng)案中采用的脈沖電壓為1000疒3900V的高壓電脈沖，電力消耗較大。但至今，尚未有研究者將脈沖電流處理應(yīng)用于改善冶金過(guò)程連鑄坯的微觀組織，本發(fā)明中所稱的微觀組織指鋼水凝固之后隨溫度變化的固相微觀組織，即在顯微鏡下當(dāng)放大倍數(shù)50倍以上時(shí)觀察到的碳在a — Fe或Y — Fe中形成的固溶體,通常稱為鐵素體(a )、奧氏體(Y )。特別指出的是鑄坯的微觀組織與鑄坯的凝固組織是完全不同的兩個(gè)概念。此外，現(xiàn)有技術(shù)中含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的問(wèn)題急需解決，以提高含鈮鋼鑄坯質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
I.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的含鈮低碳鋼在鑄坯角部振痕處極易產(chǎn)生角部裂紋，以及熱送(紅送)裂紋的不足，提供一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，本發(fā)明通過(guò)抑制含鈮鋼鑄坯在冷卻過(guò)程中先共析鐵素體網(wǎng)膜在奧氏體晶界的形成，提高鑄坯的力學(xué)性能，減少鑄坯缺陷。2.技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
本發(fā)明的一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，是當(dāng)含鈮鋼鑄坯在進(jìn)入矯直區(qū)前或者鑄坯出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)上述的含鈮鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數(shù)為脈沖電壓2 20V，脈沖電流30 120A，脈沖頻率15 40 Hz0更進(jìn)一步地，對(duì)所述的含鈮鋼鑄坯施加脈沖電流時(shí)，含鈮鋼鑄坯的溫度為1000 750。。。更進(jìn)一步地，所述的含鈮鋼為《 [C]〈0. 25%的含鈮低碳鋼，其中0. 01% ( w [Nb] ( 0. 40%o采用本發(fā)明的方法對(duì)含鈮鋼鑄坯施加低壓脈沖電流后，鑄坯中具體的相變過(guò)程推測(cè)如下對(duì)鑄坯進(jìn)行脈沖電流處理后，促進(jìn)了鑄坯中析出相NbCN的析出，當(dāng)鑄坯溫度降至A3點(diǎn)(奧氏體/鐵素體相變點(diǎn))以下，鑄坯內(nèi)的微觀組織開(kāi)始奧氏體Y —鐵素體a相變，之前析出的NbCN能夠在奧氏體晶粒內(nèi)向鐵素體的形核提供大量的形核質(zhì)點(diǎn)，使得鐵素體能夠在奧氏體晶粒內(nèi)形核析出，改變鐵素體僅在奧氏體晶界形核析出的特點(diǎn)，從而抑制奧 氏體晶界的膜狀鐵素體的生成。通過(guò)這種方法可以改變含鈮低碳鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學(xué)性能，減少鑄坯的角部裂紋和熱送(紅送)裂紋。3.有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果
(1)本發(fā)明通過(guò)在含鈮鋼鑄坯進(jìn)入矯直區(qū)前或者鑄坯出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)鑄坯施加一脈沖電流，改變了鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯的力學(xué)性能，鑄坯角部振痕處的角部裂紋減少80%以上，熱送裂紋減少90%以上，有效減少了鑄坯缺陷；
(2)本發(fā)明在實(shí)施脈沖電流處理的位置合理，不影響正常的生產(chǎn)，且不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，不需要添加合金元素，對(duì)鑄坯及設(shè)備無(wú)污染，是一項(xiàng)環(huán)保安全的減少鑄坯缺陷的新技術(shù)；
(3)本發(fā)明用于改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的脈沖電壓為2 20V的低壓脈沖，脈沖電壓小于36V,安全可靠,且用電量??；
(4)本發(fā)明的方法中，當(dāng)含鈮鋼鑄坯的溫度為1000 750°C時(shí)施加脈沖電流，最為合適，鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的去除效果最好；
(5)本發(fā)明改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，且工藝簡(jiǎn)單，操作方便。


圖I是實(shí)施例I中未經(jīng)過(guò)脈沖電流處理的Q345微觀組織圖片；
圖2是實(shí)施例I中采用本發(fā)明的脈沖電流處理的Q345微觀組織圖片。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，本發(fā)明的方法適用鋼種含鈮低碳鋼(ω [C]〈0. 25%)，其中O. 01% ( ω [Nb] ( O. 40%。使用本發(fā)明的方法以抑制奧氏體晶界先共析鐵素體膜的形成，改變鑄坯的微觀組織，提高高溫力學(xué)性能，從而減少鑄坯角部裂紋、熱送裂紋。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)在于脈沖電流處理的位置以及脈沖電流的參數(shù)設(shè)計(jì)。實(shí)施例I
本實(shí)施例的材料為Q345鋼(其主要化學(xué)成分為0. 099%C、0. 181%Si、I. 339%Mn、O. 011%P、0. 003%S、0. 024%Nb、0. 0048%N),首先使用中頻真空感應(yīng)爐冶煉并澆鑄得到Q345成分的鑄坯，再將鑄坯切割成15X15X15mm3的小塊試樣，通過(guò)導(dǎo)線連接至脈沖電源裝置，然后把試樣放入箱式電阻爐，在1200°C保溫Ih后，以6°C /min的速率降溫，當(dāng)試樣溫度降至950°C時(shí)開(kāi)始脈沖電流處理，具體參數(shù)為脈沖電壓5V，脈沖電流60A，脈沖頻率30Hz，當(dāng)試樣溫度降至750°C時(shí)，停止脈沖電流處理，并取出試樣在NaCl濃度10%的水溶液中淬火。其微觀組織如圖2所示。為對(duì)比說(shuō)明本發(fā)明用于改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的顯著效果，進(jìn)行一次不采用脈沖電流處理的對(duì)比試驗(yàn)。本對(duì)比例的材料為Q345鋼(其主要化學(xué)成分為O. 099%C、0. 181%Si、l. 339%Μη、0· 011%Ρ、0· 003%S、0. 024%Nb、0. 0048%N),首先使用中頻真空感應(yīng)爐冶煉并澆鑄得到Q345成分的鑄坯，再將鑄坯切割成小塊試樣，然后把試樣放入箱式電阻爐，在1200°C保溫Ih后，以6°C /min的速率降溫，當(dāng)溫度降至750°C時(shí)取出試樣在NaCl濃度10%的水溶液中淬火。其微觀組織如圖I所示。由圖I和圖2可以清楚的看出，未經(jīng)脈沖電流處理時(shí)，白色先共析鐵素體以膜狀的形式存在于奧氏體晶界，奧氏體晶粒內(nèi)無(wú)鐵素體；經(jīng)脈沖電流處理后，大部分的鐵素體是在奧氏體晶粒內(nèi)析出的，并呈彌散分布。從兩者的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，脈沖電流處理有效的改變了絕大部分的先共析鐵素體的形核位置，抑制了奧氏體晶界膜狀先共析鐵素體的形成，改變了鑄坯的微觀組織，從而可有效改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋。實(shí)施例2
本實(shí)施例的材料為Q345鋼(其主要化學(xué)成分為0. 12%C、0. 185%Si、l. 37%Mn、0. 009%P、
0.004%S、0. 035%Nb、0. 0052%N),鑄坯斷面為 210mmX 1800mm,澆注溫度為 1535 °C，拉速為
1.lm/min。脈沖電流裝置安裝在鑄機(jī)東側(cè)，從鑄坯矯直前，沿拉坯方向安裝了六處，對(duì)鑄坯角部進(jìn)行脈沖電流處理，在鑄還寬面方向延伸150mm,窄面方向延伸100mm。本實(shí)施例中的 脈沖電壓20V，脈沖電流100A，脈沖頻率20Hz。脈沖電流開(kāi)始處理時(shí)，實(shí)測(cè)鑄坯角部溫度1002°C，結(jié)束處理時(shí)鑄坯角部溫度765°C。鑄坯切割后，將鑄坯東側(cè)角部(有脈沖電流處理)和西側(cè)角部(無(wú)脈沖電流處理)切割、酸洗并進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明東側(cè)角部的裂紋相對(duì)西側(cè)減少82%，脈沖電流處理有效減少了鑄坯角部裂紋，提高了鑄坯質(zhì)量。實(shí)施例3
本實(shí)施例的基本處理方法同實(shí)施例2，不同之處在于本實(shí)施例中的脈沖電壓為2V，脈沖電流120A，脈沖頻率40 Hz，處理的效果基本同實(shí)施例2，對(duì)改善鑄坯角部裂紋具有顯著效果。實(shí)施例4
本實(shí)施例的材料為Q345鋼(其主要化學(xué)成分為0. 12%C、0. 185%Si、l. 37%Mn、0. 009%P、
0.004%S、0. 035%Nb、0. 0052%N),鑄坯斷面為 210mmX 1800mm,澆注溫度為 1535 °C，拉速為 1.lm/min。脈沖電流裝置安裝在鑄坯切割后的輸送輥道兩側(cè)，從鑄坯切割后開(kāi)始，沿輥道輸送方向安裝了八處，對(duì)鑄坯寬面進(jìn)行脈沖電流處理。本實(shí)施例中的脈沖電壓3V，脈沖電流70A,脈沖頻率40Hz。脈沖電流開(kāi)始處理時(shí)，實(shí)測(cè)鑄坯寬面中心溫度860°C，結(jié)束處理時(shí)鑄坯寬面中心溫度755°C。鑄坯經(jīng)輥道熱送進(jìn)入加熱爐后進(jìn)行軋制，軋后鋼板表面經(jīng)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明與無(wú)脈沖處理的熱送鑄坯所軋制的鋼板對(duì)比，鋼板表面裂紋減少94%，脈沖電流處理有效減少了鑄坯表面熱送(紅送)裂紋，提高了鑄坯和鋼板質(zhì)量。實(shí)施例5
本實(shí)施例的基本處理方法同實(shí)施例4,不同之處在于本實(shí)施例中的脈沖電壓為20V,脈沖電流30A，脈沖頻率15Hz，處理的效果基本同實(shí)施例4，對(duì)改善鑄坯熱送(紅送)裂紋具有顯著效果。本發(fā)明的一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，通過(guò)施加低壓脈沖電流，改變含鈮低碳鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學(xué)性能，從而有效減少了鑄坯的角部裂紋和熱送(紅送)裂紋，且本發(fā)明的方法不影響正常的生產(chǎn)，且不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，不需要添加合金元素，對(duì)鑄坯及設(shè)備無(wú)污染，對(duì)人員無(wú)危害，是一項(xiàng)環(huán)保安全的減少鑄坯缺陷的新技術(shù)。以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，其特征在于當(dāng)含鈮鋼鑄坯在進(jìn)入矯直區(qū)前或者鑄坯出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)上述的含鈮鋼鑄坯施加ー脈沖電流，所述的脈沖電流參數(shù)為脈沖電壓2 20V，脈沖電流30 120A，脈沖頻率15 40Hz0
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，其特征在于對(duì)所述的含鈮鋼鑄坯施加脈沖電流時(shí)，含鈮鋼鑄坯的溫度為1000 750 °C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，其特征在干所述的含鈮鋼為《[C]〈0.25%的含鈮低碳鋼，其中O.01% く ω [Nb] く O. 40%O
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，屬于改善鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是當(dāng)含鈮鋼鑄坯在進(jìn)入矯直區(qū)前或者鑄坯出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)上述的含鈮鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數(shù)為脈沖電壓2～20V，脈沖電流30～120A，脈沖頻率15～40Hz；所述的含鈮鋼為ω[C]<0.25%的含鈮低碳鋼，其中0.01%≤ω[Nb]≤0.40%。本發(fā)明通過(guò)施加低壓脈沖電流，改變了含鈮低碳鋼鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯高溫力學(xué)性能，從而有效減少了鑄坯的角部裂紋和熱送(紅送)裂紋，且本發(fā)明的方法不影響正常的生產(chǎn)，且不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，不需要添加合金元素，對(duì)鑄坯及設(shè)備無(wú)污染，對(duì)人員無(wú)危害，是一項(xiàng)環(huán)保安全的減少鑄坯缺陷的新技術(shù)。
文檔編號(hào)C21D10/00GK102703679SQ20121020302
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者朱正海, 韋莉 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)