一種生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬連續(xù)鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種采用快速冷卻及非對稱大壓下生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法。該方法的連鑄坯在結(jié)晶器(1)下方依次經(jīng)過垂直段(2)、弧形段(3)、矯直段(4)和水平段(5)，通過在鑄機(jī)的二次冷卻區(qū)域?qū)嵤┛焖倮鋮s和非對稱性大壓下，該快速冷卻工藝使得彎曲或矯直前實(shí)現(xiàn)鑄坯表層的鐵素體化過程，并確保第二相粒子在晶內(nèi)與晶界均衡析出，改善了鑄坯的表層組織，同時(shí)該非對稱性大壓下工藝可增加坯料芯部的變形，防止了彎曲和矯直過程中特厚鑄坯表面裂紋的發(fā)生，同時(shí)改善了特厚鑄坯的中心偏析與中心疏松。本發(fā)明能更好地改善特厚板連鑄坯的表面質(zhì)量和中心質(zhì)量，使特厚板鑄坯可實(shí)現(xiàn)低壓縮比軋制生產(chǎn)120mm厚以上特厚鋼板。
【專利說明】一種生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬連續(xù)鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種采用快速冷卻及非對稱大壓下的生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]特厚板廣泛用于海洋平臺、造船、核電、鍋爐、壓力容器、高壓力管線、水利、橋梁、機(jī)械模具、建筑及重要結(jié)構(gòu)等特厚板產(chǎn)品，而特厚板一般是采用模鑄鑄坯開坯后軋制或是采用復(fù)合坯軋制的方法，通過合理的壓縮比保證了板材芯部的性能。
[0003]目前，國內(nèi)生產(chǎn)特厚板(彡10mm厚的鋼板)主要采用模鑄鋼錠或電渣重熔鋼錠法來生產(chǎn)，比如舞鋼、寶鋼和營口厚板廠等，以及用復(fù)合鑄坯法來生產(chǎn)特厚板，如柳鋼和濟(jì)鋼等。通過模鑄工藝來生產(chǎn)特厚鋼板具有能耗高、生產(chǎn)率較低、金屬成材率低、環(huán)境污染大等特點(diǎn)，因而不適合當(dāng)前綠色冶金的發(fā)展方向。
[0004]采用連鑄坯生產(chǎn)特厚板(彡50mm厚的鋼板)一般會受到以下兩個方面的影響:1)板厚方向的力學(xué)性能，鋼錠的V形偏析、倒V形偏析和連鑄坯的中心偏析會因鋼水成分富集程度不同而影響鋼板芯部的強(qiáng)度和韌性；2)由于軋制壓縮比偏低，鋼錠坯中微細(xì)孔隙會影響鋼板的內(nèi)部質(zhì)量；3)高品質(zhì)特厚板對厚度方向的力學(xué)性能及均勻性都有嚴(yán)格的要求，如板厚方向拉伸、Z向抗撕裂性和Z向沖擊韌性等。
[0005]隨著連鑄坯厚度不斷增加，使用連鑄坯生產(chǎn)特厚板(彡10mm厚的鋼板)的制造技術(shù)成為一個重要的發(fā)展方向。為避免坯料內(nèi)部組織疏松和偏析等缺陷向板材延伸，特厚板軋制時(shí)需要采用高溫、低速、大壓下工藝，特別是需要較大的壓下率來增強(qiáng)坯料芯部的變形，而單道次的大壓下率對工作輥材料和尺寸、主電機(jī)的功率都有更高的要求，這樣才能保證每道次都在較高的壓下率進(jìn)行軋制。目前我國現(xiàn)有的連鑄機(jī)可穩(wěn)定生產(chǎn)出最大厚度420mm的連鑄坯，雖然能保證軋制壓縮比大于3，但由于軋機(jī)裝備能力(軋制力、電機(jī)扭矩等)的限制難以實(shí)現(xiàn)單道次較大的壓下量和變形率，不能完全消除鑄坯中心的偏析與疏松對10mm厚以上鋼板的芯部質(zhì)量的影響。因此要提高低軋制壓縮比下特厚板的中心性能，就必須提高連鑄坯的中心質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法，通過在鑄機(jī)的冷卻區(qū)域?qū)嵤┛焖倮鋮s和非對稱性大壓下，改善特厚板鑄坯的表層組織、中心偏析與中心疏松，提高特厚板連鑄坯的表面質(zhì)量和中心質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)低壓縮比軋制生產(chǎn)120_厚以上特厚鋼板。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法，連鑄坯在結(jié)晶器I下方依次經(jīng)過垂直段2、弧形段3、矯直段4和水平段5，所述方法包括如下快速冷卻和非對稱性壓下步驟:
[0009]a.在連鑄坯彎曲或矯直前實(shí)施快速冷卻，其中，
[0010]在所述垂直段2上部實(shí)施快速冷卻，使鑄坯表面的冷卻速率達(dá)到5_15°C /s，提高該區(qū)域的冷卻強(qiáng)度，使鑄坯表面溫度快速降到700°C以下，同時(shí)，在垂直段2的下端實(shí)施弱冷，使進(jìn)入弧形段3的鑄坯表面溫度回升到950°C以上；或者在矯直段4之前實(shí)施快速冷卻工藝，并且使矯直段4內(nèi)的鑄坯表面溫度回升到900°C以上；
[0011]b.連鑄還非對稱性大壓下,其中，
[0012]在鑄坯的凝固末端或全凝固初期，通過連鑄機(jī)的扇形段3、矯直段4和水平段5的框架對鑄還施以3-15mm/m的非對稱大壓下量，和/或
[0013]在鑄機(jī)的凝固末端位置之前，即在矯直段4或水平段凝固末端快冷區(qū)7實(shí)施表面快速冷卻，在凝固末端的兩個或三個扇形區(qū)采用非對稱性大壓下，壓下量為3-15mm/m，和/或
[0014]獨(dú)立應(yīng)用于鑄機(jī)出口的任一位置，在特厚板連鑄機(jī)的出口或切割之后采用非對稱性大壓下。
[0015]所述步驟a中，在彎曲或矯直前實(shí)現(xiàn)鑄坯表面的鐵素體化過程，并確保第二相粒子在晶內(nèi)與晶界均衡析出。
[0016]所述步驟a中，快速冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度范圍為800-4000w/m2/°C，鑄坯表面的冷卻速率達(dá)到5-15°C /s，冷卻介質(zhì)可采用純水冷卻或氣霧冷卻。
[0017]使用板坯連鑄機(jī)或方坯連鑄機(jī)進(jìn)行快速冷卻控制，對于板坯連鑄機(jī)，鑄機(jī)拉速在0.4m/min-l.5m/min, 二冷區(qū)的比水量為0.45-1.51/Kg ;對于方坯連鑄機(jī)，鑄機(jī)拉速在0.6m/min-2.8m/min，二冷區(qū)的比水量為 0.25-1.01/Kg。
[0018]所述步驟b中，控制鋼水過熱度在10-30°C,鑄機(jī)工作拉速在0.4m/min-l.5m/min,二比水量為0.45-1.51/Kg,同時(shí)在壓下段前一段與當(dāng)前段實(shí)施鑄坯表面強(qiáng)制冷卻控制。
[0019]所述連鑄坯非對稱性大壓下工藝壓下率為0.025-0.12mm/s。
[0020]所述非對稱性大壓下采用非對稱性壓下框架11。
[0021]鑄機(jī)扇形段輥列為大小輥對的設(shè)計(jì)，即采用五對輥或三對輥的非對稱輥，使得在壓下過程中實(shí)現(xiàn)鑄坯中心的非對稱變形。
[0022]該方法中的非對稱性輥對的非對稱性壓下為下列操作或其組合:a.鑄坯變形非對稱性；b.鑄坯溫度非對稱性；c.壓下輥的直徑或輥速非對稱性。
[0023]該方法用于厚度100-120_或更厚的特厚板連鑄坯生產(chǎn)。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]I)通過降低鑄坯的表面溫度提高了鑄坯表層的強(qiáng)度，使鑄坯壓下過程的變形向鑄坯中心傳遞，同時(shí)非對稱大變形量的壓下過程也對鑄坯的中心產(chǎn)生較大的剪切變形，從而實(shí)現(xiàn)特厚板連鑄坯的中心質(zhì)量控制。
[0026]2)快速冷卻裝置主要針對連鑄二冷的噴淋架與管路的改造，對鑄機(jī)扇形段結(jié)構(gòu)無明顯改動，且快速冷卻區(qū)域可靈活調(diào)整，快速冷卻裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)鑄坯表面溫度的控制。
[0027]3)通過非對稱輥對的設(shè)計(jì),利用上下輥對鑄坯施加較大的剪切力，在鑄坯的中心產(chǎn)生較大的剪切變形，從而實(shí)現(xiàn)鑄坯中心的軋制變形，使鑄坯中心組織更均勻、晶粒更細(xì)小，可以有效控制特厚板連鑄坯的中心偏析與疏松，消除鑄坯中心的鑄態(tài)組織，提高鑄坯中心的各向同性，也可生產(chǎn)壓縮比較小的板材，并具備與現(xiàn)有扇形段互換的功能。
[0028]4)也可在鑄機(jī)扇形段之后或鑄坯切割之后設(shè)計(jì)安裝一組非對稱性大變形壓下框架，從而實(shí)現(xiàn)連鑄坯的非對稱性壓下。
[0029]5)本發(fā)明主要是改善了特厚板連鑄坯的中心質(zhì)量和表面缺陷，為生產(chǎn)120mm厚特厚板的特厚連鑄坯母材提供技術(shù)保障。
[0030]6)非對稱大壓下與傳統(tǒng)的連鑄機(jī)輕壓下機(jī)理不同，傳統(tǒng)的輕壓下工藝由于傳遞到鑄坯中心的變形量較小，同時(shí)凝固末端的大壓下還受到壓下位置精度的影響，因此這種壓下工藝對于改善鑄還中心的疏松和偏析仍存在一定的不足。非對稱大壓下工藝與軋制工藝也存一點(diǎn)不同，即鑄坯內(nèi)部的溫度分布不同，軋制過程中鑄坯內(nèi)外溫度差小，而非對稱壓下過程中鑄坯內(nèi)外溫度大，這樣壓下過程的變形更容易向溫度高的芯部集中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的連鑄機(jī)快速冷卻和非對稱壓下位置圖
[0032]圖2為本發(fā)明的非對稱性輥對框架示意圖。
[0033]【主要組件符號說明】
[0034]1 結(jié)晶器2 垂直段(零段)
[0035]3 弧形段(扇形段)4 矯直段
[0036]5 水平段
[0037]6 垂直段快冷區(qū)
[0038]7 水平段凝固末端快冷區(qū)
[0039]8 水平段凝固末端非對稱壓下區(qū)
[0040]9 鑄機(jī)出口或切割后非對稱壓下區(qū)
[0041]10 連鑄坯
[0042]11 非對稱性輥對框架

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明，本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0044]在連鑄坯軋制過程中，通常鑄坯內(nèi)外溫度幾乎一致，而在連鑄機(jī)內(nèi)，鑄坯表面溫度比芯部溫度約低300-400°C，此時(shí)鑄坯內(nèi)熱外冷、內(nèi)軟外硬，因此，壓下過程中坯料的變形更趨于向中心集中。常規(guī)板坯連鑄機(jī)凝固末端輕壓下工藝的壓下量為4-5mm，壓下率約為0.6-1.0mm/m，對應(yīng)的壓下速率約為0.01-0.02mm/s，而特厚板連鑄機(jī)大壓下工藝產(chǎn)生的壓下率和壓下速率分別可達(dá)到3-15mm/m、0.025-0.12mm/s。目前特厚板連鑄機(jī)動態(tài)輕壓下的最大壓下量為10-12mm，最大壓下率約為1.25mm/m，對應(yīng)的壓下率約為0.013%。
[0045]常規(guī)板坯在軋制過程中的最大變形率為15% -20%，對于軋制厚度大于90mm的鋼板在軋制過程中的最大壓下率小于10%。與軋制過程壓下10mm(壓下率5mm/m)時(shí)坯料中心的變形相比，扇形段內(nèi)鑄坯大壓下10mm時(shí)坯料中心節(jié)點(diǎn)的總應(yīng)變量由0.021增加到0.157，此時(shí)厚度方向的應(yīng)變量分別為0.020,0.138，表面強(qiáng)冷后，鑄坯中心節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變量增加到0.164，因此連鑄過程鑄坯的大壓下使坯料中心產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)大于軋制過程，表面強(qiáng)冷更有利于坯料中心的變形。
[0046]如圖1所示，為本發(fā)明的連鑄機(jī)快速冷卻和非對稱壓下位置圖，其中，在特厚板連鑄機(jī)凝固末端，結(jié)晶器I下方依次為垂直段(零段)2、弧形段(扇形段)3、矯直段4和水平段5。
[0047]I)連鑄坯彎曲或矯直前實(shí)施快速冷卻，其原理是在彎曲或矯直前實(shí)現(xiàn)鑄坯表面的鐵素體化過程，并確保第二相粒子在晶內(nèi)與晶界均衡析出；在鑄坯非對稱大壓下過程，降低表面溫度還可以使鑄坯的變形向芯部延伸。
[0048]在所述垂直段2上部即垂直段快冷區(qū)6實(shí)施快速冷卻，使鑄坯表面的冷卻速率達(dá)到5-15°C /s，提高該區(qū)域的冷卻強(qiáng)度，使鑄坯表面溫度快速降到700°C以下，同時(shí)，在垂直段2的下端實(shí)施弱冷，使進(jìn)入弧形段3的鑄坯表面溫度回升到950°C以上，使特厚板坯在彎曲之前完成一次鐵素體化過程，從而提高鑄坯表面的組織和強(qiáng)度，防止鑄坯表面裂紋的產(chǎn)生。或者在矯直段4之前實(shí)施快速冷卻工藝，并且使矯直段4內(nèi)的鑄坯表面溫度回升到900°C以上，避免矯直裂紋的產(chǎn)生。
[0049]依據(jù)快速冷卻區(qū)的長度與冷卻強(qiáng)度要求，快速冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度范圍為800-4000w/m2/°C，鑄坯表面的冷卻速率達(dá)到5_15°C /s，冷卻介質(zhì)可采用純水冷卻或氣霧冷卻；通用于現(xiàn)有的板坯和方坯連鑄機(jī)進(jìn)行快速冷卻控制，對于板坯連鑄機(jī)，鑄機(jī)拉速在0.4m/min-l.5m/min, 二冷區(qū)的比水量為0.45-1.51/Kg ;對于方坯連鑄機(jī)，鑄機(jī)拉速在0.6m/min-2.8m/min，二冷區(qū)的比水量為 0.25-1.01/Kg。
[0050]2)連鑄坯非對稱性大壓下，降低鑄坯的中心偏析及消除中心疏松。
[0051]在鑄坯的凝固末端或全凝固初期，通過連鑄機(jī)的扇形段3、矯直段4和水平段5的框架對鑄還施以3-15mm/m的非對稱大壓下量，利用五對或三對非對稱棍的非對稱壓下，實(shí)現(xiàn)在鑄坯中心產(chǎn)生較大的變形，降低鑄坯的中心偏析及消除中心疏松。根據(jù)特厚板坯鑄機(jī)的特點(diǎn)，控制鋼水過熱度在10-30°C，鑄機(jī)工作拉速在0.4m/min-l.5m/min，二冷比水量為0.45-1.51/Kg,同時(shí)在壓下段前一段與當(dāng)前段實(shí)施鑄坯表面強(qiáng)制冷卻控制。
[0052]其中，非對稱性大壓下可以是鑄坯變形非對稱性、鑄坯溫度非對稱性、以及壓下輥的直徑或輥速非對稱性。所述連鑄坯非對稱性大壓下，還可應(yīng)用于連鑄機(jī)水平段5間的扇形區(qū)或鑄機(jī)外部似扇形區(qū)的壓下框架。
[0053]3)在鑄機(jī)的凝固末端位置之前，即在矯直段4或水平段凝固末端快冷區(qū)7實(shí)施表面快速冷卻；在凝固末端的兩個或三個扇形段，即在水平段凝固末端非對稱壓下區(qū)8，采用非對稱性大壓下，壓下量為3-15mm/m，使鑄坯的中心產(chǎn)生較大的剪切變形，從而達(dá)到消除或減小鑄坯的中心偏析、消除中心疏松的效果。
[0054]4)在特厚板連鑄機(jī)的出口或切割之后，即在鑄機(jī)出口或切割后非對稱壓下區(qū)9設(shè)置非對稱性壓下框架，對特厚板連鑄坯實(shí)施大壓下，從而在鑄坯的中心產(chǎn)生較大的變形量，提聞鑄還的中心質(zhì)量。
[0055]圖2為所述非對稱性輥對框架的示意圖。其中，非對稱輥對設(shè)計(jì)主要是針對扇形段內(nèi)三對或五對輥的輥徑進(jìn)行大小輥設(shè)計(jì)，通過不同輥徑向鑄坯內(nèi)傳遞力的路徑與大小的不同，實(shí)現(xiàn)非對稱輥對對連鑄坯10中心產(chǎn)生一定的剪切變形。扇形段非對稱輥對的輥徑比依據(jù)鑄坯凝殼厚度及溫度的不同可以設(shè)計(jì)成1-5，從而實(shí)現(xiàn)連鑄坯10中心剪切變形量的控制。
[0056]通過對鑄機(jī)扇形段輥列進(jìn)行大小輥對的設(shè)計(jì)，將七輥改造成五對輥或三對輥的非對稱性輥對框架11，在壓下過程中實(shí)現(xiàn)連鑄坯10中心的非對稱變形。該扇形段可單獨(dú)用于全凝固后的任一水平段，也可自由組合成多個扇形段對鑄坯實(shí)施非對稱性大變形壓下，該非對稱性輥對扇形段可與常規(guī)扇形段互換通用。該壓下框架也可獨(dú)立應(yīng)用于鑄機(jī)出口的任一位置(鑄機(jī)出口或切割后)。
[0057]本發(fā)明可以改善鑄坯過彎曲與矯直時(shí)鑄坯的表面組織與性能，防止彎曲與矯直過程中表面裂紋的發(fā)生；同時(shí)利用凝固末端的非對稱大壓下與快冷技術(shù)、結(jié)合全凝固后的非對稱變形工藝，實(shí)現(xiàn)鑄坯中心的鑄軋，可以明顯改善特厚板鑄坯中心的凝固組織特性，可為120mm厚以上特厚鋼板的中心質(zhì)量提供質(zhì)量保證。
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)特厚板連鑄坯的方法，連鑄坯在結(jié)晶器(I)下方依次經(jīng)過垂直段(2)、弧形段(3)、矯直段(4)和水平段(5)，其特征在于:所述方法包括如下快速冷卻和非對稱性壓下步驟: a.在連鑄坯彎曲或矯直前實(shí)施快速冷卻，其中， 在所述垂直段(2)上部實(shí)施快速冷卻，使鑄坯表面的冷卻速率達(dá)到5-15°C /s，提高該區(qū)域的冷卻強(qiáng)度，使鑄坯表面溫度快速降到700°C以下，同時(shí)，在垂直段(2)的下端實(shí)施弱冷，使進(jìn)入弧形段(3)的鑄坯表面溫度回升到950°C以上；或者在矯直段(4)之前實(shí)施快速冷卻工藝，并且使矯直段(4)內(nèi)的鑄坯表面溫度回升到900°C以上； b.連鑄坯非對稱性大壓下,其中， 在鑄坯的凝固末端或全凝固初期，通過連鑄機(jī)的扇形段(3)、矯直段(4)和水平段(5)的框架對鑄還施以3-15mm/m的非對稱大壓下量，和/或 在鑄機(jī)的凝固末端位置之前，即在矯直段(4)或水平段凝固末端快冷區(qū)(7)實(shí)施表面快速冷卻，在凝固末端的兩個或三個扇形段采用非對稱性大壓下，壓下量為3-15mm/m，和/或 獨(dú)立應(yīng)用于鑄機(jī)出口的任一位置，在特厚板連鑄機(jī)的出口或切割之后采用非對稱性大壓下。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟a中，在彎曲或矯直前實(shí)現(xiàn)鑄坯表面的鐵素體化過程，并確保第二相粒子在晶內(nèi)與晶界均衡析出，改善鑄坯表層的組織與性倉泛。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟a中，快速冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度范圍為800-4000w/m2/°C，鑄坯表面的冷卻速率達(dá)到5_15°C /s，冷卻介質(zhì)可采用純水冷卻或氣霧冷卻。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:使用板坯連鑄機(jī)或方坯連鑄機(jī)進(jìn)行快速冷卻控制，對于板坯連鑄機(jī)，鑄機(jī)拉速在0.4m/min-l.5m/min，二冷區(qū)的比水量為0.45-1.51/Kg ;對于方坯連鑄機(jī)，鑄機(jī)拉速在0.6m/min-2.8m/min，二冷區(qū)的比水量為0.25-1.01/Kg。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟b中，控制鋼水過熱度在10-30°C，鑄機(jī)工作拉速在0.4m/min-l.5m/min，二比水量為0.45-1.51/Kg,同時(shí)在壓下段前一段與當(dāng)前段實(shí)施鑄坯表面強(qiáng)制冷卻控制。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述連鑄坯非對稱性大壓下工藝壓下率為0.025—0.12mm/s。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述非對稱性大壓下采用非對稱性壓下框架(11)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:鑄機(jī)扇形段輥列為大小輥對的設(shè)計(jì)，即采用五對輥或三對輥的非對稱輥，使得在壓下過程中實(shí)現(xiàn)鑄坯中心的非對稱變形。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:該方法中的非對稱性輥對的非對稱性壓下為下列操作或其組合:a.鑄坯變形非對稱性；b.鑄坯溫度非對稱性；c.壓下輥的直徑或輥速非對稱性。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:該方法用于厚度100-120mm或更厚的特厚板連鑄坯生產(chǎn)。
【文檔編號】B22D11/124GK104399923SQ201410658855
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】徐李軍, 仇圣桃, 彭世恒, 唐廣波, 黃華 申請人:鋼鐵研究總院, 中達(dá)連鑄技術(shù)國家工程研究中心有限責(zé)任公司