超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬冶金領(lǐng)域，具體涉及適用于殼體用超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼（D6AE)無 縫鋼管鋼Φ 220~Φ 388圓坯連鑄的生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超高強(qiáng)度鋼主要用于宇航殼體和火箭彈的殼體，要求鋼具有較高的比強(qiáng)度和較強(qiáng) 的阻止裂紋擴(kuò)展的能力（即具有高的Kic)，以及良好的工藝性能，便于火箭彈安全儲運(yùn)和旋 壓成型。在超高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)中，提高鋼質(zhì)強(qiáng)韌化綜合性能的主要途徑就是降低鋼中夾雜 物和氣體含量。國內(nèi)外在生產(chǎn)宇航殼體中大都圍繞解決這個問題來編制工藝線。
[0003] 圓連鑄坯是生產(chǎn)無縫鋼管的主要管坯之一，常用品種是碳素鋼、低合金鋼和合金 結(jié)構(gòu)鋼，合金元素少，對連鑄機(jī)設(shè)備和二冷水制度要求不高。用于殼體的超高強(qiáng)高韌性鋼碳 含量較高，合金元素多，與圓坯連鑄常用的品種如碳素鋼、低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)完全 不同，超高強(qiáng)鋼由于碳含量較高，凝固收縮大，合金元素傳熱慢，連鑄二冷水控制要求嚴(yán)格。 連鑄時鑄坯進(jìn)拉矯機(jī)時鑄坯表面溫度低，矯直時容易產(chǎn)生裂紋缺陷，鑄坯溫度高縮孔深，容 易出現(xiàn)液心矯直，鑄坯中心產(chǎn)生裂紋缺陷，不能滿足軋管對管坯鋼的使用要求。
[0004] 申請?zhí)枮?01010565121. 2的中國專利申請中公開了 P91圓坯連鑄生產(chǎn)方法，該方 法可以避免澆鑄高合金鋼P(yáng)91連鑄圓坯產(chǎn)生鑄坯表面裂紋和中心裂紋缺陷，連鑄二冷比水 量為0. 22~0. 28L/kg，二冷區(qū)分五段冷卻，各段水量百分比分別為：第一段18~25%、第 二段12~18%、第三段12~18%、第四段28~38%、第五段17~25%。
[0005] 申請?zhí)枮?00610030724. 6的中國專利申請中公開了弧形連鑄機(jī)生產(chǎn)的Cr 一 Mo 合金鋼圓坯的工藝方法，該方法控制連鑄二冷比水量為0. 47~0. 53, 一區(qū)水量百分比為 35%~45%，二區(qū)水量百分比為22%~32%，三區(qū)水量百分比為14%~24%，四區(qū)水量百 分比為9%~19%，并控制鋼中Mn/S多200。該方法可以避免鋼水在冷卻凝固過程中因激 冷產(chǎn)生鑄坯中心裂紋、縮孔等缺陷的發(fā)生。
[0006] 以上兩個方法都主要是針對碳含量小于0. 15 %的合金鋼，而對于含碳量大于 0. 42%的超高強(qiáng)高韌性合金鋼，該方法仍然不能解決其凝固收縮大，鑄坯產(chǎn)生裂紋和縮孔 的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主要目的是提供一種超高強(qiáng)度高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼（D6AE)連鑄圓坯的生 產(chǎn)方法，通過控制最佳的鋼水條件、連鑄二冷制度與澆鑄溫度、拉速匹配，避免連鑄圓坯產(chǎn) 生表面裂紋和中心裂紋缺陷，生產(chǎn)出D6AE無縫鋼管用連鑄圓坯，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0009] 本發(fā)明提供一種超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法，原料依次經(jīng)電弧 爐冶煉一LF精煉一真空精煉一圓坯連鑄一連鑄坯精整一軋管，其中，
[0010] 圓坯連鑄工序中，控制連鑄鋼水過熱度15~30°C，拉速（澆注速度）為0.40~ I. 20m/min，連鑄二冷比水量0. 29~0. 44L/kg，連鑄二冷區(qū)分4段，采用氣霧冷卻，各段水量 占有的比例分別為：第一段水量26~34%、第二段水量19~26%、第三段水量25~33%、 第四段水量20~27%。
[0011] 本發(fā)明中，所述超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分及其重量含量為：C 0. 42~ 0· 48%、Si 0· 15 ~0· 35%、Mn 0· 60 ~0· 90%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 015%、Ni 0· 40 ~ 0. 70%、Cr 0. 90 ~I. 20%、M〇0. 90 ~1. 10%、V 0. 05 ~0. 10%。
[0012] 所述超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼為D6AE鋼。
[0013] 所述圓還的直徑為Φ 220mm~Φ 388mm。
[0014] 優(yōu)選的，上述方法中，電爐冶煉采用超高功率電弧爐冶煉。
[0015] 更優(yōu)選的，采用70噸高阻抗超高功率電弧爐。
[0016] 優(yōu)選的，圓坯連鑄工序中，采用三機(jī)三流圓坯連鑄機(jī)澆鑄。
[0017] 優(yōu)選的，所述原料指廢鋼和鐵水，廢鋼與鐵水的質(zhì)量比為100 : 25-30,電爐初煉 鋼水的化學(xué)成分滿足：C 0. 12~0. 15%、P彡0. 003%、S彡0. 020%，F(xiàn)e為余量。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 本發(fā)明通過控制最佳的鋼水條件、連鑄二冷制度與澆鑄溫度、拉速匹配，避免連鑄 圓坯產(chǎn)生表面裂紋和中心裂紋缺陷，生產(chǎn)出D6AE無縫鋼管用連鑄圓坯，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
[0020] 本發(fā)明控制連鑄中間包鋼水過熱度，連鑄二冷區(qū)采用多段冷卻，并對各段冷卻水 量進(jìn)行合理匹配，減少鑄坯表面回溫和鑄坯表面溫度梯度，提高鑄坯拉矯前溫度，避免鑄坯 熱應(yīng)力增加和鑄坯表面溫度反復(fù)變化使鑄坯組織發(fā)生多次相變從而導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生中心裂 紋和表面裂紋缺陷，使得生產(chǎn)的鑄坯質(zhì)量滿足軋管要求。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明提供一種超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法，原料依次經(jīng)電弧 爐冶煉一LF精煉一真空精煉一圓坯連鑄一連鑄坯精整一軋管，其中，
[0022] 圓坯連鑄工序中，控制連鑄鋼水過熱度15~30°C，澆注速度（拉速）為0. 40~ 1. 20m/min，連鑄二冷比水量0. 29~0. 44L/kg，連鑄二冷區(qū)分4段，采用氣霧冷卻，各段水量 占有的比例分別為：第一段水量26~34%、第二段水量19~26%、第三段水量25~33%、 第四段水量20~27%。
[0023] 本發(fā)明中，超高強(qiáng)高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼D6AE鋼化學(xué)成分為：C 0.42~0.48%、 Si 0· 15 ~0· 35%、Mn 0· 60 ~0· 90%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 015%、Ni 0· 40 ~0· 70%、 Cr 0. 90~1. 20%、Mo 0. 90~1. 10%、V0. 05~0. 10%。通過弧型連鑄機(jī)澆鑄成直徑為 Φ220~<i>388mm的連鑄圓坯。D6AE鋼液相線約1480°C、固相線約1411°C，固液溫度差大， 而且D6AE鋼含Mn、Cr、Mo、Ni、V合金元素多，鋼液粘稠，流動性差，凝固補(bǔ)縮不好，尤其是鑄 坯斷面越大，補(bǔ)縮效果越差。另外，合金元素含量高，鋼液凝固時鑄坯斷面收縮大，已凝固鑄 坯不能承受鋼液凝固收縮應(yīng)力，鑄坯就容易產(chǎn)生中心裂紋和表面裂紋，改善鑄坯裂紋形成 條件必須從連鑄冷卻著手，避免應(yīng)力的集中釋放，形成鑄坯中心裂紋和表面裂紋。
[0024] 本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程：超高功率電弧爐一LF精煉爐一VD真空處理一圓坯連鑄一 連鑄坯精整一軋管。本發(fā)明采用高阻抗超高功率電弧爐冶煉初煉鋼水，去除鋼中的磷及氣 體含量，確保鋼水終點(diǎn)碳，防止鋼水被過氧化；LF鋼包精煉提高鋼質(zhì)純凈度，調(diào)整鋼水合金 元素含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；VD真空去氣、去夾雜物；連鑄控制鋼水過熱度15~30°C，拉速為 0. 40~I. 20m/min，比水量0. 29~0. 44L/kg，二冷區(qū)分4段氣霧冷卻，各段水量百分比分別 為：第一段水量百分比為26~34%、第二段水量占19~26%、第三段水量占25~33%、 第四段水量占20~27%。使鑄坯溫度均勻，各段之間鑄坯表面回溫小，避免鑄坯熱應(yīng)力增 加和鑄坯表層溫度反復(fù)變化而發(fā)生多次相變，導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生中心裂紋和表面裂紋缺陷。
[0025] 連鑄二冷水的作用是將從結(jié)晶器拉出來的帶有液心的鑄坯，在二次冷卻區(qū)接受汽 霧冷卻，促使鑄坯快速完全凝固，隨著鑄坯殼厚度的增加，導(dǎo)熱速度減慢，二次冷卻系統(tǒng)必 須設(shè)計為均勻降低鑄坯溫度，避免鑄坯表面溫度急劇變化，導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生裂紋缺陷。
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限 制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] D6AE生產(chǎn)工藝流程：原料經(jīng)70噸高阻抗電弧爐一LF精煉爐一VD真空處理一圓 坯連鑄一鑄坯緩冷一鑄坯表面清理一合格鑄坯入庫一軋管。
[0029] 70噸高阻抗超高功率電弧爐采用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鐵水作原料，鐵水為廢鋼重量的 30 %，利用電能熔化廢鋼，石灰造渣脫磷，RCB槍加大爐壁用氧量，保持一定的脫碳速度， 去除鋼水中的夾雜和氫、氮?dú)怏w。采用偏心爐底無渣出鋼，出鋼過程用硅鋁鋇鈣和鋁球 脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧，有效降低鋼水的氧化性。電爐初煉鋼水成分：C 0.12%、P 0.003%、 S 0. 020%、Fe為余量，出鋼溫度1640°C ;電爐出鋼采用無渣出鋼，出鋼過程鋼包加入錳鐵 4Kg/t 鋼、鋁球 1.0 Kg/t 鋼、Ba