EAF—CSP流程Nb微合金化管线钢的连铸工艺研究

EAF—CSP流程Nb微合金化管线钢的连铸工艺研究 EAF—CSP流程Nb微合金化管线钢的连铸 工艺研究 20O6年9月 第14卷增刊 河南冶金 HEN^NM髓AIJJJRGY Sep.20O6 Vo1.14Suplement EAF—CSP流程Nb微合金化管线钢的连铸工艺研究 苏东庄汉洲高吉祥王进步李亚平洪兵雄沈训良 (1.广州钢铁集团公司;2.珠江钢铁有限责任公司) 摘要基于珠钢采用Nb微合金化技术成功地开发了管线钢X52和X56的事实,结合CSP薄板坯连铸工艺特点,探 索出了一套适合含Nb钢薄板坯连铸的浇注温度 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ,结晶器保护渣,连铸拉速和结晶器热流密度匹配及二次冷却 曲线等工艺控制技术. 关键词铌微合金化管线钢连铸工艺 REsEAR0NC0N1GPRoCEssFoRNB?oAIDY皿 oF唧U】E【1E砸LBYEAF—CSP肿W SuDons1ZhuangH/t/izhou1GaoJixiangIWangJinbu2LiYaping2HongBinxiong2Shenx~ ang2 (1.Gl埘I1uIron&SteelCroup;2.ZhujiangIron&SteelCo.,Ltd) AILqII~CTBasedOilthefactthatZISsucceedinmanufacturingX52andX56pipelinesteelb ymeansofNbMicro—allrlg technology,thisIpercombinedwiththetechnicalcharacteristicofTSCRandinvestigatedase riesoftechnologytocontrolthinslab continuouscas吨forNb— hearingsteel,suchastheschedulesofthecns~'tgtemperature,moldcastingpowder,matching between c~tang~oeedandheatfluxdensityandceeonclaryc(1dingwateretc. KERWORDSNbmicroalloyedpipelinesteelcontinuoll8cas血lgprocess 随着钢铁市场竞争的日益剧烈,各厂家纷纷向 着低成本,高效化方向发展.钢中加入微合金元素 后,钢的性能得到大幅度提高,而合金化成本增加不 大,因而Nb,V,Ti微合金化技术在钢铁生产中应用 不断扩大,尤其在低合金高强度钢方面.珠钢采用 微合金化技术在EAF—CSP流程上作为开发高强度 钢的思路.利用EAF—CSP短流程生产x52和X56 坯连铸连轧工艺与传统的厚板坯连轧工艺在冶金学 上有根本的区别.对于CSP薄板坯连铸工艺而言, 采用bib微合金化技术开发裂纹敏感系数高的X52和 X56管线钢,研究连铸工序浇注温度制度,结晶器保 护渣,连铸拉速和结晶器热流密度匹配及二次冷却曲 线的选取等工艺控制技术问题具有重要的意义. 1工艺参数 管线钢是国内冶金业的一个新课题,原因在于薄板珠钢CSP连铸机主要工艺参数 见表1: 表1CSP连铸机(SMS公司制造)主要工艺参数 2Nb微合金化X52和X56管线钢成分控制 根据国际通用埋弧焊管用钢板的交货技术标准, 同时参照美国石油学会管线钢管规范标准(即API), 设计了X52和X56管线钢内控化学成分,见表2: 表2试制x52和X56管线钢内控化学成分% 3连铸工艺研究 3.1浇注温度制度的制定 浇注温度过高容易使中心偏析加重,结晶器弯 月面初生坯壳不均匀性增加,出结晶器坯壳变薄从 而增加裂纹产生甚至拉漏的机会;由于钢包热损失 大,用低浇注温度长时间浇注有困难,同时钢水流动 性差,保护渣熔化不好.为此,Nb微合金化管线钢 铸坯生产采用20?一30?中包钢水过热度控制,有 助于减少操作难度,也有效防止浇注过程漏钢,获得 良好的铸坯表面质量. 钢水液相线温度是确定浇注温度的基础,它取 决于钢水中所含元素的性质和含量.由X52和X56 管线钢内控化学成分,根据经验公式【】]: = 1536一{78[C%]+7.6[si%]+4.9[Mn%] 2OO6年增刊河南冶金 +34『P%]+3O[S%]+5[CuR]+3.1[Ni%]+2 [Mo%]+2[v%]+1.3[Cr%]+18[Ti%]}(?) 可计算出X52钢水液相线温度为1521?,X56 为1523~C.由此可以确定管线钢精炼出钢温度 (上台温度): = T1+?T浇+?T过程 —— 钢水过热度; 舞——从出钢到开始浇注时的过程温降. 由上式,?T浇,?T过程按30%和20%一40%左 右控制,则T出可计算得1571~C一1591?和157''?, 1593%.在试验生产时,2#连铸机浇铸的Nb微台 金X52和X56管线钢钢水温度和结晶器热流参数 式中:1f1——钢水液相线温度;见表3: 表3试制的Nb微合金x52和x56管线钢浇注温度工艺参数 由表3可以看出,6炉试验钢上台温度控制在 1577%,1584~C之间.中包钢水平均过热度维持在 25,27.5cI=之间.试验生产状况表明,所制定的浇注 温度制度适宜,为试验钢连铸顺行奠定了基础. 3.2结晶器保护渣的选用 薄板坯连铸具有拉坯速度快,结晶器传热速度 快,结晶器液面体积小,液面波动大等工艺特点,因此 对结晶器保护渣要求在较高拉速或拉速变化较大情 况下,仍能维持足够渣耗,液渣层保持良好状态,以避 免粘结和拉漏b].针对CSP连铸工艺条件,需要低粘 度,高熔化速度等性能的结晶器保护渣,确保流入结 晶器与铸坯的保护渣量改善铸坯传热条件.试制Nb 微合金X52和X56管线钢采用具有上述特点的XCZ 一 2A型号结晶器保护渣,其理化性能见表4,表5: 表4xcz一2A型号结晶器保护渣的成分及含量% 表5XCZ一2A型号结晶器保护渣的理化性能 从工业生产试验浇注曲线(如图1所示)可看 出.结晶器热流密度值随拉速变化而表现出较稳定 的水平,浇注过程稳定,传热和润滑较好,连铸坯表 图1试验浇注曲线 面质量良好,未发现纵裂.试验结果表明,熔速较 嗅,粘度较低的XCZ一2A型号结晶器保护渣能满足 Nb微合金化X52和X56管线钢工业生产要求. 3.3连铸拉速和结晶器热流密度匹配 为了实现浇铸保持稳定顺行,拉坯速度也常常 受到结晶器四边的冷却强度的制约.CSP薄板坯连 铸结晶器四边的冷却强度分别用宽边热流密度和窄 边热流密度来表示.用比率Ratio表示窄边热流密 度与宽边热流密度之比值.结晶器热流密度及比率 Ratio是浇铸状态的重要参数,它反映了铸坯的初期 凝固情况,对判断保护渣的性能变化,钢水的质量, 浇铸的状态等情况有重要的参考价值,特别是比率 Ratio.试制Nb微合金钢采用窄边热流密度与宽边 热流密度之比值o=0.57—0.76,从上表3可看 出,浇注X52管线钢时结晶器宽边热流密度为2.24 2.3MW/m~,窄边热流密度为1.31.7MW/m~,浇 注X56管线钢时结晶器宽边热流密度为2.512.6 MW/m~,窄边热流密度为1.5—1.72MW/mz.基本上 可保证较高的拉速下浇铸保持稳定顺行. 根据试验钢的化学成分范围,通过THERMO— cAIc热力学软件可以计算出Nb(c,N)析出量与温 度的关系.图2给出了一个计算实例,可见,Nb(C, 河南冶金2006年增刊 N)从1080~(2开始析出,随着温度的降低,Nb(c,N) 的析出量增加. 'O.5 金化技术特点,当中包钢水过热度在20?,30?范围 和比值Ratio=0.57,0.76时,Nb微合金化X52,X56 的 合 温惠,?2)喷水量合适,使铸坯表面温度分布均匀; 图2Nb(C,N)析出量与温度的关系3)铸坯在矫直前尽可能完全凝固; 由图2可知,为防止含Nb钢铸坯在矫直时产生4)矫直时铸坯表面温度应控制在 950~(2以上; 横裂纹,在矫直前铸坯表面温度应高于1080~C,这要5)有良好的铸坯表面和内部 质量. 求应有适当高的钢水过热度和拉坯速度.但注意浇二冷工艺一共有由弱至强1#一 5#共5条冷却 注温度不能太高,过高容易使中心偏析加重,结晶器曲线,为了保证铸坯的凝固质 量和矫直时铸坯表面温 弯月面初生坯壳不均匀性增强,也增加裂纹产生甚至度达到足够高的温度,Nb微 合金钢在2#连铸机浇铸 拉漏的机会.根据薄板坯连铸的生产实践和Nb微合时采用2#冷却曲线,曲线各区 冷却水量见表6: 表62#连铸机2#冷却曲线各区冷却水量(厚度6OInrrI)m3/h 冷却曲线拉速,rrdmin 3.O5.O 16.8 16.8 38.4 l6.8 l6.8 58.6 l6.8 l1.6 58.6 l1.6 l1.6 水环 Seg1 Seg1 Seg2 Seg3 Rm2—4 Rows5—12 2#冷却曲线属偏弱冷曲线,多炉次的试验结果 表明,对于有较强热裂倾向的Nb微合金钢,在2# 连铸机连铸二次冷却工艺选取2#冷却曲线是合适 的. 4连铸工艺效果分析 珠钢先后进行了多炉次,多种 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 的工业性生 产试验,试验钢铸坯表面质量良好,未出现过横,纵 裂纹缺陷,基本上实现了铸坯无缺陷要求.利用 60mm厚度铸坯试制成功了组织均匀细化的7.1, 1lmm厚度×1020mm宽度的X52和9.6mm厚度× 1020n~n宽度X56管线钢. 在工业性试制中,对铸坯出坯样进行在线剪切 并水冷,对铸坯低倍组织,枝晶特征和原始奥氏体粒 度等进行了检验分析.经过低倍分析表明,出坯后 薄板坯铸坯的心部,1/4处和边部的组织没有明显的 差异,说明沿整个铸坯截面的原始组织比较均匀,三 个部位均表现出表层急冷细晶层和心部等轴晶区 少,铸造枝晶相对发达,甚至贯穿整个铸坯厚度截面 的薄板坯铸造组织结构特征,但铸坯还存在中心偏 析.文献表明],这种中心偏析在薄板坯连铸上是 难以消除的,正是由于结晶器末端的芯部始终不能 完全凝固,而在铸坯凝固末端尚未凝固钢液的流动 则是中心偏析产生的根源.还可以通过液芯轻压 下,二冷工艺控制等 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 进一步改善.经过微观组 织分析(如图3所示),样品的室温组织以等轴铁素 体+淬火组织为主.由此可见,薄板坯连铸凝固速 度快,二次枝晶间距细小,薄板坯铸态组织均匀,其 偏析与疏松等内部质量缺陷的发生程度远小于传统 板坯连铸机. 珠钢的X52和X56管线钢热轧板卷表面质量, 力学和工艺性能检验合格;试验钢热轧板卷冲击韧 性,金相组织和非金属夹杂物经北京钢铁研究总院 分析和评定,各项性能符合X52和X56管线钢技术 条件要求. 5结论 1)结合Nb微合金元素在CSP流程中新的物理 __?1__?1.1,-_?]—?J]0???:8??., ) 一OO2OO7O2722 一懈盯博培懈?M O一?O?OO一9 44444745755 MMH弘M6弘 O一666一BBBB O—mm4mmm666一,j,j,j,j,j O—mmmm666一,j,j,j,j,j4 OOO?2O?2O?2 l2333444555 2006年增刊河南冶金 图3样品微观组织分析(左:铸坯表面.;中:铸坯厚度1/4处;右:铸坯心部) 冶金特点,通过薄板坯连铸生产所需最优化浇注温拉速控制在4.0—4.6m/min比 较合理. 度制度,结晶器保护渣,连铸拉速和结晶器热流密度5)试验结果表明,对于有较强 热裂倾向的Nb 匹配及二次冷却曲线等一系列连铸工艺控制技术,微合金钢,在2#连铸机二次冷 却选取属偏弱冷曲 珠钢成功地试制了铸态组织均匀的60mm厚度含线的2#冷却曲线是合适的. Nb钢薄板坯.6参考文献 2)2和X56管线钢钢水液相线温度分别为[1]史宸兴主编.实用连铸冶金技术.北京:冶金工业出版社,1998. 1521?和1523oC,中包钢水的过热度控制在20?一 30?较为合理,出钢温度控制在1571~C1591~C'宫立新等'攀钢X5管线钢连铸工艺'钢铁钒 1573~C,1593~C范围内.[3]杨晓江,杨春政,张洪波等.FI'SC工艺薄板坯连铸ss40o钢结晶 3)选用熔速较快,粘度较低的XCZ一2A型号结器保护渣的研究与应用.钢铁,2o04,39(9): 晶器保护渣,能满足Nb微合金化X52和X56管线[4]刘永龙'李金刚,吕建会等.Nb微合金化钢的连铸工艺研究.宽 钢工业生产要求.厚板,0o2,(4): 4)当中包钢水过热度在20?~30?范围和比编着琏续铸钢工艺及设备一晾抬金工 值Ratio=0.570.76时,Nb微合金化管线钢连铸 (上接第12页)铸坯质量得到明显改善, 没有出现以前出现的质量的波动(原使用肛配水 时,质量有时好,有时差,波动较大),同时由于使用 自动程序配水,再也不用专门的配水工全神贯注的 操作二次冷却配水了,4#铸机也就自然取消了配水 工岗位,将人员补充到其它岗位,大大缓解了铸机操 作工人手不足的状况. 4优化效果 4#铸机进行生产工艺的优化前后分别对45#, 50#,55#钢取坯样做低倍组织分析结果见表2,表3: 表2原工艺铸坯坯样低倍组织分析结果个 从表2和表3可以看出,4#铸机经过生产工艺 的优化后,生产的优质碳结钢质量有了长足的进步, 铸坯的裂纹等级?1.5级的已经从原来的41.6%提 高到94.2%,非金属夹杂>1.0级的已经从原来的 25.0%降低到1.2%,基本消除低倍夹杂,可以满足 批量生产质量要求. 5结论 4#铸机经过生产工艺的优化后,铸坯的质量明 显提高,各类事故大为降低,稳定了生产,4#铸机原 设计生产能力只有45万t/年,现已具备生产能力60 万t/年.4#铸机生产的普碳钢,低合金钢已可满足 轧制部分大规格要求;同时4#铸机也已经开发并 批量生产优质碳素结构钢,铸坯质量(包括低倍组 织)符合国家标准.4#铸机的生产工艺优化在稳定 生产的同时,改善了铸坯的质量,进而扩大了铸机的 生产品种,为公司创造更大的效益.