微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术研发及应用

微合金钢连铸过程频发铸坯角部裂纹缺陷是钢铁行业的共性技术难题。基于微合金钢铸坯角部裂纹组织结构与析出特征检测,以及铸坯在结晶器与二冷铸流内的凝固热/力学行为演变规律定量化模拟,开发形成了基于新型角部高效传热曲面结晶器和铸坯二冷高温区角部晶粒超细化控冷工艺与装备的微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术。研究结果表明,传统板坯连铸工艺下,窄面直线型结晶器无法充分补偿坯壳收缩,致使厚保护渣膜与气隙在坯壳角部集中生成,大幅降低了结晶器中下部坯壳角部传热,引发微合金碳氮化物沿奥氏体晶界析出。传统二冷配水条件下,奥氏体晶界不可避免生成先共析铁素体膜低塑性组织。两者共同作用致使铸坯角部高温塑性不足而引发裂纹。通过开发新型曲面结晶器,坯壳角部于其内高效传热,凝固全程冷却速度大于5℃/s,弥散化了微合金碳氮化物高温析出。同时,基于窄面足辊超强冷新控冷结构,对铸坯角部实施γ→α→γ循环相变,铸坯角部晶粒显著超细化,高塑化控制了铸坯角部裂纹产生。     

微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术研发及应用

微合金钢连铸过程频发铸坯角部裂纹缺陷是钢铁行业的共性技术难题。基于微合金钢铸坯角部裂纹组织结构与析出特征检测，以及铸坯在结晶器与二冷铸流内的凝固热/力学行为演变规律定量化模拟，开发形成了基于新型角部高效传热曲面结晶器和铸坯二冷高温区角部晶粒超细化控冷工艺与装备的微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术。研究结果表明，传统板坯连铸工艺下，窄面直线型结晶器无法充分补偿坯壳收缩，致使厚保护渣膜与气隙在坯壳角部集中生成，大幅降低了结晶器中下部坯壳角部传热，引发微合金碳氮化物沿奥氏体晶界析出。传统二冷配水条件下，奥氏体晶界不可避免生成先共析铁素体膜低塑性组织。两者共同作用致使铸坯角部高温塑性不足而引发裂纹。通过开发新型曲面结晶器，坯壳角部于其内高效传热，凝固全程冷却速度大于5℃/s，弥散化了微合金碳氮化物高温析出。同时，基于窄面足辊超强冷新控冷结构，对铸坯角部实施γ→α→γ循环相变，铸坯角部晶粒显著超细化，高塑化控制了铸坯角部裂纹产生。     

微合金化钢连铸坯角部横裂纹形成机制

为研究微合金钢连铸坯角部横裂纹缺陷形成机制问题,从理论上研究了连铸过程第二相粒子的析出行为,并在板坯连铸生产中进行"卧坯"试验。研究结果表明:X65管线钢中碳氮化钛、碳氮化铌、氮化铝的开始析出温度分别为1 508、1 123、1 165℃,析出峰值温度分别为1 360、870和840℃;"卧坯"试验发现结晶器内及垂直段无裂纹,在距弯月面3 270mm处,即对应于弯曲开始后710mm开始出现多处外弧横裂纹,而弧形段内无内弧裂纹,在弯曲段铸坯角部温度处于钢的第Ⅲ脆性区,同时外弧受拉应力,这是造成外弧角横裂产生的主要原因。     

微合金钢连铸坯角横裂的研究进展

针对微合金钢连铸生产过程中铸坯出现的角部横裂纹缺陷,从其产生原因、影响因素及解决方法等方面进行阐述。介绍了角横裂产生于结晶器内,并进一步扩展于二冷区。分析了连铸过程中的应力、热塑性、结晶器锥度和二次冷却模式等因素对微合金钢连铸坯角横裂的影响。总结了目前解决角横裂的几种方法。重点介绍了连铸微合金钢的脆化机制、微观组织和微合金元素对连铸坯热塑性的影响。最后对微合金钢连铸坯角横裂新的解决方法进行了展望。     

薄板坯连铸液芯压下过程的数值仿真

基于修改的拉格朗日大变形热力耦合有限元模型,对薄板坯连铸的重要技术——液芯压下技术进行了仿真研究,并与实验结果进行了对比,两者基本吻合。研究结果显示,连铸坯经过压下辊的过程中,其应力状态发生较大的变化。研究表明,控制和优化连铸坯窄面附近区域的冷却条件是控制连铸坯窄面附近区域应力和变形的重要手段,采用提高连铸坯窄面附近区域的冷却模式,对防止连铸坯内裂纹的形成和液芯压下技术的顺利实施有重要意义     

板坯连铸倒角结晶器的开发与应用

 为减少连铸板坯角部横裂纹,在分析连铸坯角部横裂纹形成机制的基础上,提出了通过倒角结晶器减少角部横裂纹,以改变连铸板坯角部的二维传热,提高矫直时连铸坯的角部温度。数值模拟计算的结果表明,相对于直角连铸坯,倒角连铸坯在矫直区连铸坯角部温度明显提高,消除了角部Z向应力和应变集中。工业生产数据表明,采用倒角结晶器后,矫直区连铸坯角部温度从810~855℃提高到901~932℃,有效避开了钢的高温脆性区,连铸坯角部横裂纹发生率从10.6%稳定控制到1.6%以下,显著减少了连铸坯角部横裂纹。目前倒角结晶器稳定应用于首秦,所生产钢种涵盖了普碳钢、低合金钢、低碳钢和中碳含铌钢等。     

含铌微合金钢连铸坯角部裂纹控制二冷新工艺

基于唐钢中厚板厂含铌钢板坯连铸生产实际,采用数值模拟方法研究了Q345B- Nb含铌钢板坯连铸过程实施铸坯角部二冷高温区角部组织多相变晶粒细化控冷工艺的可行性。结果表明,通过在结晶器窄面足辊下方增加6组针对铸坯角部强喷淋冷却的喷嘴结构,可使铸坯角部温度下降至约600 ℃,而后减少立弯段中下部3区与4区冷却水量,可使铸坯角部温度回升至900 ℃以上,满足铸坯角部多相变温度控制条件。在此基础上,将新控冷工艺应用于现场实际,实施铸坯二冷高温区多相变控冷新工艺后,铸坯角部距表面0~20 mm范围内的组织均可由传统工艺下“奥氏体＋先共析铁素体膜”结构转变成“铁素体＋珠光体”结构,且晶粒细化至不大于20 μm,铸坯抗裂纹能力大幅提高,含铌钢连铸坯角部裂纹率由原工艺的5.89%稳定控制在小于0.1%水平。     

亚包晶微合金钢连铸板坯角部横裂纹研究进展

亚包晶微合金钢由于具有较强的裂纹敏感性,在生产中角部横裂纹缺陷频发,为了揭示亚包晶微合金钢角部横裂纹形成原因,从产生机理及生产条件出发,综述了亚包晶微合金钢连铸坯角部横裂纹的影响因素及相应的控制措施,得出铸坯角部横裂纹的内因在于钢中化学成分及凝固组织演变特点,外因是实际生产过程中的结晶器参数、二冷参数及设备条件等。未来控制角部横裂纹技术的发展方向主要在倒角结晶器的优化以及铸坯角部控冷双相变技术的精确控制及理论完善上。     

S355ML异形坯表面横裂纹研究

采用金相检测、SEM、TEM、能谱、水口流场分析等方法,并通过对连铸坯热成像温度分析,对S355ML异形坯表面横裂纹产生原因进行研究。结果表明:直通型水口流场分布不合理;异形坯表面存在较大的温度梯度,特别是从翼缘顶端到腹板R角处,异形坯在矫直段处于铸坯脆性区;并且在S355ML异形坯大量析出碳氮化物破坏钢的高温热塑性,从而使铸坯裂纹敏感性增加。通过优化二冷制度,窄成分控制等措施,矫直时避开铸坯第Ⅲ脆性区,提高铸坯表面质量。     

中碳V、Ti微合金钢连轧圆坯表面裂纹的研究

为了减少中碳V、Ti微合金钢连轧圆坯的表面裂纹,在实验室条件下,测定了中碳V、Ti微合金钢的高温塑性和脆性温度范围,分析了影响中碳V、Ti微合金钢铸坯、连轧圆坯表面裂纹的因素,确认在900～820％温度范围内,随温度的下降,钢中V、Ti氮化物和碳氮化物在奥氏体晶界大量析出,弱化了晶界的变形能力,是造成中碳V、Ti微合金钢连轧圆坯表面裂纹的主要原因。结合实际生产过程,对现行生产工艺提出了改进建议。     

连铸连轧卷板边部线状缺陷的形成机制

边部线状缺陷是热轧卷板最为常见的缺陷之一,与连铸坯缺陷、轧制工艺与装备等因素有关,难以判定产生的关键工序,严重影响了热轧卷板表面质量的有效控制.为了探明其形成机制,采用扫描电镜、金相显微镜及酸洗等手段表征了某公司Q355、Q235钢热轧板的典型线状缺陷及铸坯边角部裂纹特征,结果表明:线状缺陷表面及横截面上均含有Ca、S...     

Effect of Cooling Rate on the Precipitation Behavior of Carbonitride in Microalloyed Steel Slab

In the continuous casting of the microalloyed steel, the slab surface transversal cracking could be prevented through the control of the slab surface microstructure, which correlates with the precipitation behavior of carbonitrides in the microalloyed steel. Therefore, the cooling rate is the key factor to determine the precipitation behavior of carbonitrides. This article used confocal laser scanning microscopy to study the effect of different cooling rates on the precipitation behavior of the carbonitrides in the microalloyed steel slab. When the cooling rate is less than 3 K·s⁻¹, the precipitates in the steel are coarse, growing out along the austenite grain boundaries, and form a chain-like distribution. These precipitates seriously reduced the hot ductility of slab. Quantitative study between the cooling rate and the precipitation behavior of carbonitrides in microalloyed steel also has been developed. The results of this study could be used to improve the understanding of the slab surface microstructure controlling to enhance the hot ductility of the slab and avoid the surface crack of the slab.     

连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用

在现有工艺条件下,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,开发三维二冷配水模型,解决目前设备状况下冷却水分布不均匀对铸坯温度的影响,从而控制铸坯表面质量,特别是铸坯的角部裂纹,同时对板坯连铸二冷配水制度进行改进和优化,使之满足高效连铸生产条件和改善铸坯质量的需要。提出压下参数计算公式,结合所开发三维二冷配水模型,优化现有压下工艺,提出并应用精准可控单段压下、非稳态压下控制,集中解决连铸板坯中心偏析、中心疏松和缩孔等内部质量问题。同时优化模型数据库,使之数据更加完备,模型计算更加准确,同时模型具备异钢种混浇过程二冷及压下控制功能,能够进行凝固终点W形预测与控制,可进一步提高模型适用性和准确性。模型开发并成功在多家钢厂现场应用,有效改善了铸坯裂纹和偏析等铸坯表面和内部的质量问题。      

薄板坯合金钢窄面凹陷的控制实践

鞍钢股份有限公司炼钢总厂四分厂3#板坯连铸机生产过程中,合金钢铸坯窄面经常出现纵向凹陷,影响连铸坯的表面质量,并造成轧材缺陷。分析了连铸板坯窄面纵向凹陷的形成原因,结合生产试验,通过采取优化结晶器足辊冷却水流量、结晶器锥度、结晶器窄边足辊布置及铸机拉速等措施,提高了连铸板坯的表面质量,有效地控制了铸坯窄面的纵向凹陷。     

Study on Mitigating Center Macro‐Segregation During Steel Continuous Casting Process

In the current paper, Methods of enlarging the area for the distribution of segregation solutes were introduced to mitigate center macro‐segregation in steel billets and steel slabs during continuous casting process, which cost less and have significant effect. The location of center macro‐segregation is relative to the shape of liquid‐core at the solidification end during steel continuous casting. A method of dissymmetrical cooling on different surfaces, by which the area for the precipitation of segregation solutes was enlarged, was introduced to mitigate the center macro‐segregation in billets during continuous casting process. Method of optimizing the uniformity of solidified shell in the transverse direction was introduced to mitigate the center macro‐segregation in steel slabs. The uniform cooling intensity along the transverse direction guaranteed a regular solidification end in the continuous casting slab, which aided in the effective application of dynamic soft reduction technology. A relevant 2‐D heat transfer model was developed for the optimization of uniform solidification. The current method was applied to the industrial slab continuous casting using the heat transfer model. The results indicated a better industrial slab quality with much less center macro‐segregation after the use of the method.     

1650板坯压下过程热/力学行为及压下工艺优化

为了控制梅钢1 650板坯连铸包晶钢过程铸坯内裂纹发生,基于梅钢1 650板坯连铸机生产实际,建立了1 560mm×230mm断面包晶钢铸坯凝固过程三维热/力耦合有限元模型,揭示了铸坯凝固过程各冷却区内的温度场分布规律和铸坯压下过程应力与变形行为演变规律。结果表明,铸坯在结晶器及零段内冷却强度大,沿拉坯及其垂直方向的温度分布梯度大;在实施铸坯凝固末端压下过程中,铸坯宽面中心与宽向1/4处的表面变形及应力变化较为同步,且靠近铸坯内弧侧凝固前沿的塑性应变最大,铸坯应力最大值集中在角部区域;目前梅钢包晶钢连铸压下区间设置不当,易引发铸坯产生内部裂纹。     

薄板坯液芯压下技术特性的研究

介绍了薄板坯连铸过程中的液芯压下工艺,对比了液芯压下与软压下的区别。根据薄板坯连铸液芯压下工艺的技术特性,对采用液芯压下铸机的结构进行了分析,得出了薄板坯连铸的合理液芯压下工艺条件,对液芯压下技术的应用具有借鉴意义。     

首钢板坯连铸技术进步

回顾了近十年来首钢为生产优质冷轧钢板和特厚钢板而开发的板坯连铸新技术。为了降低优质冷轧钢板表面冶金缺陷,开发了浸入式水口防堵塞技术、结晶器内钢液流动综合控制技术和中高拉速FC结晶器技术等。综合应用这些技术后,水口堵塞率降低60%以上,结晶器液面波动±3 mm比例提高至98%以上,冷轧钢板表面卷渣缺陷指数降低50%以上。为了提升特厚钢板的冶金质量,开发了特厚板坯窄面鼓肚控制技术、倒角结晶器连铸技术、半干法连铸技术和二冷间歇式喷淋等技术,400 mm厚板坯窄面鼓肚量降低至5 mm以下,含铌微合金化钢板坯表面裂纹发生率大大降低。开发了特厚板坯连铸轻压下技术,中心偏析C类1.0级及以下比例达到100%,确保了150 mm特厚钢板的心部韧性达到100 J以上。