一種管線鋼鑄坯冷卻及低溫加熱改善組織性能的方法與流程
2023-10-11 08:58:34 1
本發明屬於冶金領域，涉及一種通過連鑄強冷改善內部組織，較窄的加熱溫度細化成品晶粒從而改善鋼材組織性能的方法，具體說是一種管線鋼鑄坯冷卻及低溫加熱改善組織性能的方法。
背景技術：
隨著鋼鐵企業競爭壓力的逐步惡化，客戶對產品質量要求越來越苛刻，提高產品質量、增強產品性能已成為企業研究的課題，尤其是制管、彎曲變形用鋼板對組織性能要求越來越高，找尋一種可以適應不同厚度規格的產品，對軋制生產一直是一個限制性環節。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種管線鋼鑄坯冷卻及低溫加熱改善組織性能的方法，該方法採用強冷卻改善鑄坯內部質量、加熱爐低溫加熱改善軋製成品晶粒度提高產品組織性能，採用連鑄鑄鋼過程中結晶器冷卻、二冷水冷卻為強冷，保證液芯前移，動態輕壓下在彎曲段前進行壓下，提高內部組織的緻密度，改善中心偏析；通過加熱爐加熱溫度的控制，改善軋製成品的晶粒度，坯料加熱採用1160～1180度窄加熱溫度，在滿足碳氮化鈮充分固溶的前提下，抑制奧氏體晶粒的長大，從而細化軋製成品的組織晶粒度，提高軋製成品的組織韌性，有效提高產品質量。
本發明通過以下技術方案實現：
一種管線鋼鑄坯冷卻及低溫加熱改善組織性能的方法，其特徵在於具體步驟如下：
1)管線鋼鑄坯的成份按重量百分比為：C0.04～0.06％,Si0.20～0.30％，Mn1.50～1.60％，P≤0.014％，S≤0.003％，Ni0.10～0.15％，Cr0.13～0.18％，Nb0.040～0.050％，Mo0.09～0.14％，Ti0.006～0.020％，Al0.015～0.050％,其餘為Fe和雜質；連鑄鑄鋼過程中，結晶器冷卻水採用強冷，加速鑄坯冷卻，增加鑄坯表面冷卻速度，增加激冷層厚度，激冷層厚度由弱冷的5mm左右提高到10mm左右，避免形成粗大等軸晶；二冷水採用強冷，形成細小等軸晶，並確保液芯提前，保證在彎曲段前有效動態輕壓下，在彎曲段及水平段再經過輥子的擠壓，鑄坯內部組織更加緻密，原始的晶粒尺寸更為細小，提高軋製成品的組織韌性；
2)嚴格控制加熱爐對坯料的加熱溫度，在確保碳氮化鈮完全固溶的前提下，儘量降低加熱爐加熱溫度，保證奧氏體晶粒的細小；加熱溫度過高，會導致晶粒度粗大，加熱溫度過低，會造成碳氮化鈮無法固溶，加熱爐加熱溫度處於1160～1180度，即能滿足碳氮化鈮成份的固溶，又滿足軋制要求。經過無數實驗分析，當加熱爐加熱溫度處於1160～1180度時，即能滿足碳氮化鈮等成份的固溶，又滿足軋制要求，但溫度達到1180度，是奧氏體晶粒加速長大的轉折點，因此，這種低溫窄溫度加熱對改善鋼材的組織韌性起到了關鍵性作用，通過公式
lg([Nb]*[C]0.875)γ＝3.24-7150/T；
lg([Nb]*[N])γ＝3.70-10800/T計算可知，X70M鋼板NbC、NbN的固溶溫度分別為:971度、1068度。
由圖1可見，圖1中，橫坐標為加熱溫度(℃)，縱坐標為奧氏體晶粒尺寸(微米)。加熱溫度超過1180℃時，奧氏體晶粒有加速成長的趨勢，原始奧氏體晶粒細小為碳氮化鈮加速固溶提供了先決條件。
本發明中，連鑄結晶器及二次冷卻的冷卻水採用最強冷卻制度：結晶器冷卻水150mm斷面採用寬面6000l/min,窄面300l/min；220mm斷面採用寬面5000l/min，窄面450l/min；320mm斷面採用寬面5085l/min，窄面666l/min；二次冷卻模式共三種，Solf，Medium，hard，二次冷卻模式為hard；實驗鋼種為X70M，產品厚度規格為28.6mm，鑄坯斷面為320mm，結晶器冷卻寬面5085l/min，窄面666l/min，二冷模式hard，通過強冷加速了鋼水的凝固過程，形成較細小的晶粒，鑄坯液芯提前，動態輕壓下前移，鑄坯在進入水平輥道前鑄坯芯部得到了有效壓下，鑄坯中心偏析明顯改善，強冷使得鑄坯表面冷速增加，柱狀晶比例縮小。實驗證明未採用強冷的鑄坯柱狀晶比例約30％，粗大的柱狀晶間距較大，並且細小等軸晶比例較小，約8％～10％，採用hard冷卻的鑄坯低倍分析，柱狀晶明顯變細變小，比例約5～8％,細小的等軸晶比例增加到30％以上，在加熱爐加熱的過程中原始奧氏體晶粒更加細小，對軋制後的組織更加有利。
本發明採用一種創新的生產方式提高了連鑄坯的內部質量，在澆注的過程中注意控制了原始晶粒度的長大，合理的控制中心偏析的產生，為坯料在加熱爐加熱、成品軋制提供了先決條件；通過合理的窄溫度控制坯料加熱，達到了細化軋製成品晶粒度的目的，從而改善了鋼材的組織韌性。
本發明通過連續鑄鋼過程中對鑄坯的強制冷卻提高鑄坯內部質量，較窄的坯料加熱溫度(1160～1180度)滿足碳氮化鈮固溶的前期下確保軋製成品的晶粒細小，從而提高鋼材組織韌性的目的。本發明成功解決了鋼材軋制過程中低溫性能的控制難點，提高了鋼材軋制後的低溫落錘、低溫衝擊性能，增加了軋材的低溫區域服役能力，大幅度提高經濟效益。
附圖說明
圖1是加熱溫度對晶粒度的影響示意圖。
具體實施方式
一種管線鋼鑄坯冷卻及低溫加熱改善組織性能的方法，具體步驟如下：
連鑄機長根據鑄坯斷面選擇結晶器冷卻流量與冷卻流速，如320mm斷面選擇流量寬面5085L/min，流速7.49m/s、窄面666L/min，流速11.43m/s,鑄機的二次冷卻制度選擇強冷，電磁攪拌在鑄機的第三段輥上，儘量放在凝固前沿，確保了動態輕壓下在四到六段輥上，強制冷卻的結果鑄坯表面形成更為細小的晶粒，柱狀晶減少，細小緻密的等軸晶比例增加，動態輕壓下前移，在鑄坯矯直與矯直後一直受到輥道的擠壓，芯部更加緻密，為軋制提供更好的細晶組織。
坯料加熱採用低溫控溫加熱技術，目標出鋼溫度1160～1180度，加熱時間10～13min/cm，均熱時間不小於30分鐘，加熱溫度不高於1180度，有效抑制了奧氏體晶粒的快速長大，在同等軋制的條件下，得到的組織更加緻密，組織韌性更好。
實施例
一種管線鋼鑄坯冷卻及低溫加熱改善組織性能的方法，該方法通過結晶器、二次冷卻的強冷作用，確保了鑄坯原始晶粒的細化，通過合理低溫加熱技術，在保證鈦氮鈮有效固溶的前提下，抑制了奧氏體晶粒快速生長，確保了軋製成品的細晶組織，有效提高了鋼板的組織韌性，得到了更好低溫韌性性能，提高了經濟效益。
本實施例選擇X70M鋼種,成份按重量百分比符合：C0.04～0.06％,Si0.20～0.30％，Mn1.50～1.60％，P≤0.014％，S≤0.003％，Ni0.10～0.15％，Cr0.13～0.18％，Nb0.040～0.050％，Mo0.09～0.14％，Ti0.006～0.020％，Al0.015～0.050％,其餘為Fe和雜質；整個過程控制如下：
(1)連鑄澆鑄過程見表1連鑄澆注過程冷卻情況。
表1
(2)坯料加熱爐加熱情況見表2坯料加熱情況。
表2
(3)軋制鋼板性能見表3軋制鋼板性能情況。
表3
本發明適用於所有斷面用於改善組織性能的管線鋼鋼板，窄加熱溫度設定時應根據鋼種計算NbC、NbN的固溶溫度。