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含诸元素钢的冶炼与连铸须知

点击率:    发布时间:2015-1-28 15:48:21    信息来源:上海钜利金属

炼钢过程中的冶金操作事项
 
  在生产高品质钢时,由于去除有害残留元素的动力学和热力学条件在炼钢和精炼过程不同,有时甚至是相互矛盾的,所以可以采取不同策略来控制残留元素的含量。每个钢厂都需要彻底了解自身的过程冶金变量,形成自己的操作实践,以适应所生产钢种的成分。残值是非常重要的一个基础条件。一般来说,钢铁首先生产那些成熟的钢种,但是往往开始时残余元素含量较高,而产生裂纹、表面质量差和偏析问题。
 
  建议在解决含铌钢表面质量的问题时,最先宜采取的操作是钙处理以降低S含量至0.002%~0.010%的水平。钙处理并不能确保获得无缺陷铸坯,却能极大地增加改善表面质量和内部纯净度的可能性。下一节将介绍残余元素(如N,H,S,P,Cu等)对热延性的影响。
 
  残余元素对铸造性和热塑性的影响
 
  在含Al微合金化钢中,通常认为N不利于钢的热塑性。为了避免横向裂缝,N含量应保持尽可能低的水平。在某些情况下,发现Ti的加入对热塑性也是有害的。然而,在低冷却速度下,Ti在低N(0.005%N)的C-Mn钢中,又有助于获得更好的热塑性。要得到最好的热塑性,通常要有一个高的Ti:N比4.5:1。对于高N钢(电炉炼钢典型的N含量0.010%),建议Ti的加入量不要太高(0.01%),以减少含Ti粒子的数量。此外,钢中的溶解Al含量要低,以防止与过量N元素相结合形成AlN。对于C-Mn-Nb-Al钢,就Ti的加入量方面可给出类似的建议。因为这些钢中存在的Nb和Al元素会粗化含Ti粒子,它们对热塑性低谷区的影响一般不大。一旦Ti与N结合,任何剩余的N看起来似乎有利,因为高N含量会促进析出行为在较高的温度下发生。
 
  钢中的S含量应保持在尽可能低的合理水平,以降低有害的细小硫化物在奥氏体晶界析出的倾向。钙夹杂物形貌控制处理将球化硫化锰夹杂并改善连铸机矫直段铸坯的塑性。
 
  钢中残留的Cu通常来自废钢料,其残留量应小于0.15%。残留Cu对铸坯的表面质量有害,促进横向开裂的发生。Sn(锡)影响与Cu的类似。虽然Cu热塑性有害,但是加入少量的Ni可以抵消引起的热塑性损失(Ni:Cu通常控制在1.5~2.0范围内)。
 
  磷是受到大量研究工作关注的一种元素。过去的一些工作表明,在某些情况下当C含量低于0.25%的钢中P可改善700~1200℃区间铸坯的塑性。这种改善的结果是在偏析减少的前提下获得的。但是,如果有较多的P发生偏析,枝晶间液体将出现在低于固相线下的某一温度。在奥氏体晶界上存在这样一个液膜将严重降低铸坯的热塑性。这种状况将使铸钢容易在连铸早期和结晶器后的铸造阶段产生开裂。
 
  氢的控制
 
  氢(H)主要影响含高Mn、Cr、Ni的中、高碳钢,特别是大型型钢。在Mn-Cr、Cr-B和Cr-Mo系钢中,必须控制H含量。H含量的控制是至关重要的,对于这些裂纹敏感的钢种的H含量限于2ppm。
 
  硫的控制
 
  硫会扩大高温下钢的表面裂纹倾向。它还增加钢中夹杂物的数量,危害钢材的物理和力学性能。因此,必须控制钢中的S含量,尽可能降低S含量(除切削加工钢外)。对于高等级钢种,高炉铁水中的S含量不易高于0.015%。经过钢包Si、Ca脱硫后,S含量通常要降至0.003%~0.009%。
 
  在有些含铌钢浇铸的情况下,MnS夹杂是造成热塑性降低的根本原因。一般来说,MnS与晶间断裂有关。含铌钢的热塑性对钢中的固溶S含量非常敏感,固溶S易于晶界偏析。随着S含量浓度的上升,热塑性下降。
 
  控制热塑性的因素
 
  在显微结构层面上,有4个控制热塑性的主要因素,也是最重要的因素:1)应变率;2)晶粒尺寸;3)析出;4)夹杂物含量。提高矫直应变速率和细化晶粒尺寸(一般小于200μm)都可以改善延性。提高应变速率将减少晶界滑移,细化的晶粒使得裂纹沿晶界扩展变得更加困难。
 
  连铸过程中的技术要点
 
  消除裂纹的两个最有效措施是控制钢水浇铸温度和降低二冷的冷却速率。对于优质钢种,要严格控制钢水上连铸机的温度。例如,如果钢过热太高,会造成严重的中心偏析,甚者还会增加发生漏钢的概率。如果过热太低,又可能引起堵水口,甚至钢水在中间包内凝结,而造成钢水回炉等问题。因此,必须在获得良好铸造性能、产量和铸坯内部和表面质量之间取得平衡。连续浇铸要求供给钢水的温度保证在浇铸周期内浇铸顺行。
 
  结合低碳钢低合金(LCLA).冶金思路,采用新的工艺冶金技术和操作可带来具有吸引力的成本效益。附加值高的LCLA含铌微合金钢材的应用和未来发展将在改善产品质量、性能和工艺操作中发挥关键作用。同时,B钢厂生产的低碳钢具有优良的热塑性,而且没有出现连铸缺陷或裂纹问题。
 
  如有可能,强烈建议使碳含量低于0.10%。有报道指出,通过降低C含量,对于奥氏体向铁素体的转变率是有利的。形变诱导铁素体的大量形成使得热塑性低谷区变窄。碳含量必须低于0.10%是诱发这一机制发生的条件。因此,在低于包晶区的低碳的水平(低于0.1%)下,不太可能形成柱状晶和细化铸态晶粒尺寸。从微观组织上,这些条件将有利于缩小塑性低谷区。
 
  对于不同直径的钢筋,即使在相同的强度水平,生产经验表明有大量的C-微合金化元素的成分组合、轧制制度和轧机配置等方法可以满足力学性能和产品应用的要求。每个钢厂的情况都是独一无二的,因此,没有普遍适用的办法来指定采取什么样的化学成分、冶炼操作、加热炉均热温度以及热轧制度等来生产某种产品。严格控制试验应结合实际熔炼、连铸、加热炉和轧机的操作参数以及工艺流程操作的波动,到最终产品所需的力学性能和使用性能。