[发明专利]一种提高高碳钢小方坯等轴晶率的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及到一种提高高碳钢小方坯等轴晶率的方法。

背景技术

连铸坯的凝固组织从表面到中心由激冷层、柱状晶区和等轴晶区三部分组成。由于柱状晶组织的晶体具有明显的方向性，加工性能差，容易导致中心偏析、中心疏松和中心裂纹等缺陷，所以在连铸坯凝固的过程中，应尽可能抑制柱状晶区的发展，促使有着各向同性的等轴晶区扩大。

等轴晶与柱状晶相比，等轴晶的晶粒在长大时彼此交叉，枝杈间搭接牢固，裂纹不易扩展，各晶粒的取向各不相同，没有方向性，避免了“小钢锭”凝固组织的形成，得到致密的钢坯组织。另外，由于柱状晶在加热时表现为各向异性，等轴晶表现为各向同性，近年来的研究发现晶界对材料的性能有很大的影响，在晶界处存在的偏析和非金属夹杂物往往是产生断裂的根源。因此应减少柱状晶，增大等轴晶率，以提高铸坯的机械加工性能，可使钢的抗拉强度得到提高。

60^#普通钢的化学成分的范围为C：0.57%~0.65%，Si：0.17%~0.37%，Mn：0.4%~0.8%，P<0.025%，S<0.025%。在提高等轴晶率的过程中，等轴晶率的效果随着碳含量的变化也相对变化。有研究指出，在含碳量为0.52%左右的钢种和碳含量小于0.1%的钢种，结晶器电磁搅拌对等轴晶率的增加效果不明显，含碳量0.6%的钢种的增加效果也不如含碳量0.7%的钢种明显，因此增加60^#普通钢的等轴晶率，也有一定的困难。

目前可以查到的生产目标含碳量0.6%的钢种（60^#钢）最好的等轴晶率为15%，相应的参数方面电流偏大而且不稳定，变化幅度很大，一般都高于400A。拉速稍微小，一般都在2.2m/min左右，生产效率低。即使这样，生产效果也并不稳定，成本居高。

发明内容

针对60^#小方坯在生产过程中，由于等轴晶率过低而产生的一系列问题，本发明提供一种提高高碳钢小方坯等轴晶率的方法。通过钢水过热度、铸坯拉速、二冷比水量及结晶器电磁搅拌的方法，避免由于过多柱状晶带来的偏析、疏松和裂纹等问题，保证了铸坯的高质量。

本发明的目的是这样实现的，一种提高高碳钢小方坯等轴晶率的方法，钢的化学成分的重量百分比为C：0.57%~0.65%，Si：0.17%~0.37%，Mn：0.4%~0.8%，P<0.025%，S<0.025%，余量为Fe和不可避免杂质，钢水过热度为25~35℃、铸坯拉速为2.5~2.9m/min、二冷比水量为0.9 ~1.2L/kg，将电磁搅拌器安放在距离结晶器下沿18～22mm，电磁搅拌器的电流强度为290~330A，电磁搅拌频率为4.0~4.6Hz。

过热度方面，固液界面前沿的温度梯度足够低时，固液界面前沿的成分过冷度就会大于形核所要求的过冷度，在固液界面前沿析出新的晶核，长大并阻止柱状晶向铸坯内延伸生长，从而形成等轴晶区。低的过热度有利于低温度梯度的形成，加之低过热度的钢液内储备有大量的晶胚，因此其对获得高等轴晶率是非常有利的。本发明钢水过热度为25~35℃。

拉速方面，拉速过大，等轴晶率减小。拉速过慢，生产效率低。本发明铸坯拉速为2.5~2.9m/min。

在比水量方面，减少铸坯凝固过程的温度梯度会提高等轴晶率，如果冷却强度过于弱，会造成铸坯表面温度升高，采用强冷会增大温度梯度，不利于等轴晶的形成。所以比水量是一个重要的因素。本发明二冷比水量为0.9 ~1.2 L/kg。

本发明针对结晶器设定电磁搅拌器的位置。位置高了，可能会在金属液面形成漩涡、会带来弯月面的不稳定，还会增大结晶器内壁与钢水之间的接触的压力使保护渣通道阻塞是润滑效果下降。位置过低，结晶器电磁搅拌的特点就体现不出或者说和二冷区电磁搅拌没什么区别了。将电磁搅拌器安放在距离结晶器下沿18～22mm，因为这个位置距离连铸保护渣和钢水界面较远，可以防止由于搅动过于激烈而造成的卷渣以及弯月面波动等问题，使铸坯的夹杂物缺陷减少，也保持弯月面的稳定。