[发明专利]一种大断面重轨钢铸坯中心偏析控制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大断面重轨钢铸坯中心偏析控制的方法，属于钢铁冶金领域。

背景技术

钢轨是铁路轨道的主要组成部件，在铁路运输过程中，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力。基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。钢轨规格尺寸也逐渐增大，为减少焊接接头，保证铁路钢轨更高的整体性，大规格钢轨的定尺也在增加。通过以前较小断面铸坯轧制大规格长定尺的钢轨无疑要求铸坯长度定尺更长，这造成后续热处理设备需要进行较大改造；此外，如若铸坯断面尺寸不变，而钢轨规格尺寸变大，这对轧制过程的压缩比无疑造成影响，最终影响钢轨致密度等物性指标。但是大断面重轨钢连铸坯在生成过程中由于其钢种成分本身及钢液凝固传热原理的因素，铸坯冷却凝固经历时间更长，铸坯中心偏析控制难度更大，这对重轨钢铸坯后期轧制的钢轨质量尤其是轨腰质量会产生不利影响。

大量研究指出：提高铸坯偏析度控制的重要方法就是提高铸坯致密度及铸坯凝固结晶组织均匀性。这主要是因为，铸坯中心偏析形成的主要原因是铸坯冷却凝固过程中，随着柱状晶的生长，溶质元素不断在枝晶间析出，导致枝晶间钢液溶质浓度明显高于枝晶内部浓度，而高溶质浓度的钢液其液相线温度更低。随着枝晶的生长，高溶质浓度的钢液部分被推向铸坯中心位置；另外，铸坯中心凝固收缩会导致其对钢液的抽吸，此时由于“搭桥”导致上部钢液很难对铸坯凝固收缩形成有效补缩，进而导致枝晶间高溶质浓度的钢液向铸坯中心聚集，最终导致铸坯中心偏析度明显偏高。铸坯中心偏析会导致铸坯在轧制成钢轨以后，其轨腰出现偏析线，影响钢轨质量。针对铸坯偏析控制的研究，一直以来都是冶金工作者不变的研究重点工作之一，近年来随着科学技术的进步发展，铸坯偏析度得到一定程度改善，但是相比于更为先进国外企业，此方面的控制技术还有待进一步研究。尤其在铸坯断面尺寸不断变大，铸坯偏析控制难度不断增大的情况下更是如此。

例如：CN104525880A公开了一种超大断面圆坯的制造方法。此发明包括以下步骤：1)浇注：将钢水从钢包注入中间包中；2)结晶：将中间包的钢水浇注至结晶器中制得未完全凝固的铸坯,其中,结晶器保护渣性能为：碱度0.2～0.5,熔化温度980～1130℃,1300℃下的粘度为12～18.0Pa·S；设置结晶器电磁搅拌如下：电流400～500A,频率3.0～4.0Hz；3)拉坯：拉坯速度：0.08～0.13m/min；4)二冷：二冷上区采用全水强冷却,二冷下区采用气水雾化弱冷却,综合比水量：0.25～0.35L/kg钢；5)对二冷后的铸坯进行连续矫直,矫直应变率控制在0.08％～0.13％。本发明是基于一种弧形半径16.5米全弧形合金钢连铸机实现直径900mm及以上圆坯的批量生产,且具有良好的表面及内部质量。但是，对于大断面重轨钢连铸坯中心偏析控制的一些关键的具体技术并未涉及。

CN102806330A公开了一种提高厚大断面连铸坯内部质量的方法,可以解决现有技术中厚大断面连铸坯中心缩孔疏松和偏析问题。本发明通过控制钢水纯净度、浇注过热度,协同采用微区振荡和凝固自补缩技术,提高铸坯内部质量。微区振荡技术有效消除铸坯内部偏析缺陷,并可以有效细化凝固组织,减轻缩孔疏松。凝固自补缩技术在后续凝固收缩过程中实现同时凝固和固态金属的塑性移动,达到高温可变形金属径向自补缩的目的,从而消除铸坯内部缩孔,并显著改善直至消除铸坯内部疏松。而对于大断面重轨钢连铸坯中心偏析控制的一些关键的具体技术并未涉及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种大断面重轨钢铸坯中心偏析控制的方法，可使得大断面重轨钢坯的中心偏析得到有效控制，铸坯其余内部质量得到有效保障。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：在浇注过程中，浇注钢液过热度为25℃～35℃，拉速为0.65m/min～0.75m/min，于铸坯凝固末端进行10mm～14mm的压下；在连铸过程中，结晶器位置处的电磁搅拌的搅拌强度为350A～450A、搅拌频率为2.3Hz～2.5Hz，凝固末端位置处电磁搅拌的搅拌强度设定为350A～450A、搅拌频率为6.8Hz～7.2Hz。于铸坯凝固末端进行10mm～14mm的压下控制，一方面可减弱中心收缩造成对高溶质浓度钢液的抽吸，另一方面可实现对部分高溶质钢液中溶质的再分配提供动力学条件。在浇注过程中，目标拉速通常按0.70m/min控制，保持恒速浇注。