[发明专利]一种VN微合金钢连铸坯表面裂纹控制方法

说明书

本发明涉及一种VN微合金钢连铸坯表面裂纹控制方法，采用立式连铸机生产连铸坯，并控制拉速、钢包浇注时间、二冷区冷却水量等工艺参数；采用立式连铸机与传统的弧形连铸机相比，保证了夹杂物在凝固液芯中有充足的时间上浮去除，减少了夹杂物颗粒被凝固坯壳捕捉，提高了凝固坯壳的纯净度和均质性，减少了由于AlN等液相析出类型夹杂所导致的铸坯裂纹发生概率；另外，立式连铸机不需要对铸坯进行矫直，与传统弧形连铸机相比，避免了矫直过程铸坯坯壳承受变形应力的问题，有效地避免了应力性裂纹的发生。

技术领域

本发明涉及连铸技术领域，尤其涉及VN微合金钢连铸坯表面裂纹控制方法。

背景技术

传统的低合金高强钢利用铌微合金化，热轧过程中通过形变诱导形成铌的碳氮化物，能够抑制再结晶形核的长大，并且需要更高的激活能使得钢发生形核和长大，从而提高再结晶温度。但在合金减量化、绿色制造的背景下，希望减少贵金属铌的加入，并且降低轧制温度，减少能源消耗。利用钒氮微合金化，在再结晶区控轧过程中析出氮化钒，为铁素体在奥氏体晶内相变提供形核核心，析出的VN质点具有钉扎作用，能够有效阻止再结晶奥氏体晶粒长大，增加有效晶界长度，使得奥氏体晶内、晶界均提供大量的铁素体形核核心位置，实现相变后铁素体晶粒细化，在提高强度的同时具有良好的韧性。与传统的铌微合金化钢相比，钒氮(VN)微合金具有更低的微合金化成本、更低的加热能耗和更优异的钢材综合力学性能。

但是，钒氮微合金化低合金高强钢铸坯在奥氏体温度区间凝固过程中非常缓慢地冷却会引起VN沿奥氏体晶界沉淀，如果矫直时铸坯边角部温度位于氮化物析出高峰温度区，将会引起钢的脆化。再加上振痕助长了角部横裂纹的发生，矫直变形下铸坯振痕波谷处更易产生裂纹。即使在慢速矫直情况下，也有可能造成晶界处结合力减弱，导致连铸坯开裂。因此，钒氮微合金化钢的连铸坯边角裂纹问题极大地限制了钒氮微合金化低合金高强钢的工程应用。

授权公告号为CN111996466B的中国发明专利公开了一种“V-N微合金钢及V-N微合金化的无表面裂纹连铸坯的生产方法”，其氮含量为0.011～0.2％、钒含量为0.1～0.4％。连铸过程中通过低过热度、低拉速以及弱水冷的方式实现铸坯矫直区避免经历高温脆性温度区间。但在其氮含量范围内，VN的析出-温度-时间曲线(PTT)会显著向左移动，导致在850～900℃的矫直温度区间，短时间内会有大量的VN沿奥氏体晶界析出，即使在低拉速的矫直变形情况下也会导致铸坯边角部开裂。

授权公告号为CN107866538B的中国发明专利公开了“一种含钒含氮微合金化包晶钢的方坯连铸生产方法”，采用弧形方坯连铸机生产钒含量0.05～010％、氮含量0.006～0.012％的微合金包晶钢。通过优化结晶器软水、二冷配水，提高铸坯表面温度，避开铸坯表面塑性温度低谷温度。该方法虽然能避开VN析出高峰温度，但冷却强度降低和拉速下降必然导致铸坯表面高温区停留时间的延长，仍会导致VN的大量析出，在此情况下矫直变形仍可能导致铸坯表面裂纹。

授权公告号为CN100457327C的中国发明专利公开了一种“含钒高氮高强耐候钢连铸坯网状裂纹控制方法”，高强耐候钢连铸坯的氮含量为0.01～0.03％、钒含量为0.02～0.15％。通过设定结晶器宽面和窄面冷却水量、铸机拉速，提高坯壳表面温度至1050～1120℃，振动频率110～130Hz、减少保护渣中CaO配比、减少二冷段铸坯冷却水用量的方法消除铸坯网状裂纹。该方法没有考虑到在0.01～0.03％的氮含量下液态钢液会析出大量的高熔点AlN夹杂，AlN夹杂由于重力作用会在铸坯内弧侧富集，当坯壳温度在1050～1120℃范围内进行矫直时，坯壳强度不足，AlN夹杂在坯壳表面富集会造成漏钢隐患。