一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺

1.本发明涉及一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，属于低碳合金钢连铸生产技术领域。


背景技术：

2.金属材料的服役寿命与其微观组织结构以及服役过程中的复杂应力状态、损伤演化以及断裂行为有着密切联系。带状组织导致钢材性能具有明显的各向异性，使横向冲击性能以及断裂韧性急剧降低，严重影响钢材后续加工性能和服役性能。带状组织与周围基体组织的硬度存在较大差异，在变形和承受较大载荷时易产生应力集中，在带状组织和基体交界处生成裂纹。除此之外，沿轧制方向的带状组织会导致中厚板焊接性能下降，极易引起后续加工中焊缝开裂。这些问题严重影响钢材的质量和性能，使得钢材产品无法满足市场需求，有损于钢铁行业的可持续发展。因此，带状组织缺陷的控制对于提高产品质量和竞争力意义重大。
3.低碳钢为碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件，低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。在实际生产过程中，由于合金成分偏析、热加工制度不合适以及热轧冷却速度不当等原因，轧材内部时常出现沿轧制方向呈现带状分布的组织形貌，如亚共析钢中层状分布的铁素体与珠光体带状组织。
4.中国专利cn113684356b中公开了一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法，该专利主要通过控制热轧后的冷却速率进行控制，并未从根本上改变材料内部元素偏析状态，因此如果后续产品热处理工艺不合适，仍然会出现带状组织，且该专利仅针对齿轮钢的棒材产品。
5.中国专利cn113755746b中公布了一种改善热成形钢板材带状组织的方法，通过向板材中加入稀土元素re，细化钢板组织改善带状组织，但加入稀土元素re会增加冶炼成本，且稀土元素re在炼钢工艺的加入位置不同，其收得率存在较大差异，同时稀土元素加入量不合适容易导致水口结瘤的问题频发。
6.现有控制带状组织的方法，大多考虑从热处理、热轧工艺以及合金成分进行控制，采用这种常规控制带状组织的方法得到的钢材在下游企业应用过程中，需要对热处理后冷却过程严格控制，否则容易再次出现带状组织评级升高的现象，给后续应用带来障碍。因为现有控制带状组织的方法并未考虑从产生带状组织的源头连铸工艺进行调节，无法从根本上对带状组织进行控制。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术存在的不足，提供一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，所述的生产工艺针对轧材带状组织形成的根源，即铸坯中心点状偏析进行控
制，较为显著地降低了中厚板带状组织评级。
8.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，所述的生产工艺为：精炼后成分合格的低碳钢液通过连铸机进行浇铸，连铸过程中，中包过热度为25～30℃，电磁搅拌电流为50～160a；板坯经热轧得到低碳钢中厚板。
9.进一步的，所述连铸生产工艺中采用单辊电磁搅拌，电磁搅拌位于板坯铸机二冷区扇形段。
10.进一步的，所述连铸过程中，双侧孔浸入式水口浸入深度110～150mm。
11.进一步的，所述连铸过程中，拉速为1.10～1.15m/min，比水量为0.76～0.84l/kg。
12.优选的，连铸过程中，中包过热度为28～30℃。
13.进一步的，所述的低碳钢为p275钢或p355钢。
14.进一步的，所述p355钢成分为：碳0.13～0.15wt％；硅0.30～0.40wt％；锰1.45～1.55wt％；磷≤0.013wt％；硫≤0.002wt％；镍0.20～0.30wt％；铌0.035～0.040wt％；钛0.008～0.020wt％；其余为杂质元素和铁；
15.所述p275钢成分为：碳≤0.16wt％；硅≤0.40wt％；锰0.8～1.5wt％；磷≤0.015wt％；硫≤0.0015wt％；镍≤0.50wt％；铌≤0.05wt％；钛≤0.03wt％；钒≤0.05wt％；铬≤0.3wt％；钼≤0.08wt％；其余为杂质元素和铁。
16.进一步的，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间176～352min，之后对板坯进行高压水除鳞，然后再进行热轧。
17.进一步的，所述热轧过程为：板坯经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终进行正火处理。
18.进一步的，所述板坯采用直弧形连铸机生产，一机一流，断面为220mm
×
(1600～2300)mm。
19.本发明的有益效果是：
20.本发明的连铸工艺调整了连铸工艺参数以及二冷电磁搅拌技术，通过提高钢液过热度、改变搅拌模式并降低电磁搅拌电流，增加柱状晶区比例，从而避免铸坯中心产生大量的点状偏析，从根本上降低了轧材的带状组织评级，提高了产品质量。
21.现有技术中从热处理、热轧工艺以及合金成分角度进行带状组织控制得到的低碳钢中厚板，在后续热处理过程中，如果冷却速度控制不合适，则带状组织评级会再次升高，给后续应用带来障碍；而本发明所述的连铸工艺针对轧材带状组织形成的根源，即铸坯中心点状偏析进行控制，显著地降低了中厚板带状组织评级，采用本发明所述连铸生产工艺生产的低碳钢中厚板在后续热处理降温过程应用中，不会出现带状组织评级升高的问题，保证低碳钢中厚板的应用性能稳定性。
22.低碳钢加工过程中容易产生铁素体与珠光体带状组织，常规的连铸方法中，电磁搅拌采用二冷区间隔辊反向推力型电磁搅拌(双辊电磁搅拌)320a条件，虽然可以避免铸坯产生中间裂纹，但是带状组织评级较高，因为柱状晶前沿被高温钢液冲刷导致重熔断裂，生长受到抑制，枝晶臂发生熔断，促进了等轴晶区比例的增加，而等轴晶区扩大会增加板坯中心点状偏析出现的概率，板坯内部的点状偏析形成后在热轧过程中无法消除，保留至中厚
板形成带状组织。而本发明所述连铸工艺中采用单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流为50～160a，既可以避免铸坯中间裂纹，又能降低带状组织评级，因为在本发明所述电磁搅拌条件下，柱状晶前沿钢液流动大幅减缓，柱状晶生长不受影响，将过热度升高为25-30℃并接近上限生产，可以为柱状晶提供有利的生长条件，降低等轴晶区的比例，从而减少点状偏析的出现，从源头上控制带状组织的产生。
23.另外，与现有技术相比，本发明的方法原理清晰，具有改善效果明显、可操作性强、控制难度小、生产成本低等优点，对于实际生产工艺参数的调整具有很好的指导意义，可以在钢铁生产领域得到广泛应用。
附图说明
24.图1为实施例3的16mm中厚板带状组织形貌图(正火态100x)。
25.图2为对比例1的16mm中厚板带状组织形貌图(正火态100x)。
26.图3为对比例2的16mm中厚板带状组织形貌图(正火态100x)。
具体实施方式
27.下面对本发明的具体实施方式做详细说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受公开的具体实施例的限制。
28.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。所使用的术语只为描述具体实施方式，不为限制本发明。
29.一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，所述的生产工艺为：精炼后成分合格的低碳钢液通过连铸机进行浇铸，连铸过程中，中包过热度为25～30℃，电磁搅拌电流为50～160a；板坯经热轧得到低碳钢中厚板。所述低碳钢为碳含量低于0.25％的碳素钢，所述中厚板的厚度范围为14-30mm。
30.具体的，所述连铸生产工艺中采用单辊电磁搅拌，电磁搅拌位于板坯铸机二冷区扇形段。
31.本发明实施例中扇形段的电磁搅拌电磁辊分别位于：距结晶器弯月面距离7.8m或9.7m的位置(分别称为板坯铸机二冷区2#或3#扇形段)。
32.另外电磁搅拌的工艺参数除了电磁搅拌电流，还有电磁搅拌频率，电磁搅拌频率的大小影响的是穿透厚度，根据实验中的生产量，本发明实施例中的电磁搅拌效率均为6hz。
33.具体的，所述连铸过程中，双侧孔浸入式水口浸入深度110～150mm。
34.具体的，所述连铸过程中，拉速为1.10～1.15m/min，比水量为0.76～0.84l/kg。
35.具体的，所述的低碳钢为p275钢或p355钢。
36.具体的，所述p355钢成分为：碳0.13～0.15wt％；硅0.30～0.40wt％；锰1.45～1.55wt％；磷≤0.013wt％；硫≤0.002wt％；镍0.20～0.30wt％；铌0.035～0.040wt％；钛0.008～0.020wt％；其余为杂质元素和铁；
37.所述p275钢成分为：碳≤0.16wt％；硅≤0.40wt％；锰0.8～1.5wt％；磷≤0.015wt％；硫≤0.0015wt％；镍≤0.50wt％；铌≤0.05wt％；钛≤0.03wt％；钒≤0.05wt％；
铬≤0.3wt％；钼≤0.08wt％；其余为杂质元素和铁。
38.具体的，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间176～352min，之后对板坯进行高压水除鳞，然后再进行热轧。
39.具体的，所述热轧过程为：板坯经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，其设计冷速为15～40℃/s；之后由矫直机进行多道次热矫直，最终进行正火处理。所述正火处理工艺制度为890℃保温30min，空冷至室温。
40.具体的，所述板坯采用直弧形连铸机生产，一机一流，断面为220mm
×
(1600～2300)mm。
41.本发明实施例中，根据gb/t13298-2015《金属显微组织检验方法》对中厚板进行带状组织评级取样，评级标准为gb/t13299-1991《钢的显微组织评定方法》。
42.实施例1
43.精炼后成分合格的p275钢液通过一机一流的直弧型连铸机进行浇铸，连铸工艺参数如下：双侧孔浸入式水口的浸入深度为110～150mm，中包过热度为30℃，拉速1.15m/min，二冷比水量0.84l/kg，二冷区电磁搅拌位置为3#扇形段，搅拌方式为单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流和频率为50a、6hz。铸坯断面为220mm
×
2065mm，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间300min，之后进行坯料高压水除鳞。两阶段热轧经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终中厚板厚度规格为30mm。对中厚板宽度1/4位置沿轧向取8个样品，按照带状评级标准gb/t13299-1991《钢的显微组织评定方法》进行评定。
44.具体评级结果为：带状组织评级低于3.0级比例为75.00％。
45.实施例2
46.精炼后成分合格的p355钢液通过一机一流的直弧型连铸机进行浇铸，连铸工艺参数如下：双侧孔浸入式水口的浸入深度为110～150mm，中包过热度为28℃，拉速1.10m/min，二冷比水量0.76l/kg，二冷区电磁搅拌位置为3#扇形段，搅拌方式为单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流和频率为100a、6hz。铸坯断面为220mm
×
2065mm，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间300min，之后进行坯料高压水除鳞。两阶段热轧经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终中厚板厚度规格为14mm。对中厚板宽度1/4位置沿轧向取7个样品，按照带状评级标准gb/t13299-1991《钢的显微组织评定方法》进行评定。
47.具体评级结果为：带状组织评级低于3.0级比例为57.14％。
48.实施例3
49.精炼后成分合格的p355钢液通过一机一流的直弧型连铸机进行浇铸，连铸工艺参数如下：双侧孔浸入式水口的浸入深度为110～150mm，中包过热度为25℃，拉速1.15m/min，二冷比水量0.84l/kg，二冷区电磁搅拌位置为3#扇形段，搅拌方式为单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流和频率为160a、6hz。铸坯断面为220mm
×
2065mm，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间352min，之后进行坯料高压水除鳞。两阶段热轧经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终中厚板厚度规格为16mm。对中厚板宽度1/4位置沿轧向取8个样品，按
照带状评级标准gb/t13299-1991《钢的显微组织评定方法》进行评定。
50.具体评级结果为：带状组织评级低于3.0级比例为50.00％。带状组织形貌图如图1所示。
51.实施例4
52.精炼后成分合格的p355钢液通过一机一流的直弧型连铸机进行浇铸，连铸工艺参数如下：双侧孔浸入式水口的浸入深度为110～150mm，中包过热度为30℃，拉速1.15m/min，二冷比水量0.84l/kg，二冷区电磁搅拌位置为3#扇形段，搅拌方式为单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流和频率为50a、6hz。铸坯断面为220mm
×
2065mm，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间352min，之后进行坯料高压水除鳞。两阶段热轧经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终中厚板厚度规格为16mm。对中厚板宽度1/4位置沿轧向取7个样品，按照带状评级标准gb/t13299-1991《钢的显微组织评定方法》进行评定。
53.具体评级结果为：带状组织评级低于3.0级比例为57.14％。
54.实施例5
55.精炼后成分合格的p355钢液通过一机一流的直弧型连铸机进行浇铸，连铸工艺参数如下：双侧孔浸入式水口的浸入深度为110～150mm，中包过热度为30℃，拉速1.15m/min，二冷比水量0.84l/kg，二冷区电磁搅拌位置为2#扇形段，搅拌方式为单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流和频率为160a、6hz。铸坯断面为220mm
×
2065mm，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间352min，之后进行坯料高压水除鳞。两阶段热轧经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终中厚板厚度规格为14mm。对中厚板宽度1/4位置沿轧向取7个样品，按照带状评级标准gb/t13299-1991《钢的显微组织评定方法》进行评定。
56.具体评级结果为：带状组织评级低于3.0级比例为57.14％。
57.对比例1
58.采用实施例3相同的方法进行连铸工艺操作，不同之处在于，中包过热度为20℃；电磁搅拌方式为间隔辊反向推力型，二冷区电磁搅拌位置为2#和3#扇形段，电磁搅拌电流为320a。
59.本对比例1的板坯等轴晶区比例34.22％，带状组织评级低于3.0级比例33.3％，带状组织形貌图见图2所示。
60.对比例2
61.采用实施例3相同的方法进行连铸工艺操作，不同之处在于，中包过热度为25℃；电磁搅拌电流为260a。
62.具体评级结果为：板坯的等轴晶区比例29.68％，带状组织评级低于3.0级比例为28.57％，带状组织形貌图见图3所示。
63.对比例3
64.采用实施例3相同的方法进行连铸工艺操作，不同之处在于，中包过热度为20℃；电磁搅拌电流为160a。
65.具体评级结果为：板坯的等轴晶区比例24.23％，带状组织评级低于3.0级比例为42.86％。
66.对比例4
67.采用目前已知的方法，通过控制热处理后的冷却速率来实现带状组织的控制，具体方法为：采用实施3所述连铸和热轧工艺，对中厚板热处理后的冷却速率进行控制，其冷却速率为1.5℃/s。
68.具体评级结果为：带状组织评级完全低于3.0级。
69.以上实施例及对比例的相关实验数据如下表1：
70.表1实验数据汇总表
[0071][0072][0073]
从实施例1-实施例5的数据可以看出，采用本发明所述生产工艺，p275钢和p355钢的带状组织评级得到了很好的控制，带状组织评级低于3.0级比例均为50％以上，甚至能达到75％。而且在实验中，实施例1-实施例5得到的铸坯不存在中间裂纹缺陷，其他性能也均符合产品要求，但是带状组织情况得到了很好的控制。
[0074]
对比例1为常规已知的连铸生产工艺方法，本发明所述方法的实施例1-实施例3与对比例1相比：对比例1的工艺中，二冷区间隔辊反向推力型电磁搅拌320a、6hz条件下，柱状晶前沿在该区域被高温钢液冲刷导致重熔断裂，生长受到抑制，枝晶臂发生熔断，促进了等轴晶区比例的增加，而等轴晶区扩大会增加板坯中心点状偏析出现的概率，板坯内部的点状偏析形成后在热轧过程中无法消除，保留至中厚板形成带状组织，最终导致带状组织评级低于3.0级比例只有33.3％。然而本技术所述工艺方法的实施例1-5中，采用单辊电磁搅拌，电磁搅拌电流和频率为50～160a、6hz时，柱状晶前沿钢液流动大幅减缓，柱状晶生长不受影响，控制过热度为25～30℃并接近上限生产，可以为柱状晶提供有利的生长条件，降低等轴晶区的比例，从而减少点状偏析的出现，从源头上控制带状组织的产生。
[0075]
对比例2与实施例3相比，对比例1与对比例3相比，可以看出，当提高电磁搅拌电流时，带状组织评级低于3.0级比例明显降低，由此可以说明采用本发明所述工艺，控制电磁搅拌电流为50-160a，可以实现带状组织评级的控制。
[0076]
对比例3与实施例3相比，对比例3与实施例5相比，可以看出，随着中包过热度低于
本发明限定的温度时，带状组织评级低于3.0级比例会减小，本发明所述中包过热度的温度范围(25～30℃)，可以为柱状晶提供有利的生长条件，降低等轴晶区的比例，从而减少点状偏析的出现，实现带状组织的有效控制。
[0077]
本发明所述工艺经工业生产验证，通过调整连铸工艺以及二冷区电磁搅拌，有效地促进了柱状晶的生长，降低了铸坯中心的点状偏析出现的可能，最终轧材的带状组织评级明显降低。
[0078]
对比例4为常规控制带状组织的方法，虽然可以暂时实现带状组织的控制，但是将对比例4和实施例3得到的热处理中厚板再次加热至900℃热处理时，如果冷却速度较慢，对比例4的中厚板会出现带状组织评级升高的情况，而采用本发明所述方法实施例1的中厚板中带状组织情况并未出现升高现象，钢材组织与性能比较稳定。
[0079]
带状组织的产生是由于钢液凝固过程中合金元素选分结晶引起铸坯中心点状偏析，合金元素在钢中的扩散较为缓慢，高温均热无法完全消除原始的成分偏析状态，在热轧变形时偏析区域沿轧向拉伸延长形成带状偏析，最终轧后冷却时，由于带状偏析内外合金成分不同形成交替堆叠的铁素体-珠光体带状组织。因此，本发明所述工艺方法从带状组织产生的源头，即连铸坯中点状偏析进行控制，是一种从根源上减轻带状组织的方法。
[0080]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合穷举，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0081]
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述的生产工艺为：精炼后成分合格的低碳钢液通过连铸机进行浇铸，连铸过程中，中包过热度为25～30℃，电磁搅拌电流为50～160a；板坯经热轧得到低碳钢中厚板。2.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述连铸生产工艺中采用单辊电磁搅拌，电磁搅拌位于板坯铸机二冷区扇形段。3.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述连铸过程中，双侧孔浸入式水口浸入深度110～150mm。4.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述连铸过程中，拉速为1.10～1.15m/min，比水量为0.76～0.84l/kg。5.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，连铸过程中，中包过热度为28～30℃。6.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述的低碳钢为p275钢或p355钢。7.根据权利要求6所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述p355钢成分为：碳0.13～0.15wt％；硅0.30～0.40wt％；锰1.45～1.55wt％；磷≤0.013wt％；硫≤0.002wt％；镍0.20～0.30wt％；铌0.035～0.040wt％；钛0.008～0.020wt％；其余为杂质元素和铁；所述p275钢成分为：碳≤0.16wt％；硅≤0.40wt％；锰0.8～1.5wt％；磷≤0.015wt％；硫≤0.0015wt％；镍≤0.50wt％；铌≤0.05wt％；钛≤0.03wt％；钒≤0.05wt％；铬≤0.3wt％；钼≤0.08wt％；其余为杂质元素和铁。8.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，板坯冷装进入加热炉，均热温度为1220
±
20℃，在炉时间176～352min，之后对板坯进行高压水除鳞，然后再进行热轧。9.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述热轧过程为：板坯经过多道次轧制后进入预矫直机控制板形，终轧温度850
±
30℃，冷却由超快冷设备进行控制，之后由矫直机进行多道次热矫直，最终进行正火处理。10.根据权利要求1所述一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，其特征在于，所述板坯采用直弧形连铸机生产，一机一流，断面为220mm
×
(1600～2300)mm。

技术总结
本发明涉及低碳合金钢连铸生产技术领域，具体涉及一种降低带状组织评级的低碳钢中厚板连铸生产工艺，所述的生产工艺为：精炼后成分合格的低碳钢液通过连铸机进行浇铸，连铸过程中，中包过热度为25～30℃，电磁搅拌电流为50～160A；板坯经热轧得到低碳钢中厚板。所述连铸生产工艺中采用单辊电磁搅拌，电磁搅拌位于板坯铸机二冷区扇形段，所述连铸过程中，双侧孔浸入式水口浸入深度110～150mm，拉速为1.10～1.15m/min，比水量为0.76～0.84L/kg。本发明的连铸工艺可以增加柱状晶区比例，从而避免铸坯中心产生大量的点状偏析，从根本上降低了轧材的带状组织评级，提高了产品质量。提高了产品质量。提高了产品质量。


技术研发人员：张家泉 耿豪 张壮 王璞 兰鹏
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/25