420 mm特厚板坯大壓下技術的應用

熊文名 余小琴 喻建林 謝桂強 王華 裴偉

(新余鋼鐵集團有限公司)

420mm特厚板坯大壓下技術的應用

熊文名 余小琴 喻建林 謝桂強 王華 裴偉

(新余鋼鐵集團有限公司)

對新鋼3#特厚板連鑄機大壓下工藝進行了細致的研究。在常規0.55m/min的拉速條件下，確定了420mm厚中碳鋼時連鑄坯大壓下段為第9段和10段；通過不同壓下量試驗條件下連鑄坯中心偏析程度對比確定了在第9段和10段分別采用壓下量為7mm和1.5mm的大壓下工藝，連鑄坯中心偏析得到顯著改善，滿足了新鋼高品質特厚鋼板對連鑄坯內部質量的嚴格要求。

連鑄 特厚板坯 大壓下 中心偏析

0 前言

隨著造船、鍋爐、高壓容器、核能、重型設備制造業、橋梁、管線、海洋平臺等專用鋼的發展，對特厚板的需求量越來越大。對于特厚板的生產，鑄坯的內部質量控制尤為重要。厚板坯的內部質量問題是導致超聲波探傷不合的主要原因，如中心偏析和縮孔疏松等。目前輕壓下是改善中心疏松和偏析的最好技術之一[1-3]。

新余鋼鐵有限公司(以下簡稱“新鋼”)二鋼廠3#連鑄機是世界上首創能生產達420 mm超厚板坯的直弧形連鑄機，配備了靜態輕壓下功能。由于鑄坯的厚度太大，所以連鑄坯中心偏析和中心疏松的控制難度也很大。為了保證鑄坯的質量，在新鋼二鋼廠3#連鑄機上展開了一系列輕壓下工藝的優化研究工作，其目的是充分發揮輕壓下功能，達到有效控制中心偏析目的。

1 新鋼公司3#連鑄機設備參數

新鋼特厚板坯連鑄機于2011年3月10日順利完成聯動試車任務，設計年產合格連鑄板坯140萬t，產品規格厚度為300 mm～420 mm，寬度為1 600 mm～2 400 mm，能大幅度提高新余鋼鐵股份有限公司連鑄水平在國內外同領域中的競爭能力。420 mm超厚板直弧形連鑄機參數見表1。

表1 連鑄機工藝參數

2 研究方法

為了測定特厚板坯連鑄過程的凝固坯殼厚度和凝固末端位置，進而為末端大壓下工藝提供依據，對新鋼特厚板坯連鑄過程進行了射釘試驗。用“射釘法”測定連鑄坯殼厚度，是將作為示蹤材料的鋼釘擊入正在凝固的坯殼，然后在鑄坯相應位置取樣進行分析。釘子材質為60Si2Mn鋼，在釘子上加工有兩道含有硫化物的溝槽，低熔點的硫化物在射釘進入鑄坯液相穴中會迅速擴散，所以能夠用酸浸蝕的方法根據硫化物的擴散情況顯示出鑄坯的液芯厚度，從而測出連鑄坯凝固殼厚度，判斷出連鑄坯的凝固末端位置。

對含釘鑄坯試樣的檢驗，將含釘鑄坯試樣刨至釘中心線后，在射釘及周邊區域分為A區、B區、C區三個部分，如圖1所示。在A區域射釘保持了其原有的外形，硫化物沒有擴散；在B區域射釘周邊小部分硫化物熔化擴散，但內部組織與坯殼組織不同；在C區域射釘完全熔化，硫化物充分擴散，組織已改變為與坯殼相同的組織。

圖1 射釘試驗中硫化物擴散示意圖

為了觀察不同壓下量情況下的連鑄板坯的中心偏析改善情況，對試驗連鑄板坯取樣，并對其低倍組織進行分析和對比。為量化采用大壓下工藝后連鑄板坯中心偏析的改善程度，采用直徑為3 mm的鉆頭，在鑄坯寬度1/4處沿著鑄坯厚度方向鉆屑取樣，以便分析C、Mn等元素的偏析程度。鉆樣示意如圖2所示。

圖2 鉆樣示意圖

其具體的鉆樣方法為：在試樣橫截面上采用線切割切取寬為15 mm的試樣，對該試樣采用三種取樣間隔進行鉆樣，分別為：(1)在中心上下±20 mm的區間內采用5 mm的鉆樣間隔；(2)在中心上下±(30～50) mm的區間內采用10 mm的鉆樣間隔；(3)在中心上下±(70～150) mm區間內采用20 mm的鉆樣間隔。最后，將所鉆取試樣的化學成分分析結果匯總，并對數據進行合理的嚴格的數學處理。最后得出在鑄坯寬度四分之一處，沿鑄坯厚度方向的偏析情況。

偏析度的計算公式為：

(1)

3 結果與討論

3.1 射釘試驗結果

射釘試驗選擇在常規生產條件下斷面為420mm2×2 270mm2的BT/Q235C-2+N鋼連鑄坯上進行。試驗鋼種的化學成分和主要工藝參數分別見表2、表3。

表2 試驗鋼種化學成分 / %

表3 射釘試驗主要工藝參數

在拉坯方向上選取三個位置進行射釘試驗，根據經驗，鑄坯寬度1/4位置最后凝固，因此所選射釘位置都位于1/4寬度位置。射釘部位在第8～9段間、第9～10段間、第10～11段間，其中8、9段為矯直段。射釘部位距彎月面距離分別為24.63m、27.21m和29.77m。

對射釘試驗條件下的連鑄坯進行取樣和低倍侵蝕后，得到的射釘低倍組織如圖3所示。若以鋼水不能流動的位置作為凝固前沿，則凝固坯殼及液芯厚度的測量結果見表4。

表4 測試的凝固坯殼及液芯厚度

(a) 射釘部位在8～9段間 (b) 射釘部位在9～10段間 (c) 射釘部位在10～11段間

圖3 射釘試驗低倍組織

3.2 大壓下工藝的應用

根據新鋼實際生產情況，在常規拉速0.55m/min，比水量0.8L/kg以及中間包過熱度(25±5) ℃的條件下共進行了3組試驗，試驗鋼種為BT/Q235C-2+N，規格為2 270×420mm2，其化學成分見表2。試驗的目的是通過增加壓下量初步探究大壓下技術的可實施性。3組實驗連鑄的工藝參數見表5。

采用不同壓下量后連鑄坯低倍檢驗結果對比如圖4所示。

表5 試驗連鑄的工藝參數

(a) 壓下量為6/1.5mm(b) 壓下量為7/1.5mm(c) 壓下量為8/1.5mm

圖4 采用不同壓下量后連鑄坯低倍組織

從圖4可以看到，對于板坯厚度為420mm的連鑄板坯，隨著壓下量的增加，鑄坯的中心偏析改善明顯。在所試驗的3種大壓下工藝中，當壓下量為7/1.5mm時，連鑄坯中心偏析的程度明顯要好于壓下量為6/1.5mm的連鑄坯。增大壓下量到8/1.5mm，連鑄坯的中心偏析程度相比壓下量為7/1.5mm時沒有進一步提高。綜合考慮連鑄坯中心偏析改善程度和大壓下工藝對鑄機設備及正常生產的影響，決定在正常生產中將420mm特厚板連鑄坯大壓下扇形段第9段和10段壓下量設定為7mm和1.5mm。

取試驗的三組鑄坯寬度1/4處的鑄坯進行鉆屑取樣，并對其進行化學分析，得到的分析結果如圖5所示。

(a) 壓下量為6/1.5 mm (b) 壓下量為7/1.5 mm (c) 壓下量為8/1.5 mm

從圖5可以看出，壓下量為6/1.5mm時，鑄坯的中心偏析十分嚴重，隨著壓下量增加到7/1.5mm時，C和Mn的中心最大偏析度迅速降低，當壓下量增加到8/1.5mm時，中心的C和Mn都呈現為負偏析。由此可見，適當增加壓下量(由6mm增加到7mm)，有助于鑄坯中心C和Mn偏析的改善，說明420mm特厚連鑄板坯所采用的大壓下工藝(壓下量為7/1.5mm)對于改善連鑄坯中心偏析有明顯效果。

采用7/1.5mm大壓下工藝后420mm連鑄坯軋制出140mm特厚鋼板心部微觀組織如圖6所示。

圖6

從圖6可以看出，鋼板心部沒有帶狀組織。經檢驗，鋼板Z向斷面收縮率為65%，Z向性能良好。這表明當采用7/1.5mm大壓下工藝后，連鑄坯中心偏析控制得很好。

4 結論

(1)通過射釘試驗結果表明，新鋼3#連鑄機澆注420mm厚中碳鋼時連鑄坯凝固終點位置在扇形段第9段和10段之間；

(2)在常規拉速0.55m/min，比水量0.8L/kg以及中間包過熱度(25±5) ℃的條件下，420mm特厚連鑄板坯在扇形段第9/10段采用壓下量為7/1.5mm的大壓下工藝后，連鑄坯中心偏析有了顯著改善；

(3)采用壓下量為7/1.5mm大壓下工藝的420mm連鑄坯軋制出140mm特厚鋼板心部微觀組織無帶狀,其Z向斷面收縮率為65%，Z向性能良好。

[1] 連家創. 冷軋薄板軋制壓力和極限最小厚度計算(П)[J].重型機械,1979,27(3):33-34.

[2] 王偉,連家創.采用混合摩擦模型預報冷軋薄板軋制力[J].鋼鐵研究學報,2000,12(1):11-13.

[3] 白振華.薄帶平整軋制時軋制壓力模型的研究[J].機械工程學報,2004.40(8):64-66.

APPLICATION OF LARGE REDUCTION OF 420 MM ULTRA-THICK SLABS

Xiong Wenming Yu Xiaoqin Yu Jianlin Xie Guiqiang Wang Hua Pei Wei

(Xinyu Iron and Steel Group Co., Ltd)

Large reduction on the No.3 continuous caster in Xinyu steel was investigated. On the basis of this experiment result，the optimal amount of reduction for 420 mm thick slabs is 7 mm and 1.5 mm determined by industrial trials with different amount of reduction, which applied on the 9th and 10th segment at a conventional casting speed of 0.55 m/min. After optimization of the large reduction, the center-line quality of slabs is improved remarkably, which meets the stringent requirement on slab internal quality of high quality heavy plates in Xinyu steel.

continuous casting ultra-thick slabs large reduction centerline segregation

名，工程師，江西.新余(338001)，新余鋼鐵集團有限公司技術中心；

2017—1—21