文档介绍：高质量圆坯连铸技术工艺研究
马鞍山钢铁股份有限公司
龚志翔张建平等
2004年10月
前言
随着我国国民经济的迅猛发展,对铁路运输也提出来越来越高的要求。车轮是火车的关键部件,随着铁路列车提速、重载战略的实施,对车轮使用条件的要求日趋严格,因此车轮质量的好坏直接影响到我国铁路运输大发展的进程。马鞍山钢铁股份有限公司作为我国高质量车轮产品的重点生产企业,为适应我国铁路运输发展的需要,不断开展技术改进和技术创新。为进一步提高车轮钢质量和优化其生产工艺,2002年马钢投巨资引进和建设具有90年代先进水平的全弧形大断面圆坯连铸机,通过近两年的大量试验研究,形成系列生产高质量圆坯的连铸技术,并自主完成了圆坯三流技术改造工作。综合检验结果表明,所生产铸坯具有表面质量优良,内部质量高的特点,完全满足生产车轮轮箍的质量需求。
-2-
马鞍山钢铁股份有限公司
马钢圆坯连铸机主要技术参数
弧形半径:R=12m
铸机流数:3流
流间距:1800mm
铸坯尺寸:380mm、450mm
定尺长度:3500~6500mm
拉坯速度:380mm:≤;450mm:≤
中间罐容量:28t
浇铸周期:60~70min
注流保护:大包长水口+浸入式水口
结晶器:带足辊双锥度
电磁搅拌:M-EMS(外置式)
二冷方式:水冷,弱冷方式
矫直机:三点五机架矫直
-3-
马鞍山钢铁股份有限公司
圆坯质量要求
马钢所生产的大圆坯主要用于生产车轮轮箍产品,车轮轮箍产品作为列车的行走的关键部件,其质量的好坏直接影响到列车的运行安全和运行质量,主要要求如下:
(1) 铸坯表面质量:铸坯表面不得有肉眼可见的夹渣、结疤、鼓肚、孔洞、划痕、裂纹等缺陷;表面振痕均匀有规律。
(2) 铸坯内部质量:铸坯不允许存在肉眼可见的白点、气泡、夹杂(渣)、皮下气泡和裂纹等缺陷;较低的铸坯疏松、偏析级别。
-4-
马鞍山钢铁股份有限公司
圆坯技术研究开发现状
为满足车轮较高的质量需求,自2002年圆坯连铸机建成投产以来,马钢公司积极与国内冶金院所合作开展相关技术研究,进行了大量的工艺试验和技术改造工作。如开展了车轮轮箍钢连铸的传热及凝固机理、铸坯连铸过程应力应变研究,连铸工艺(如钢水过热度、电磁搅拌、冷却制度等)对圆坯凝固及内部质量的影响等,较好地掌握了圆坯连铸生产高质量车轮轮箍用钢坯的相关技术。使得生产的铸坯质量具有表面质量优良,铸坯铸态组织结构均匀致密,铸坯中心等轴晶比率高(达50%以上),内在质量高(低的S、P夹杂元素、气体及夹杂含量)等特点。使用圆坯轧制的HDSA、KKD、LG61、KDQ等车轮轮箍产品的综合检验结果表明,产品的各项性能指标均较好地满足标准要求。所研制开发的高压无缝钢管用圆管坯15CrMoG、12Cr1MoVG等产品综合质量达到。
-5-
马鞍山钢铁股份有限公司
无缺陷连铸技术的研究与开发
铸坯质量状况直接影响到最终产品的质量,因此无缺陷或低缺陷是连铸生产的基本要求,也是衡量铸坯质量的重要技术指标。为确保车轮轮箍产品质量,马钢积极开展无缺陷连铸技术的开发与研究。
Ⅰ. 表面无缺陷连铸技术
Ⅱ. 铸坯内部质量控制技术
Ⅲ. 优化铸态组织技术
-6-
马鞍山钢铁股份有限公司
CL60钢圆坯高温力学性能试验
试验在Gleeble2000热模拟试验机上进行,通过测定圆坯的高温强度和断面收缩率,为连铸二冷水工艺优化提供技术依据。
-7-
马鞍山钢铁股份有限公司
二冷水工艺优化试验
冷却段
冷却长度,m
冷却方式
喷嘴类型
比水量,L/kg
4段
水冷
圆锥形90°/60°
-
表二冷工艺主要技术参数
连铸的二次冷却方式及冷却制度对铸坯的质量有着直接的影响[1],为获取优良的铸坯质量,根据车轮轮箍钢特点及铸坯质量要求,研究开展二冷工艺优化试验。试验根据连铸的凝固及传热特点,依据目标温度反算法原理,采用比水量的方法,建立和制定二冷工艺试验方案。
试验过程中采用红外线测温仪对铸坯表面温度进行在线测定,结果见图。铸坯表面温度变化较为合理,铸坯表面回温较小,进矫直区铸坯表面温度全部在900℃以上。
-8-
马鞍山钢铁股份有限公司
铸坯表面温度检测结果
-9-
马鞍山钢铁股份有限公司
优化铸态组织技术开发
铸坯的铸态组织是评价铸坯内部质量的主要指标,因为铸坯内部质量的好坏很大程度上取决于铸坯的铸态组织,均匀而致密的等轴晶组织是铸坯最为理想的组织。如何提高等轴晶比率是提高连铸坯内部质量的关键,是获得良好的铸坯内部质量的首要条件。
根据铸坯凝固及传热特点,铸坯的柱状晶区和等轴晶区的相对大小主要取决于钢水温度、铸