文档介绍：高碳钢连铸方坯质量控制
高碳钢制品入钢轨,硬线,钢丝等广泛应用于国民经济各个部门。对高碳钢制品要求是:
抗拉强度高,可承载较重的震动载荷
承载能力大,使用安全可靠
在高速条件下工作,运转平稳
有良好的抗压性,耐磨性,耐腐蚀性等
目前高碳钢生产有两件工艺:
BOF(EAF)-LF(VD)-bloom大方坯
BOF(EAF)-LF-Billet小方坯
不管那种工艺,为获得高质量的产品,必须得到高质量的连铸坯。
(1)高的洁净度,非金属夹杂物类型,数量,尺寸分布如表1
表1 洁净度要求
硬线钢由于夹杂易造成的冷拔断裂如图1
图1 夹杂物所致冷拔断裂
重轨钢,滚珠钢由于脆性夹杂产生疲劳裂纹而断裂
(2)铸坯良好的低倍结构
主要是指中心缺陷(锻孔,疏松,中心偏析)。
硬线钢的杯锥状断裂(图2)是由中心偏析所致
图2 杯锥状断口
硬线钢劈裂状断口(图3)主要是由中心疏松缩孔引起的。
图3 劈裂状断口
重轨钢由于中心偏析()而产生轨腰的断裂(图4)
图4 钢轨形貌
当钢水凝固成固体后,铸坯中夹杂物数量就无法改变了。因此铸坯中夹杂物决定于炼钢-精炼-连铸的全过程。
炼钢是一个氧化过程,钢中夹杂物可用总氧T[O]来评价:
T[O] = [O]D + [O]I
出钢时:钢水中[O]I → O T[O] = [O]D = a[O]
脱氧合金化后:
[O]D(a[O])→O T[O] = [O]I
由此,可用总氧T[O]来表示钢的洁净度,也就是夹杂物水平。
为使钢中夹杂物少,必须控制钢T[O],为此
(1)降低[O]D,转炉终点a[O]
(2)降低[O]I,脱氧(夹杂物工程),精炼
(3)防止钢水再污染:连铸过程
转炉终点a[O]是产生夹杂物的源头。
重点a[O]决定于:
[C]
终渣中(FeO)
钢水温度
图5 转炉终点钢中[C]与a[O]关系
对于中高碳钢转炉终点控制方法:
低拉碳增碳法
高拉碳补吹法
两种方法结果比较于表2
表2 低拉碳与高拉碳结果比较
由表可知
高拉碳法特点:
增C量小,成品C波动小
终点a[O]低
对铁水S,P要求研
低拉碳法特点:
对铁水S,P要求可放宽些
有利于脱S,P
终点a[O]高
增C量大,碳粉收得率不稳,成品C波动在±%以上
两种方法各有优缺点,各厂根据具体条件决定采用哪种方法。
转炉吹炼到终止,钢中a[O]高,出钢是在钢包进行脱氧合金化,其目的:
合金化达到钢种所要求的成分
夹杂物工程:控制夹杂物的组成,形态和尺寸,促进其上浮
连铸时基本为镇静钢,根据钢种和产品质量要求,脱氧可分为三种模式:
硅镇静钢(Si+Mn)
硅铝镇静钢(Si+Mn+少量Al)
铝镇静钢([Al]s>%)
硅镇静钢
如图6所示,形成夹杂物
图6 FeO-MnO-SiO2相图
纯SiO2
MnO,SiO2(液体)
MnO,FeO(固溶体)
用Si+Mn脱氧的好处:
无Al2O3夹杂,可防拉拔脆断
控制Mn/Si→,生成MnO,SiO2(%,%)为上浮
但缺点是:
钢水中与Si相平衡a[O]较高,40-80ppm
在结晶加凝固铸坯易产生皮下气孔。为此对于高C硬线钢,在LF炉控制白渣精炼时间,把钢水中a[O]降到20ppm以下,就可防止气孔生成。
硅铝镇静钢(Si+Mn+少量Al)
如图7所示,生成夹杂物:
纯Al2O3(Al2O3>25%)
图7 MnO-SiO2-Al2O3相图
要把夹杂物成分控制相图中锰铝榴石
阴影区()的好处:
夹杂物熔点低1400℃球形
热轧时可塑性好(800-1300℃)
无单独Al2O3析出,不堵水口
不生成气孔
如何达到呢?
如图8所示:Si=%,Mn=%,钢中[Al]s≤%,则钢中a[O]<20ppm,夹杂物成分在相图阴影区。
对于高碳硬线钢,用Si+Mn加少量铝脱氧来得到易变形的锰铝榴石而防止脆性Al2O3夹杂物析出对防止拉拔脆断是非常重要的。
图8 钢水中[Al]与[O]关系
以72A为例,两种脱氧工艺比较如表3
表3 脱氧结果比较(平均值)
脱氧方式
MI(1/mm2)
MA(mg/10kg)
T[O](ppm)
[Al]s(%)
Si+Mn
Si+Mn+Al
12.