Nb_V_Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响

2021-01-02 来源：易榕旅网

　第9卷第4期　

・14・2003年8月　

宽厚板

WIDEANDHEAVYPLATE

　Vol.9.No.4　

August　2003　

Nb、V、Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响

马福昌　刘永龙　宋瑞甫　郑京辉

(舞阳钢铁有限责任公司)

　　摘　要　本文通过连铸坯表面温度及坯壳厚度的测试,并借鉴宝钢对含Nb、V、Ti连铸坯的热塑性研究成果,认为舞钢连铸坯在原有的工艺条件下,铸坯凝固时冷却强度较大,在矫直段正处于Nb、碳、氮化物析V、Ti、出的高峰区。通过调整工艺等措施,矫直时避开铸坯脆性区。连铸质量有较大的提高,Nb、V、Ti连铸坯比例有较大的增加。

关键词　Nb、V、Ti微合金　碳氮化物　裂纹

EffectofMicroalloyElementsNb、V、TionSurfaceQualityofContinuouslyCastSlabMaFuchang,LiuYonglong,SongRuifuandZhengJinghui

(WuyangIronandSteelCo.Ltd)

　　Abstract　Thisarticle,throughmeasurementofsurfacetemperatureandshellthicknessofcontinuously

castslabsandmakingreferencetothehotplasticitystudyachievementsintermsofcontinuouslycastslabscontainingNb、V、TiinShanghaiBaosteel,holdsthatcoolingintensityisrelativelygreatduringsolidificationofcastslabsundertheoriginalprocessconditionwithregardtocontinuouslycastslabsofWuyangIronandSteelCo.Ltd,justatthepeakzoneofprecipitationofNb、V、Tiandcarbonitrideatstraighteningzone.Throughmeasuressuchasadjustmentofprocess,etc,bypassingbrittlenesszoneofcastslabswhilestraightening,greatimprovementofqualityofcontinuouslycastslabsisobtained,thereisgreatincreaseinproportionforcastslabs.containingNb、V、Ti

Keywords　Nb、V、Timicroalloy,Carbonitride,Crack.

1　前言

Nb、V、Ti作为微合金化元素,在轧制过程

Nb、V、Ti微合金元素在元素周期表中是相

邻的三个元素,虽然物理、化学性能互不相同,但它们都和C、N、O有较强的亲和力,表1示出了Nb、V、Ti及相近元素与C、N、O、S的亲和力强

中,采用控冷、控轧工艺,析出碳、氮化物,对钢有细晶强化、相变强化、沉淀强化的作用,使机械性

〔2〕

能得到提高〔1〕。但在某些条件下,沉淀作用也会

弱〔4〕。

氮、氧、硫形成化合物,并Nb、V、Ti能与碳、能产生沉淀强化的作用〔3〕。Nb、氮化V、Ti及碳、物在未变形奥氏体中的析出过程相当缓慢,而且粗大,形变将显著地加快Nb、氮化物V、Ti及碳、的析出过程。对于含Nb、V、Ti微合金化连铸坯来说,如果矫直时铸坯边角部温度位于微细碳、氮化物析出高峰温度区,将会引起钢的脆化,再加上

产生一些人们所不希望的影响,例如,在奥氏体温度区间非常缓慢地冷却会引起Nb、V、Ti的碳化物或氮化物沿奥氏体晶界沉淀,在慢速变形情况下就会使晶界处结合力减弱,导致连铸坯开裂〔3〕。

事实上,含Nb、V、Ti钢连铸坯的表面裂纹发生率显著高于普通钢连铸坯〔1〕。2　Nb、V、Ti微合金元素的特性

　第4期马福昌等:Nb、V、Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响・15・

振痕助长了角部横裂纹的发生,矫直变形下铸坯

〔5〕〔6〕

振痕波谷处更易产生裂纹〔1〕。

差〔2〕。实际操作也证明,浸入式水口吸气,敞开浇注和保护浇注差的炉次铸坯的裂纹率高。在Nb钢中,低N化或者加入固定N的微量Ti抑制Nb(CN)的析出,明显地改善900℃以下延塑性。

3　含Nb、V、Ti钢铸坯的高温延塑性

氮化合物在钢中难固溶的顺序Nb、V、Ti碳、是:TiN>Nb(CN)>AlN>TiC>VN>VC〔2〕。在Χ中,Nb、V、Ti的碳化物比氮化物易固溶,氮化物比碳化物易析出,因此,通过析出物的固溶——再析出可以改善延性。

Nb、V、Ti微合金元素对钢的延塑性影响中,Nb的影响最大,其次是Al和Ti,而V几乎没有

影响。图1所示为Nb、V、Ti、Al对850℃断面收缩率的影响〔2〕。对Nb钢来说,随着Nb含量的增加,特别是800～900℃延展性明显下降〔2〕。图2所示为热延性、高温强度随Nb含量的变化。

表1　Nb、V、Ti及相近元素与C、N、O、S的亲和力C

NbVTiZrReAl

NOS

○○33△△

○○33○3

△△○○33

××○○3△

基本成分:0.13C-1.3Mn,1300℃加热5min后,

在各温度下保温5min拉伸

图2　热延性,高温强度随Nb量的变化

　注:3:非常大;○:大;△:小;×:没有反应

图1　微合金元素对热延性的影响(850℃)图3　低N化,加入微量的Ti对Nb钢热延性的影响

　　对铸坯来说,钢中〔含量较高时,易产生氮N〕

〔6〕化物沿晶界析出使晶界脆化,易使铸坯开裂〔1〕。

这里借鉴一下北京科技大学王新华等人对宝钢钢铁公司含Nb、V、Ti钢铸坯的高温延塑性的研究成果〔1〕。对宝钢生产的含Nb钢(A、含B)、

图3表明随着〔含量高,Nb钢的延展性变N〕

・16・　宽厚板　第9卷　

Nb、Ti钢(C)和含Nb、V、Ti钢(D)四个典型钢种对比,选不含Nb、V、Ti的钢(E)进行了测试。化学成分见表2。

铸坯试样的高温延塑性进行了测试,如图4。为了

表2　铸坯试样化学成分(%)

钢种

ABCDE

C0.1040.1770.0920.1000.110

Si0.2040.4280.2760.2300.030

Mn0.841.331.021.411.17

P0.0120.0150.0100.0200.020

S0.00760.00730.00410.00500.0090

Al0.0500.0240.0330.0420.047

Nb0.0120.0390.0220.046

0.038

0.0170.019

N0.00330.00350.00420.00280.0038

的析出核心,Nb、V析出物因此变得粗大,对钢的延塑性反而有利。从图4可以看到,在第󰂬脆性温度区的高温侧,含钛的C、D钢延塑性好于不含钛的A、B钢试样。4.2　球状析出物

在只含铌的A、B钢试样中仅存在此类球状析出物,高温下较粗大,多在70～100nm之间,

图4　试样断面收缩率RA随温度的变化

随温度的降EDAX分析表明:它为Nb的析出物。

低球状析出物尺寸减小,在900～850℃之间变形试样中其平均尺寸仅为10～15nm。此类微细析出物降低钢延塑性的作用最为显著。4.3　900℃左右含Ti试样中的微细析出物

图4是宝钢所测钢种试样断面收缩率RA随温度的变化。在温度降低到950℃以下后,A、B、C、D钢的RA值开始减小,进入了通常所称钢的

第󰂬脆性温度区,而碳钢(E)的RA值在温度降低到850℃后才出现减小。该温度区间含Nb、V、氮化物析出造成的,Ti钢延塑性降低是钢中碳、

这是因为:1)析出物粒子钉扎在Χ晶界,抑制了钢的再结晶进行;2)应力下发生塑性变形时,沿Χ晶界的微细析出物作为应力集中源,与晶界脱开形成微孔,在晶界滑移作用下,微孔连接形成裂纹。4　含Nb、V、Ti钢中的析出物4.1　高温下析出的粗大块状析出物

较高温度下含Ti的C、D钢变形试样中的析出物尺寸较大,随着温度降低析出物尺寸减小。在900℃左右变形试样中可以观察到大量仅为10～20nm球形或立方形微细析出物。这表明:尽管含

钛能够改善含铌、钒钢的高温延塑性,在900℃左右含钛钢中也会析出微细的碳、氮化合物,造成钢的脆化。

5　连铸坯表面温度、凝固层厚度测定5.1铸坯表面温度的测量

该类析出物仅能在含钛C、D钢试样中观察到,尺寸多在80mm以上,EDAX能谱分析和析出物的电子衍射分析确定其为TiN。由于粗大并在钢中零散分布。所以此类析出物对钢的延性影响不大。此外,由于可以作为Nb、氮化物V的碳、

采用红外双色测温仪,对舞钢的连铸坯表面温度进行测量结果见表3。

测量位置在铸机上各段间隙,对铸坯内弧中心处,1󰃗4宽度处及距边部20mm处测温。1～5

　第4期马福昌等:Nb、V、Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响・17・

段是汽水冷却段。测量时在仪表前方接窥视管贴近铸坯表面以防止水雾影响。窥视管侧边开孔接

入现场压缩空气。6～9段为无水汽冷却,可直接测量。

表3　210mm厚板坯的二冷区内弧表面温度测定数据

位置

距弯月面距离

mm596778469751116611365815658176631978121808

03316N　03317N

03335N　03336N

03298G　03299G

中间

96586283588993697510099981002

1󰃗41014995931944957100010159961005

边部

865890957895887877861867846中间

9318418368909489909959889401󰃗41057942881909965996998987974边部

862875901873884882928867859

中间

931858800883937986101710111󰃗4边部

892

1段出口2段出口3段出口4段出口5段出口6段出口7段出口8段出口9段出口

965946922956100510271023

907885936881888877865

　　从以上测量结果来看,8～9段为矫直段,而铸坯角部在8、9段时的温度为867℃,恰好位于含铌、钒、钛钢的脆性温度区域内。5.2　连铸坯凝固层厚的测量

解剖分析。射钉材质为普碳钢,长约130mm或150mm,钉子上刻有两道含硫化物的沟槽,低熔

点的硫化物在射钉进入铸坯液穴中后迅速扩散,从而能够用硫印或者低倍酸侵的方法根据硫的扩散情况显示出液芯的厚度,从而测得坯壳的厚度〔7〕,如表4。

用“射钉法”将作为示踪材料的钢钉击入正在凝固的铸坯,然后在铸坯射钉相应位置取样进行

表4　舞钢板坯连铸机铸坯凝固厚度实测值

第3扇形出口

炉号

规格

第5扇形出口距弯月面13.66m未凝固范围

mm37

86.5908591898885　8384(1󰃗4)92(中心)87

第6扇形出口距弯月面15.66m未凝固范围凝固厚度

第7扇形出口距弯月面17.66m未凝固范围凝固厚度

拉速

距弯月面9.75m

m󰃗min未凝固范围凝固厚度

凝固厚度

05197210×120005639210×120005659210×120005340210×160005441210×160005493210×160005606210×160005733210×160005781210×1800

0.951.000.950.900.950.950.90.950.9

77　79

6670

72　7670

304028323428402536

完全凝固完全凝固

101120

15010510099.585

安全凝固105

　　注:表中凡未注明射钉在铸坯表面横向位置的,均指铸坯内表面北侧1󰃗4处的测定结果。未凝固范围包括液相与两相。

・18・　宽厚板　第9卷　

　　利用所测得的铸坯凝固厚度数据,根据铸坯凝固系数与凝固坯壳厚度的平方根关系,可以得到铸坯的凝固系数,再算出液芯长度,如表5。可以看出210mm×1800mm较为合理。210mm×1200mm、210mm×1600mm连铸坯液芯长度

6.4　采取氩封保护浇注,优化保护渣　长水口、

塞棒、浸入式水口各接口都采取氩封保护浇注措施。并开发使用新的XX-3D保护渣,使保护渣的粘度、溶化速度都比原来使用的XXCC-3#渣有所提高。以改善结晶器内坯壳的传热条件,促进坯壳的均匀生长〔8〕。

6.5　定期周检　加强连铸机喷咀检查,保证汽水

短,也就是说铸坯凝固时其冷却强度较大〔7〕。

表5　舞钢板坯连铸机铸坯凝固系数与液芯长度

规格

mm210×1200210×1600210×1800

平衡。对连铸结晶器、支导段、扇形段定期更换。每周对扇形段的弧度、辊缝进行检测,对弧、开口度的误差都控制在0.4mm以下,超过0.5mm时要及时进行调整。7　结论

拉速

m󰃗min0.95～1.00.90～0.950.9

凝固系数

m󰃗min0.521.85～24.2522.5～24.322.3

液芯长度

m15.417.6～19.720

通过采取以上措施,铸坯边角温度有所提高。经测试8～9扇形段铸坯边角温度在940℃左右,比原来提高80℃左右,从高温侧避开钢的脆性温度域,铸坯的角部裂纹的发生率显著下降。

参考文献

1　王新华,王文军,费惠春等.减少含铌、钒、钛微合金化钢连铸

6　采取措施

通过以上分析,连铸二冷水冷却强度大,特别是210mm×1200mm,210mm×1600mm规格冷却强度过大。为使矫直温度避开钢的脆性区,改善铸坯的传热条件,采取以下措施。

6.1　优化二冷制度　对原有的二冷方式(2)的参

坯角部横裂纹的研究.钢铁,1998,33(1):22～25

2　束　田,幸四郎.微合金钢热加工时的微合金化效果与各类问

数进行调整,对󰂫区内外弧、󰂬区外弧、󰂭区外弧、󰂮区外弧、󰂯区外弧的水量都适当减少。6.2　提高拉速　将连铸机的拉速根据铸坯的规

题.钢铁钒钛译丛,1986(1):1～34

3　Meyer,L,Schneider,C,StraBburger,C.微合金元素Nb、V、

和B在HSLA钢中的作用及目前的应用.钢铁钒钛译Ti、Zr、丛,1986(1):59～72

4　刘兴乾.钢中的微量钛.钢铁钒钛,1986(3):95～1035　马福昌,刘永龙,屈芙渠.连铸板坯产生角部裂纹的影响因素.

格不同在原有基础上提高了0.05～0.25m󰃗min。6.3　成分的控制　一般含Nb、V、Ti钢Nb、Ti

含量成分控制在0.015%～0.03%,V可适当放宽范围。对原来单独加入Nb的改为复合加入Nb-Ti合金。因为含Nb钢的塑性开始下降温度为950℃,而Nb-Ti钢塑性开始下降温度为830℃,

宽厚板,2000,6(2):27～30

6　马福昌.钢中铝钛含量对连铸坯轧制厚板表面质量的影响.钢

铁,1998,33(2):21～24

7　赵树斌,马福昌等.板坯连铸机凝固层厚度的研究.宽厚板,

2001,7(3):10～15

8　刘永龙等.Nb微合金化钢的连铸工艺研究.宽厚板,2002,8

(4):13～15

从而改善了含Nb钢的热塑性,使产生裂纹敏感性下降〔8〕。

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