超大断面重轨钢微观偏析控制方法
阅读说明：本技术 超大断面重轨钢微观偏析控制方法 (Large section Properties of Heavy Rail Steel microsegregation control method ) 是由 李红光 陈亮 陈天明 陈雄 于 2019-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开的是钢铁冶金领域的一种超大断面重轨钢微观偏析控制方法,着重在连铸阶段采用以下步骤进行控制：连铸电磁搅拌采用电磁搅拌结合二冷电磁搅拌的方式,电磁搅拌的搅拌磁场强度为30×10<Sup>-4</Sup>～40×10<Sup>-4</Sup>T,二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间,搅拌电流频率为6.0～7.5Hz,磁场强度为200×10<Sup>-4</Sup>～250×10<Sup>-4</Sup>T；中包浇铸钢液过热度按35～40℃执行；连铸二冷段需要二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。按照上述参数进行控制,改善了超大断面重轨钢大方坯局部凝固速率,使得铸坯凝固组织组成得到改善控制,柱状晶较为发达,晶杆细而致密,等轴晶晶粒形态改变,晶杆细而致密且清晰,二次枝晶臂间距减小,微观偏析程度得到很好控制。(Disclosed by the invention is a kind of large section Properties of Heavy Rail Steel microsegregation control method of field of steel metallurgy, focus on the continuous casting stage is controlled using following steps: by the way of Stirring During Continuous Casting combines two cold electromagnetic agitations using electromagnetic agitation, the stirring magnetic field strength of electromagnetic agitation is 30 × 10 ‑4 ~40 × 10 ‑4 T, the two cold specific installation sites of electromagnetic agitation are apart from the section 7.0~8.0m of crystallizer molten steel surface, and stir current frequency is 6.0~7.5Hz, and magnetic field strength is 200 × 10 ‑4 ~250 × 10 ‑4 T；Middle packet casting superheat of liquid steel is by 35~40 DEG C of execution；Continuous casting two cold section needs secondary cooling zone domain to cover to apart from crystallizer molten steel surface 17.0m.It is controlled according to above-mentioned parameter, improve large section Properties of Heavy Rail Steel bloom local solidification rate, so that casting blank solidification tissue, which forms to obtain, improves control, column crystal is more flourishing, crystalline style is thin and fine and close, and equiax crystal grain form changes, and crystalline style is thin and fine and close and clear, Models For Secondary Dendrite Arm spacing reduces, and microsegregation degree is controlled very well.)
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种超大断面重轨钢微观偏析控制方法。
背景技术
钢轨是铁路轨道的主要组成部件，在铁路运输过程中，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力。基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。这无疑对钢轨质量提出了更加严苛的要求。此外，我国钢轨不断走出国门，成为国际名片的重要组成部分，我国钢轨质量的优劣影响应用的同时在一定程度上也影响到我国的国际形象。
钢轨质量的提升在一定程度上体现于钢质本身质量控制水平，如高均质性、高洁净、高成分精度。其中钢轨的均质性(偏析程度越小，钢轨均质性越高)影响钢材组织的均匀性，严重的偏析会影响钢轨母材及钢轨的焊接性能，进而影响钢轨服役及使用。在冶金行业内，大量的专家学者对铸坯偏析进行了详细研究，研究指出：钢液凝固过程中，由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不均匀。同时，研究指出，钢液凝固过程中，从液体中先后结晶出来的固相成分不同，结果使得一个晶粒内部化学成分不均匀，这种现象称为晶内偏析。从尺度上讲，偏析分为宏观偏析及微观偏析，目前对于宏观偏析的研究的理论较为成熟，这得益于宏观偏析检测评价的准确判断。而对于微观偏析，由于检测尺度小，检测方法有限，测定结果的准确性、可靠性及代表性制约了微观偏析的评价，也进一步限制了微观偏析的控制研究。
目前关于钢铁冶金领域微观偏析的研究更多局限于数值模拟计算及预测，而实际控制则很少。但在实际应用过程中发现，微观偏析影响微区组织控制，也影响低温条件偏析聚集析出的夹杂物的控制，因此微观偏析的控制对重轨钢的均质性及洁净度控制均存在重要影响。
发明内容
为克服现有超大断面重轨钢微观偏析在控制上存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可提高超大断面重轨钢钢质均质性水平，降低钢质微观偏析程度的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
超大断面重轨钢微观偏析控制方法，包括依次进行以下工艺，转炉冶炼、LF炉精炼、 RH真空、连铸、加热和轧制，在连铸阶段采用以下步骤进行控制：
a、连铸电磁搅拌：采用连铸结晶器电磁搅拌结合二冷电磁搅拌的方式，其中二冷电磁搅拌的安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；结晶器电磁搅拌采用轻微搅拌，搅拌磁场强度为30×10-4～40×10-4T；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为6.0～7.5Hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为200×10-4～250×10-4T的二冷电磁搅拌；
b、中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按 35～40℃执行；
c、连铸二冷：采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.32～0.33L/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
进一步的是，所述大方坯重轨钢的断面为320mm×410mm，适用于至少包括U71Mn、U78CrV和U75V型号的重型钢轨生产。
进一步的是，连铸过程中连铸拉速按0.69～0.72m/min进行配合，拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
本发明的有益效果是：针对超大断面重轨钢减小微观偏析的控制要求，通过合理设计超大断面重轨钢连铸装备工艺制度，采用结晶器电磁搅拌加二冷电磁搅拌的方式，并研究制定适宜的搅拌位置和区域等工艺技术参数体系，以及精确控制连铸阶段的过热度和二冷参数，改善了超大断面重轨钢局部凝固情况，提升形核结晶凝固速率，促使柱状晶较为发达，晶杆细而致密，等轴晶晶粒形态改变，晶杆细而致密且清晰，二次枝晶臂间距减小，钢轨凝固组织过渡平缓，凝固组织及成分均匀性改善显著，试验超大断面铸坯轧制钢轨微观偏析得到明显改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本申请中所述大方坯重轨钢指的是断面为320mm×410mm的方坯，可适用于生成U71Mn、U78CrV或U75V型号的重型钢轨。
目前重轨钢常规生产工艺虽趋于成熟，但与世界一流企业存在明显质量差距，随着钢轨服役环境条件日趋严苛且多样复杂化，钢轨性能要求愈发苛刻，跟钢轨均质性及凝固组织精细化控制相关的系列问题逐渐暴露，本发明针对超大断面重轨钢微观偏析控制的需要，提供科学合理且切实有效的技术体系，涉及关键装备配备及配套工艺制度体系，在此基础上研究制定与质量控制需求相匹配的技术参数体系。本发明的超大断面重轨钢微观偏析控制方法，包括依次进行以下工艺，转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空、连铸、加热和轧制，主要改进点在连铸阶段，在连铸阶段采用以下步骤进行控制：
a、连铸电磁搅拌：采用连铸结晶器电磁搅拌结合二冷电磁搅拌的方式，其中二冷电磁搅拌的安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；结晶器电磁搅拌采用轻微搅拌，搅拌磁场强度为30×10-4～40×10-4T；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为6.0～7.5Hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为200×10-4～250×10-4T的二冷电磁搅拌；
b、中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按35～40℃执行；
c、连铸二冷：采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.32～0.33L/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
钢轨生产的整个工艺过程已经是比较成熟的了，主要区别在于工艺过程中的关键装备配备、关键工艺制度及工艺参数控制上。本申请在装备上采用结晶器电磁搅拌结合二冷电磁搅拌的方式，弱化结晶器电磁搅拌，并通过综合调整二冷电磁搅拌和二冷区域的具***置、磁场强度、电流频率、过热度、二冷比水量等参数，根据大量试验对比得出，按照该参数进行控制，能使重轨钢铸坯凝固组织变得细而致密，铸坯均质性显著提高，微观偏析得到明显改善。
除了上述核心技术外，要达到更好的连铸效果，还需要连铸拉速的配合控制，具体为，连铸过程中连铸拉速按0.69～0.72m/min进行配合，拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
下面通过三个具体实施例进一步说明。
实施例1
国内某钢厂采用本发明技术生产320mm×410mm超大断面U75V系列重轨钢，轧制轨型为60kg/m。本发明关键技术点实际工艺执行情况为：(1)连铸电磁搅拌：采用连铸结晶器电磁搅拌结合二冷电磁搅拌，其中二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；结晶器电磁搅拌采用轻微搅拌，搅拌磁场强度为40×10-4T；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为6.0Hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为200×10-4T的二冷电磁搅拌；(2)中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按35～40℃执行。(3)连铸二冷：本发明采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.33L/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
此外，与本发明涉及的上述三项核心技术(技术体系及工艺参数组)协同配合的连铸拉速按0.69～0.70m/min进行配合：连铸过程实际拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
对试验铸坯进行凝固组织检验，从铸坯窄面向铸坯中心方向，铸坯柱状晶截止于距离窄面87～93mm，等轴晶区晶粒形态发生改变(常规条件下等轴晶晶粒呈短而粗的形态，晶杆呈团簇状，晶杆不清晰)，等轴晶区晶粒呈细小状，晶粒的晶杆清晰，二次枝晶臂间距小，晶杆组织细而致密；对钢轨进行凝固组织腐蚀检验，凝固组织晶杆清晰，凝固组织过渡平缓(常规条件下，大方坯重轨钢铸坯凝固组织分区明显，呈激冷层——柱状晶——混晶——等轴晶分布)。对试验铸坯轧制钢轨轨头典型区域采用热场发射扫描电搅进行Mn元素微观偏析检验，钢轨Mn元素微观偏析度最大正偏析度为1.59(常规工艺生产控制水平为1.90～2.15)。
实施例2
国内某钢厂采用本发明技术生产320mm×410mm超大断面U78CrV系列重轨钢，轧制轨型为75kg/m。本发明关键技术点实际工艺执行情况为：(1)连铸电磁搅拌：采用连铸结晶器电磁搅拌结合二冷电磁搅拌，其中二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m 区间；结晶器电磁搅拌采用轻微搅拌，搅拌磁场强度为35×10-4T；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为7.0Hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为225×10-4T的二冷电磁搅拌；(2) 中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按37～40 ℃执行。(3)连铸二冷：本发明采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.32L/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
此外，与本发明涉及的上述三项核心技术(技术体系及工艺参数组)协同配合的连铸拉速按0.71～0.72m/min进行配合：连铸过程实际拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
对试验铸坯进行凝固组织检验，从铸坯窄面向铸坯中心方向，铸坯柱状晶截止于距离窄面86～91mm，等轴晶区晶粒形态发生改变(常规条件下等轴晶晶粒呈短而粗的形态，晶杆呈团簇状，晶杆不清晰)，等轴晶区晶粒呈细小状，晶粒的晶杆清晰，二次枝晶臂间距小，晶杆组织细而致密；对钢轨进行凝固组织腐蚀检验，凝固组织晶杆清晰，凝固组织过渡平缓(常规条件下，大方坯重轨钢铸坯凝固组织分区明显，呈激冷层——柱状晶——混晶——等轴晶分布)。对试验铸坯轧制钢轨轨头典型区域采用热场发射扫描电搅进行Mn元素微观偏析检验，钢轨Mn元素微观偏析度最大正偏析度为1.67(常规工艺生产控制水平为1.91～2.28)。
实施例3
国内某钢厂采用本发明技术生产320mm×410mm超大断面U75V系列重轨钢，轧制轨型为 60kg/m。本发明关键技术点实际工艺执行情况为：(1)连铸电磁搅拌：采用连铸结晶器电磁搅拌结合二冷电磁搅拌，其中二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面7.0～8.0m区间；结晶器电磁搅拌采用轻微搅拌，搅拌磁场强度为40×10-4T；二冷电磁搅拌的搅拌电流频率为7.5Hz，通过调节电流强度以控制搅拌磁场强度为200×10-4T的二冷电磁搅拌；(2)中包浇铸钢液过热度：连铸过程中包钢液采用高过热度工艺浇铸，过热度控制具体按35～39℃执行。(3)连铸二冷：本发明采用的二冷强度为强冷，具体冷却水量按比水量0.323L/kg钢执行，二冷区域覆盖至距离结晶器钢液面17.0m。
此外，与本发明涉及的上述三项核心技术(技术体系及工艺参数组)协同配合的连铸拉速按0.69～0.71m/min进行配合：连铸过程实际拉速控制波动极差值≤0.02m/min。
对试验铸坯进行凝固组织检验，从铸坯窄面向铸坯中心方向，铸坯柱状晶截止于距离窄面84～89mm，等轴晶区晶粒形态发生改变(常规条件下等轴晶晶粒呈短而粗的形态，晶杆呈团簇状，晶杆不清晰)，等轴晶区晶粒呈细小状，晶粒的晶杆清晰，二次枝晶臂间距小，晶杆组织细而致密；对钢轨进行凝固组织腐蚀检验，凝固组织晶杆清晰，凝固组织过渡平缓(常规条件下，大方坯重轨钢铸坯凝固组织分区明显，呈激冷层——柱状晶——混晶——等轴晶分布)。对试验铸坯轧制钢轨轨头典型区域采用热场发射扫描电搅进行Mn元素微观偏析检验，钢轨Mn元素微观偏析度最大正偏析度为1.70(常规工艺生产控制水平为1.93～2.12)。
上述实施例说明采用本发明技术生产的超大断面重轨钢铸坯，凝固组织组成得到改善控制，柱状晶较为发达，晶杆细而致密，等轴晶晶粒形态改变，晶杆细而致密且清晰，二次枝晶臂间距减小，钢轨凝固组织过渡平缓，凝固组织及成分均匀性改善显著，试验铸坯轧制钢轨微观偏析得到明显改善。