一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法
阅读说明：本技术 一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法 (Method for controlling surface cracks of boron-containing wear-resistant steel casting blank ) 是由 李耀强 张卫攀 刘红艳 陈子刚 杜琦铭 徐桂喜 王青云 张建坤 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法,包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸工序；转炉冶炼工序中,控制钢水中N≤30ppm；LF精炼工序保证钢液中酸溶铝达到0.030-0.050wt%,之后顺序加入钛铁、硼铁,调整成分和温度；RH精炼工序的真空处理时间≥20min,纯脱气时间≥8min；连铸工序中,钢水过热度控制在5-30℃,二冷区水温控制在32-45℃,水比为0.5-0.7l/kg,保证铸坯出矫直区温度≥950℃；本发明可将含硼耐磨钢铸坯表面裂纹发生率控制在0.20%以内,提升含硼耐磨钢钢板的表面质量。(The invention relates to a method for controlling surface cracks of a boron-containing wear-resistant steel casting blank, which comprises the working procedures of converter smelting, LF refining, RH refining and continuous casting; in the smelting process of the converter, N in the molten steel is controlled to be less than or equal to 30 ppm; the LF refining process ensures that acid-soluble aluminum in the molten steel reaches 0.030-0.050wt%, and then ferrotitanium and ferroboron are sequentially added to adjust the components and the temperature; the vacuum treatment time of the RH refining process is more than or equal to 20min, and the pure degassing time is more than or equal to 8 min; in the continuous casting process, the superheat degree of molten steel is controlled to be 5-30 ℃, the water temperature of a secondary cooling area is controlled to be 32-45 ℃, the water ratio is 0.5-0.7l/kg, and the temperature of a casting blank discharged from a straightening area is guaranteed to be more than or equal to 950 ℃; the method can control the surface crack incidence rate of the boron-containing wear-resistant steel casting blank within 0.20 percent, and improve the surface quality of the boron-containing wear-resistant steel plate.)
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，尤其涉及一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法。
背景技术
耐磨钢因其具有良好的磨损性能及强度，被广泛应用于国民经济的各个行业。在耐磨钢的化学成分体系中，硼是重要的提升淬透性元素，而且在我国储存量较大，相对镍、铬等金属元素而言，成本更低，经济效果显著，只需要少量加入（一般5-35ppm）就能显著提升耐磨钢的心部硬度，使得耐磨钢产品在使用中磨损更均匀，寿命更长。
有研究表明，硼的裂纹敏感性较铌、铝等金属更强。冶炼过程中，加入硼后，易与碳和氮反应生成碳化物、氮化物或碳氮化物，且在晶界析出，引起晶界脆化，降低铸坯热塑性，在连铸生产中导致表面横裂纹的出现，且多分布在铸坯的边部和内弧一侧，需要通过铸坯表面火焰清理，但是对于深层裂纹只能改判或判废。有时出于边部裂纹的考虑，在做生产计划时会预留出边部余量，最后定尺时切除边部裂纹，但是这就导致了产品成材率低，增加了生产成本。因此，加强含硼耐磨钢铸坯表面裂纹的控制成为亟需解决的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，可将含硼耐磨钢铸坯表面裂纹发生率控制在0.20%以内，提升含硼耐磨钢钢板的表面质量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸工序；所述转炉冶炼工序，控制钢水中N≤30ppm；
所述LF精炼工序，保证钢液中酸溶铝达到0.030-0.050wt%，顺序加入钛铁、硼铁，调整成分和温度；
所述RH精炼工序，真空处理时间≥20min，纯脱气时间≥8min；
所述连铸工序，钢水过热度控制在5-30℃，二冷区水温控制在32-45℃，水比为0.5-0.7l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃。
上述的一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，所述LF精炼工序，通过向钢包中喂入铝线使钢液中酸溶铝达到0.030-0.050wt%，之后加入钛铁搅拌均匀后，加入硼铁，调整成分和温度；
所述RH精炼工序，在真空度≤50Pa条件下，真空处理时间≥20min，纯脱气时间≥8min，RH精炼后钢水氩气净吹时间≥6min。
上述的一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，所述LF精炼工序，加入钛铁搅拌均匀后，当钢水中TO≤20ppm、N≤50ppm时，加入硼铁。
上述的一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，所述连铸工序，全程吹氩保护浇注，流量控制在5m3/h-25m3/h，保持0.75-1.30m/min恒速浇铸；钢水过热度控制在5-30℃，二冷区水温控制在32-45℃，水比为0.5-0.7l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃；扇形段辊缝精度控制在-0.5mm~+0.5mm，各段对弧精度为0-0.5mm，扇形段驱动辊热坯压力为6.6-7.6MPa。
上述的一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，所述RH真空处理后，钢液中的N≤40ppm。
上述的一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，所述转炉冶炼工序，全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹。
本发明所述含硼耐磨钢的化学成分质量百分含量分别为：C：0.15%～0.25%，Si：0.10%～0.30%，Mn：1.10%～1.40%，Nb：0.015%～0.035%，Ti：0.010%～0.030%，Cr：0.40%～0.60%，Mo：0.15%～0.45%，B：0.0005%～0.0035%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
本发明转炉冶炼工序中，在脱碳脱磷的基础上，尽量减少钢水与空气的接触，降低钢水中氮含量，为后续生产创造条件；采取的底吹氩气，能够更好的均匀钢水中成分和温度，氧和碳充分接触反应，生成一氧化碳和二氧化碳，并以气泡的方式上浮，溶解于钢液中的氮在充分碰撞中形成氮气，也上浮排出。
LF精炼生产中，先使用铝进行深脱氧，再加入钛铁固氮，当钢水中TO≤20ppm、N≤50ppm时，加入硼铁，这是因为硼与氧和氮有很强的亲和力，但是铝与氧的亲和力比硼和钛都强，钛与氮的亲和力比硼强，所以先用铝深脱氧后，再使用钛深脱氮。
RH真空处理中，继续脱除钢液中的氮，减少硼的氮化物的生成，处理结束后，钢液中的N≤45ppm。
板坯连铸生产中，要采取保护浇铸，水口进行吹氩操作，防止钢水与空气接触，减少钢液中氮的增加，从而降低钢液中的氮化硼含量。控制二冷区水温和水量，保证铸坯出矫直区温度≥950℃，控制扇形段精度和驱动辊热坯压力，在保证拉坯速度的同时，减少机械应力。
硼在钢中的溶解度较低，且极易偏聚在晶界上，当钢液中含有氮时，在奥氏体晶界上会析出大量细小的氮化硼，这些物质会牢牢“钉扎”在晶界上，防止晶界滑动，导致晶粒之间断裂，宏观上表现为钢的热塑性大大降低。
根据含硼耐磨钢高温塑性特点，其铸坯有两个明显的高温低塑性区间，分别为850℃-950℃和1250℃以上，如果铸坯在矫直区温度处于高温低塑性区，并与氮化物大量析出的温度重叠时，将加剧钢的脆性，导致在铸坯的振痕波谷处出现裂纹。
因此为避免含硼钢表面裂纹，增加钢的热塑性，一方面要全工序控制钢水氮含量，减少氮化物的生成，另一方面铸坯出弯曲和矫直段时温度避开高温低塑性区。
本发明通过全流程精确控制钢液中氮含量，减少氮化物的含量，尽量降低由于氮化硼在晶界析出恶化钢的塑性；本发明首先控制转炉的氮含量，将其保持在较低水平，在LF精炼工序，通过设计Al，Ti，B的加入顺序及加入量，对钢液进行深脱氧和深脱氮处理，后续RH和连铸工序，继续尽量减少钢液中氮含量，减少氮化硼的生成，从而减轻对晶界的“钉扎”作用；控制连铸二冷区水量和水温，对热坯进行弱冷，保证铸坯出弯曲和矫直段温度≥950℃，避开钢的高温低塑性区，并且控制扇形段对热坯的机械作用，最终解决了含硼耐磨钢铸坯表面裂纹的问题，提升了钢板的成材率，保证了产品的表面质量。
本发明的有益效果为：
本发明可显著降低含硼耐磨钢铸坯表面裂纹发生率，由原来的1.80%降低到0.20%以内，提升耐磨钢板的表面质量，进而有效提高钢板成材率，成材率由原来的87.3%提升至90.2%以上。
具体实施方式
本发明一种含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，工艺流程包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和板坯连铸工序，具体步骤如下：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N≤30ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线150-250米，保证钢液中酸溶铝达到0.030-0.050wt%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO≤20ppm、N≤50ppm时，再加入硼铁，钢包氩气净吹时间≥3min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度≤50Pa条件下，真空处理时间≥20min，纯脱气时间≥8min，RH精炼后钢水氩气净吹时间≥6min；
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在5m3/h-25m3/h，0.75-1.30m/min恒速浇铸；钢水过热度控制在5-30℃，二冷区水温控制在32-45℃，水比为0.5-0.7l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃，扇形段辊缝精度控制在-0.5mm~+0.5mm，各段对弧精度为0-0.5mm，扇形段驱动辊热坯压力为6.6-7.6MPa。
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量；钢坯表面裂纹缺陷得到了有效控制。
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明，实施例中所有组分百分含量均指重量百分比。
实施例1～6均采用100吨转炉、100吨LF炉、100吨RH炉以及180-260mm断面大板坯连铸机所生产的含硼耐磨钢，各实施例化学成分见表1。
表1 实施例1-6含硼耐磨钢化学成分（wt%）
【实施例1】
本实施例是含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N为28ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线150米，保证钢液中酸溶铝达到0.030wt%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO为20ppm、N为45ppm时，再加入硼铁，钢包净吹5min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度50Pa条件下，真空处理时间35min，纯脱气时间8min，RH精炼后钢水氩气净吹时间8min，钢水N含量为40ppm；
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在10m3/h，保持0.91 m/min恒速浇铸；钢水过热度控制在5℃，二冷区水温控制在35℃，水比为0.65l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃；扇形段辊缝精度控制在-0.5mm，各段对弧精度为0mm，扇形段驱动辊热坯压力为7.6MPa；
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量；铸坯及轧后钢板表面无裂纹产生。
【实施例2】
本实施例是含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N为25ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线223米，保证钢液中酸溶铝达到0.047%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO为18ppm、N为47ppm时，再加入硼铁，钢包净吹4min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度12Pa条件下，真空处理时间31min，纯脱气时间10min，RH精炼后钢水氩气净吹时间6min，钢水N含量为42ppm；
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在20m3/h，保持0.75 m/min恒速浇铸；钢水过热度控制在30℃，二冷区水温控制在32℃，水比为0.55l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃。扇形段辊缝精度控制在-0.2mm，各段对弧精度为0.1mm，扇形段驱动辊热坯压力为7.5MPa；
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量。铸坯及轧后钢板表面无裂纹产生。
【实施例3】
本实施例是含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N为30ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线250米，保证钢液中酸溶铝达到0.050%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO为15ppm、N为50ppm时，再加入硼铁，钢包净吹3min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度27Pa条件下，真空处理时间20min，纯脱气时间9min，RH精炼后钢水氩气净吹时间10min，钢水N含量为45ppm；
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在5m3/h，保持1.02 m/min恒速浇铸；钢水过热度控制在21℃，二冷区水温控制在40℃，水比为0.50l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃，扇形段辊缝精度控制在0.5mm，各段对弧精度为0.4mm，扇形段驱动辊热坯压力为7.1MPa。
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量。铸坯及轧后钢板表面无裂纹产生。
【实施例4】
本实施例是含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N为29ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线200米，保证钢液中酸溶铝达到0.045%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO为19ppm、N为42ppm时，再加入硼铁，钢包净吹5min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度41Pa条件下，真空处理时间30min，纯脱气时间12min，RH精炼后钢水氩气净吹时间7min，钢水N含量为37ppm；
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在12m3/h，保持1.00 m/min恒速浇铸，钢水过热度控制在8℃，二冷区水温控制在45℃，水比为0.70l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃；扇形段辊缝精度控制在0.3mm，各段对弧精度为0.5mm，扇形段驱动辊热坯压力为6.6MPa。
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量。铸坯及轧后钢板表面无裂纹产生。
【实施例5】
本实施例是含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N为26ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线199米，保证钢液中酸溶铝达到0.040%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO为12ppm、N为40ppm时，再加入硼铁，钢包净吹4min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度36Pa条件下，真空处理时间22min，纯脱气时间11min，RH精炼后钢水氩气净吹时间9min，钢水N含量为35ppm；
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在25m3/h，保持1.30 m/min恒速浇铸，钢水过热度控制在27℃，二冷区水温控制在33℃，水比为0.57l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃，扇形段辊缝精度控制在0mm，各段对弧精度为0.2mm，扇形段驱动辊热坯压力为7.6MPa。
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量。铸坯及轧后钢板表面无裂纹产生。
【实施例6】
本实施例是含硼耐磨钢铸坯表面裂纹控制方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：全程采用底吹氩气工艺，进行脱磷操作，避免过吹，N为24ppm；
（2）LF精炼：向钢包中喂入铝线176米，保证钢液中酸溶铝达到0.031%，先加入钛铁，钢水搅拌均匀后，当钢水中TO为17ppm、N为41ppm时，再加入硼铁，钢包净吹6min，保证钢水成分及温度均匀；
（3）RH真空处理：在真空度0Pa条件下，真空处理时间25min，纯脱气时间13min，RH精炼后钢水氩气净吹时间11min，钢水N含量为36ppm。
（4）板坯连铸：全程吹氩保护浇注，流量控制在21m3/h，保持0.88 m/min恒速浇铸，钢水过热度控制在8℃，二冷区水温控制在42℃，水比为0.62l/kg，保证铸坯出矫直区温度≥950℃；扇形段辊缝精度控制在0.1mm，各段对弧精度为0.3mm，扇形段驱动辊热坯压力为6.8MPa。
通过以上控制，显著提高了含硼耐磨钢的表面质量。铸坯及轧后钢板表面无裂纹产生。