本发明属于冶金领域，具体涉及一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法。
背景技术：
：连铸坯的质量问题包括物理缺陷和化学缺陷。这些缺陷中又以化学缺陷的成分偏析较难控制。铸坯中的碳偏析会遗传到后续的扎制和热处理等工序中。使材质表面存在着不同程度的低倍偏析缺陷，即化学成分的均匀分布，这种缺陷会对机加工、热处理、尺寸稳定性造成影响，进而影响成品质的性能和寿命，甚至报废。针对碳偏析问题，方坯/矩形一般采用在线压下技术或者强冷工艺来解决，而受表面质量要求(椭圆度要求)，圆坯则不能用压下技术来解决碳偏析，故圆坯的碳偏析解决则比较困难。某厂采用φ300断面连铸机生产40cr钢供下游客户加工成汽车转向节。经检测分析汽车转向节的硬度偏差较大，超出客户要求范围，同时对40cr钢原材料进行分析，发现铸坯横截面碳偏析极差较大，另外发现碳含量较高点主要集中在铸坯半径2/5处(即cet转变区)，碳含量较低点主要集中在铸坯半径1/5处，具体的碳含量分布趋势如图1所示。很多冶金工作者致力于大圆坯连铸机cet转变位置的碳偏析形成机理和控制措施方面的研究，虽然形成这种碳偏析的机理早已明确，但是由于不同企业工装不同，调整方向也千差万别，有采用高温扩散控制碳偏析，有增设二冷电磁搅拌控制碳偏析，有的采用强冷增大柱状晶控制碳偏析，有的采用弱冷增大等轴晶控制碳偏析，但多数均集中在工业试验阶段，耗资巨大，特别是在多个控制参数的筛选和配合方面，试验探索周期长，不易实施。技术实现要素：本发明的目的在提供一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法，在不增加设备(如二冷电磁搅拌等)以及不变更轧制工艺的前提下，利用圆坯凝固机理，设计适合φ300断面控制碳偏析的具体参数。本发明具体技术方案如下：一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法，具体为：连铸工艺要求：拉速0.7-0.75m/min；过热度15-25℃；m-ems电流170a-180a，m-ems频率3hz；f-ems电流400-420a、f-ems频率8hz；凝固末端电磁搅拌时间设置为正转8秒、停顿3秒、反转8秒；二冷比水量0.25l/kg。所述中碳钢为中碳铬钼钢或中碳铬钢。进一步的，钢种生产前保证钢包包况满足工艺要求。进一步的，连铸工艺操作前，转炉、精炼工序按照现有技术做好元素成分调整时机，保证钢液软吹时间，确保钢包内钢液元素成分均匀。连铸工艺操作前确保钢包内钢液元素成分均匀。进一步的，冶炼过程中，为保证本发明采用的连铸方法顺利完成，必须保证精炼炉炉出站钢包内钢水c元素成分的均匀性，严禁在精炼炉/rh炉出站时向钢包内补加大量的增碳剂，若出现异常，必须采用补加碳线方式调整c元素含量，且务必保证钢包底吹透气性。另外为保证浇铸过程中钢包温降的稳定性，务必保证钢包烘烤良好。圆坯中碳钢(40cr、42crmo等)经轧制后棒材横截面碳偏析极差达0.1％-0.15％，不仅严重影响产品热处理性能的稳定性，而且会造成因成分偏析导致的质量异议。但是，通过本发明优化连铸的生产工艺，可大幅度降低大圆连铸坯碳偏析程度，其中碳偏析极差控制在0.05％以内，从而有效提高产品质量稳定性。与现有技术相比，本发明在不投入二冷电搅条件下，通过对连铸基础工艺进行摸索优化降低圆坯中碳铬钼钢碳偏析极差，因此项目投入费用较低；为解决轧材带状组织提供了相关理论依据；而且，本发明工艺路线简单，现场便于操作。而且通过该技术的推广，可以有效的降低圆坯中铬钼钢碳偏析极差，提高产品质量稳定性。附图说明图1为碳含量分布趋势；图2为二冷铸坯表面温度模拟图；图3为“硬”转变机理示意图；图4为实施例1生产的中碳铬钼钢碳偏析情况；图5为实施例1生产的中碳铬钢的碳偏析情况；图6为对比例1生产的铸坯横截面碳偏析极差情况。具体实施方式本发明利用圆坯凝固机理为铸坯凝固过程中枝晶前沿从表层向中心移动，在枝晶生长的过程中，受平均温度梯度(g)和平均凝固速率(v)的影响，二次枝晶间存在间距，一般来说，二次枝晶间距基本与凝固偏析成正比。连铸参数(如：过热度、拉速、二次冷却、电搅等)的变化对凝固前沿的平均温度梯度(g)和平均凝固速率(v)影响。具体包括：过热度：通过凝固模拟，过热度越大，凝固前沿平均温度梯度(g)减小，凝固前沿平均凝固速率(v)降低，二次枝晶间距增大，导致凝固偏析严重。但过低的过热度不利于控制钢水夹杂和疏松。本发明设计过热度15-25℃。二次冷却：一般来说，冷却强度过小不利于枝晶细化减少偏析，冷却强度过大容易导致较大的回温热应力。本发明设计最佳的二冷比水量为0.25l/kg，如图2所示。电磁搅拌：结晶器电磁搅拌能起到均匀过热度，降低温度梯度的作用，但是电磁过大易导致枝晶“硬”转变的出现，导致严重的正偏析。图3为“硬”转变机理示意图,搅拌过强，较脆弱的枝晶尖端在“颈缩”和冲刷的作用下折断，成为游离晶核，而较稳固的枝晶尖端会迎着对流方向生产，产生细密的一、二次枝晶，富集溶质易在枝晶尖端聚集，产生严重的正偏析。本发明指出电磁搅拌、过热度、冷却、拉速工艺对偏析的影响趋势，并得出适合φ300断面控制碳偏析的具体参数，可以有效的降低圆坯中铬钼钢碳偏析极差，提高产品质量稳定性。实施例1一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法，适用于中碳铬钼钢和中碳铬钢，中碳铬钼钢和中碳铬钢的成分控制如表1所示。生产前，辅助工序需检查钢包包况，确保钢包包壁温度、底吹满足工艺要求；转炉冶炼时采用高拉补吹的方式，保证转炉终点碳含量控制在0.1％以上，杜绝过氧化出钢；转炉出钢时，尽快加入增碳剂、造渣剂、脱氧剂等原辅料；出钢完毕后，钢包车开至软吹位，确保软吹时间大于5min；软吹结束后取样分析，保证转炉出站后钢液成分满足工艺要求，如表2所示，若低于工艺要求，精炼进站后立即补加碳粉/增碳剂；精炼工序冶炼过程中化渣结束后，依据钢水成分立即补加适量的增碳剂、合金等原辅料，一般要求在精炼冶炼20分钟内完成成分调整。另外精炼工序必须保证钢液软吹时间大于15min；连铸工艺操作前确保钢包内钢液元素成分均匀。钢液冶炼完毕后吊至连铸进行浇铸，浇铸过程中连铸工艺参数如表4所示。表1本发明涉及钢种成分表，余量为fe和不可避免的杂质备注：其他微量元素参照国标或其他行业标准表2转炉出站后钢液成分，余量为fe和不可避免的杂质备注：其他微量元素参照国标或其他行业标准连铸采用圆坯连铸机，其连铸机基本概况如表3所示。表3本申请实施例1和对比例1连铸机基本概况基本弧形半径14m二冷区总长度5.85m铸机流数6生产断面φ300结晶器电磁搅拌外置式冷却形式足辊段为纯水冷却，其它段为气-水冷却矫直形式连续矫直所述中碳铬钼钢按照下表4的连铸参数生产。表4中碳铬钼钢连铸工艺参数拉速(m/min)过热度(℃)m-ems电流/频率f-ems电流/频率末搅正反转时间(s)二冷比水量(l/kg)0.7-0.7515-25180a/3hz400a/8hz8-3-80.25实施例1所生产的中碳铬钼钢铸坯横截面c偏析情况如下表5所示。表5中碳铬钼钢铸坯横截面c偏析情况表5可以看到，采用本发明所涉及的技术方案生产的中碳铬钼钢铸坯横截面碳偏析极差基本控制在0.05％以内。按照实施例1相同的方法再次生产80炉中碳铬钼钢，碳偏析情况如图4所示；按照实施例1方法、参数生产中碳铬钢，其中转炉出站钢液成分要求如表2所示，中碳铬钢的碳偏析情况，如图5所示。对比例1按照与实施例1相同的方法生产相同组分的中碳铬钼钢，除表6列出连铸的参数外，生产方法的其他参数同实施例1。表6对比例1连铸工艺参数备注：12-2-12为末端电磁搅拌正转时间-停顿时间-反转时间。对比例1生产的铸坯横截面碳偏析极差如图6所示。其中铸坯横截面碳偏析极差d为0.06％-0.11％。本发明碳偏析极差d的计算方式为：铸坯横截面上c元素最高含量与c元素最低含量之差。所以，本发明在不投入二冷电搅条件下，通过对连铸基础工艺进行摸索优化降低圆坯中碳钢碳偏析极差。该工艺技术方案不仅投入成本低，工艺路线简单，现场便于操作，而且通过该技术的推广，在相同的钢种和生产工艺条件下，按照本发明的连铸工艺参数设置，铸坯横截面碳偏析极差d由原来的0.06％-0.11％控制在0.05％以内。本发明可以有效的降低圆坯中铬钼钢碳偏析极差，提高产品质量稳定性。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法，其特征在于，所述方法包括连铸工艺，连拉速0.7-0.75m/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸工艺：过热度15-25℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸工艺：m-ems电流170a-180a，m-ems频率3hz。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸工艺：f-ems电流400-420a、f-ems频率8hz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸工艺：凝固末端电磁搅拌时间设置为正转8秒、停顿3秒、反转8秒。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸工艺：二冷比水量0.25l/kg。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中碳钢为中碳铬钼钢或中碳铬钢。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钢种生产前保证钢包包况满足工艺要求。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连铸工艺操作前确保钢包内钢液元素成分均匀。
技术总结本发明提供了一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法，具体为：连铸工艺要求：拉速0.7‑0.75m/min；过热度15‑25℃；M‑EMS电流170A‑180A，M‑EMS频率3HZ；F‑EMS电流400‑420A、F‑EMS频率8HZ；凝固末端电磁搅拌时间设置为正转8秒、停顿3秒、反转8秒；二冷比水量0.25L/Kg。与现有技术相比，本发明不投入二冷电搅条件下，通过对连铸基础工艺进行摸索优化降低中碳钢圆坯碳偏析极差，因此项目投入费用较低；为解决轧材带状组织提供了相关理论依据；而且，本发明工艺路线简单，现场便于操作。通过该技术的推广，有效的降低中碳钢圆坯碳偏析，提高产品质量稳定性。
技术研发人员：陶群南;黄雁;赵文渊
受保护的技术使用者：芜湖新兴铸管有限责任公司
技术研发日：2020.03.06
技术公布日：2020.06.05
