低合金钢热送热装的问题与研究现状.doc

低合金钢热送热装的问题与研究现状王邦伦摘要：热送热装是钢铁企业节能降耗的重要途径之一。然而，低合金钢在浇注时铸坯容易出现各种表面裂纹，降低了热送率；高温热装时，轧制过程中也容易产生裂纹，因此，实际生产中，低合金钢热送热装率较低。本文就此进行了简要讨论。关键词：连铸坯 热送热装 裂纹 热装温度前言为了提高加热炉的生产效能, 降低能源消耗, 减少污物排放, 各钢铁企业已广泛采取铸坯的热送热装轧制工艺。热送热装可降低燃耗, 连铸坯热送热装温度每提高100度 , 轧钢加热炉可节约燃料 5% 6% , 加热炉能力可提高 10% 15% ; 可减少烧损, 一般冷坯装炉的烧损为 1. 5% 2%, 有的甚至达到 2. 5%, 而在热装条件下, 氧化烧损可降低到0. 5% 0. 7% ; 可提高加热速度, 热装时由于减少了冷却和加热过程中的温度变化, 降低了钢坯中的内应力, 有利于加热速度的提高1 然而，低合金钢在浇注时铸坯容易出现各种表面裂纹，降低了热送率；高温热装时，轧制过程中也容易产生裂纹，因此，实际生产中，低合金钢热送热装率较低，有的企业甚至采取冷装。本文对此进行了分析，并提出了可能的预防措施。1. 低合金钢铸坯缺陷及其影响因素实施热送热装，无缺陷坯生产技术是最基本的要求和前提。然而，低合金钢在浇注时容易产生诸多表面裂纹，如表面纵裂纹、振痕谷处的横裂纹、角部横裂纹等等。文献2、3指出，这些缺陷的产生与包晶反应、钢种的成分和二冷制度有关。1.1包晶反应的影响3表面纵裂纹是连铸坯的主要缺陷, 尤其是包晶钢对裂纹最为敏感。从铁碳相图图1可知，包晶反应需要碳含量为0.09%0.53%，而实际生产中，低合金钢钢种如Q235，Q345等含碳量一般在0.1%0.2%，落在包晶反应区。发生包晶反应的凝固过程是：钢水浇入结晶器后, 弯月面水冷结晶器铜壁提供很大的过冷度, 首先从液体中结晶出固体Fe, 并以枝晶形式长大; 当液体温度低于1495度时, 发生包晶反应，围绕Fe枝晶形成Fe包层, 构成Fe+ L +Fe 的三相界面; 温度继续降低，Fe相通过碳原子在相界面上扩散长大, 不断消耗Fe相和液相, 直到全部变成Fe相为止。包晶钢之所以对纵裂纹敏感, 是由于以下几种情况的综合作用造成的：/转变开始温度接近零强度温度, 枝晶收缩不能被剩余液体补充； /转变处于裂纹敏感温区, 收缩产生的应变大, 而此时坯壳高温性能不良, 断裂应变低；/转变收缩量大, 转变速率快, 转变开始早, 导致坯壳变形产生局部气隙, 坯壳不均匀性大。图1 铁碳合金相图包晶钢/转变收缩量大，转变速率快，转变开始早是导致纵裂纹敏感的根本原因。防止包晶钢纵裂纹的对策就是：降结晶器弯月面热流；保持结晶器弯月面热流的均匀稳定；控制影响坯壳生长均匀性的工艺因素。1.2二冷制度的影响2从结晶器拉出来的带液芯的铸坯,在弯曲、矫直和辊子压力的作用下,在非常脆弱的固液交界面产生裂纹。对于裂纹敏感性较强的低合金钢，如果铸坯在通过二冷区时冷却不均匀，回温过大或温度反复变化而导致多次相变，由于热应力的作用裂纹源沿两相交界面扩展而形成裂纹；在矫直时铸坯温度正处在其温度脆性区，在矫直力的作用下，将进一步加重裂纹的产生。如果二冷比水量过大，使得弯曲矫直时的温度落在第三脆性区，对生产裂纹敏感性钢不利，铸坯的冷却强度过大是导致铸坯裂纹产生的重要因素。预防措施：适当降低铸坯在二冷区的冷却强度，调整各段的配水量，铸坯的矫直温度控制在950以上，在弯曲矫直时避开第三脆性区，可以显著改善低合金钢的铸坯质量，有效控制中心分层和裂纹的产生。2. 低合金钢铸坯热装温度的影响低合金钢含碳量一般在0.08%0.2%，由铁碳合金相图图1可知，低合金钢碳含量在P点（含碳量约0.02%）右边、S点（含碳量约0.77%）左边。因此，从理论上讲，低合金钢从1400度冷却到400度的过程中，其组织相变轨迹是：单相奥氏体奥氏体和铁素体铁素体和珠光体。第一次转折点对应的是A3线，第二次是A1线，这两条线把温度分为三个区间。因此，根据热装温度的不同，本文把热装分为三类：高温热装（热装温度在A3线以上），中温热装（热装温度在A1A3线之间），低温热装（热装温度在A1线以下）。一般来讲，热装温度越高越好，因为越有利于节能；但是，对于低合金钢，热装温度高时，在轧制时却容易产生裂纹等缺陷。2.1高温热装 高温热装本文是指热装温度在A3线以上，此时铸坯组织处在奥氏体单相区，没有经过/相变，奥氏体晶粒粗大。如果按照常规轧制，将使得钢板塑性和强度降低，因此，需要提高铸坯出炉温度和锻压比来细化晶粒。2.2中温热装中温热装的铸坯，既有经过/相变的细小铁素体晶粒，又有粗大的奥氏体晶粒。在加热炉加热后，既有经过/相变的细小奥氏体晶粒，又有原始粗大的奥氏体晶粒。另一方面5，如果钢中加入了微合金元素 Nb、V、Ti，加上钢中的 AlN 形成了较多的 C、N 化物，C、N 化物的作用有两重性， 如果在铁素体中弥散析出则有提高钢的强度和韧性的良好作用， 但在此温度下，C、N 化物溶解度较低，往往会有部分C、N 化物在奥氏体的晶界析出。铁素体在加热炉升温转变为奥氏体时，仍有部分C、N 化物没有回熔而停留在奥氏体晶界，因此降低了晶界强度，则形成脆性相，在轧制应力作用下，产生裂纹。其原理图如图2预防措施：第一，铸坯在加热炉时，适当延长加热时间，提高加热温度，让微合金元素的C、N 化物充分回熔，尽量减少在晶界的析出；第二，尽量减少连铸坯的N含量，在转炉出钢时可以尝试弱脱氧工艺以减少吸N，因为钢水中的O和S可以抑制吸N，采取RH精炼以减少钢水中氮、氢等气体含量，连铸时采取保护浇注以防钢水吸N和二次氧化。图2 微量元素在中温热装（奥氏体加铁素体两相区）和低温热装（铁素体加珠光体两相区）下的不同析出状态42.3低温热装 由铁碳合金相图图1可知，在A1线（图1中的PSK线）以下400度以上（低于400度一般不称为热装）热装时，铸坯组织为铁素体加珠光体。此时热装的铸坯在加热炉上加热奥氏体化后，铸坯便先后经过两次相变，奥氏体晶粒得到细化，有利于轧材性能的提高，有文献指出，低温热装的铸坯组织和冷装的基本一样。另一方面，低温热装时比较完全，由图2可知，微合金元素的析出物比较均匀地分布在组织中，在加热炉奥氏体化后，微合金元素的析出物主要分布在奥氏体晶粒内，晶界强度比较高，对铸坯塑性不会产生明显影响4。低温热装时，虽然节能效果不如高温热装好，但是铸坯组织和冷装时一样，加热奥氏体化后，奥氏体晶粒细小，且微合金元素化合物回熔充分，分布均匀、较少在晶界偏析，最终轧材性能较好，裂纹较少。因此，对于低合金钢，很多钢铁企业选择低温热装、甚至冷装。也有文献指出，热装温度在A1线以下且越接近A1线越好，这样既有利于节能，又有利于生产高质量的钢材。3. 结语低合金钢热送、高温热装时，容易产生裂纹，本文认为做好以下几点，有利于改善这种状况：低合金钢浇注时可能产生包晶反应，铸坯收缩特性大，容易出现裂纹，防止包晶钢纵裂纹的对策是：降结晶器弯月面热流；保持结晶器弯月面热流的均匀稳定；控制影响坯壳生长均匀性的工艺因素；适当降低铸坯在二冷区的冷却强度，铸坯的矫直温度控制在950以上，在弯曲矫直时避开第三脆性区，可以显著改善低合金钢的铸坯质量，有效控制中心分层和裂纹的产生；中高温热装，出加热炉后，奥氏体晶粒一般比较粗大，且微合金元素化合物在奥氏体晶界有不同程度的偏析，因此，笔者建议实施低温热装，热装温度在A1线以下且越接近A1线越好，同时尽量控制铸坯的N含量，减少C、N化物的析出，这样有利于生产高质量的钢材。参考文献1 崔风平, 孙玮, 刘彦春. 中厚板生产与质量控制. 北京: 冶金工业出版社, 2008: 47- 48.2 温良英,张健,陈登福,董凌燕 低合金高强度钢连铸二冷制度优化及试J 重庆 大学学报 2008.9(31):