钢中铝钛含量对连铸坯轧制厚板

钢中铝钛含量对连铸坯轧制厚板表面质量的影响马福昌(舞阳钢铁公司)摘要着重分析了16MnR连铸坯轧制厚板造成裂纹废品的主要原因是AlT、Ti含量高。采取了相应的措施，从而获得了满意的效果和显著的经济效益。关键词AlT、Ti含量裂纹废品EFFECTOFAlTANDTiONSURFACEQUALITYOFHEAVYPLATEROLLEDFROMCONTINUOUSCASTSLABMAFuchang(WuyangIron&SteelCo.)ABSTRACTInthispaper，itisconcludedthatthescrappingofheavyplaterolledfrom16MnRcontinuouscastslabduetocrackingiscausedbyhighAlTandTicontent.Byrelevantmeasures,satisfactoryresultsandremarkableeconomiceffectsareobtained.KEYWORDSAlTandTicontent,scrapcausedbycracking1前言舞阳钢铁公司300mm×1900mm板坯连铸机1992年12月一次试车成功，但由于条件所限，未能正常运行生产。1995年公司加大了连铸攻关力度，设立43项攻关课题，其中工艺质量21项，设备22项［1］。经过一年的技术攻关，设备事故减少，并消除铸坯表面的宏观缺陷，开发了16MnR等十几个钢种。1996年仍继续组织攻关，年初连铸生产的25炉16MnR，轧制38～42mm厚板，投入16MnR连铸坯1743.952t，定尺板合格量599.739t，定尺板合格率34.389%；裂纹废品量484.66t，废品率27.779%；其余为因钢板上的边裂纹影响钢板定尺和探伤不合而改计划外。25炉中因裂纹造成废品较多的炉次的AlT、Ti含量高，在连铸坯酸洗中也证明了这一点。一般AlT、Ti含量高，皮下裂纹的发生频率相应也较高，如表1所示。因此提出了控制钢中的AlT、Ti含量作为连铸攻关子课题。2调查分析2.1生产工艺流程电炉冶炼→钢包精炼→真空处理→喂铝丝→吹氩→连铸→铸坯切割→堆垛缓冷→铸坯检查、清理→连续加热炉加热→4200mm轧机轧制→钢板表面检验、修磨→钢板切割、取样→成品检验入库。表1(AlT+Ti)含量与废品量及铸坯酸洗Table1(AlT+Ti)contentandtherejectionnumberaswellascastslabpickling序号(AlT+Ti)/%投入量/t轧制废品量/t铸坯酸洗裂纹/个*cm-2内弧外弧10.07474.964.00.1100.11420.06465.6548.680.1120.10430.04873.62443.180.0920.11340.06081.79623.8050.1080.09850.05392.069.220.1110.11560.04584.28220.0240.1010.0892.2AlT、Ti含量与废品的关系对25炉16MnR的废品作统计，发现AlT、Ti含量高的，裂纹废品较多，见图1、2。图1(AlT+Ti)含量与废品率关系Fig.1Relationbetween(AlT+Ti)contentandrejectionrate2.3取样分析在废品板上取裂纹样，经电镜观察裂纹两侧存在严重的氧化脱碳现象，并在其裂纹中可见灰色的条带，见图3(a)。放大到2000倍观察，其灰色条带的表面存在大量细小的空洞，并可见少量细小的块状夹杂物，见图3(b)。经X射线能谱仪分析可知，属硫化锰夹杂。华中理工大学高温脆性研究表明［2］，对0.05%～0.40%的低合金钢，在600～900℃高温脆性区沿晶析出先共析铁素体，而铁素体的强度低于奥氏体，故变形将集中于沿晶分布的薄层状铁素体中，使得细小空洞在晶界上形核、长大、聚合形成晶界裂纹最后导致沿晶断裂。经金相观察，发现有块状不变形D类夹杂1.5级；钢中［O］17×10-6，［N］91×10-6，电解夹杂总量63×10-6。又经光谱分析仪分析，钢板的1/4处有害元素Sn140×10-6、As90×10-6；钢板的1/2处有害元素Sn130×10-6、As80×10-6；钢的组织为F+P，晶粒度7.5级。图2AlT含量与废品率关系Fig.2RelationbetweenAlTcontentandrejectionrate［Al］、［Ti］和［N］亲和力非常大［3］。由以上分析，这种不变形块状夹杂就是AlN、TiN。众所周知电炉钢氮含量普遍偏高(一般(80～120)×10-6)，如果钢中的铝、钛含量高，就极易形成AlN、TiN。在钢中［N］约100×10-6，钢中钛含量为0.01%～0.02%，则钢淬透性的综合影响因子Cβ在0.014%～0.024%，当钛含量增加，Cβ为0～0.01%，钢中形成大量的粗大TiN颗粒，降低钢的冲击韧性。铝在钢中也可吸收氮而生成AlN［4］。AlN是在钢冷凝后沿初生奥氏体晶界析出使晶界脆化［5］。TiN夹杂有时自身开裂，有时沿晶界开裂，当钢的强度愈高，愈容易开裂。但不是所有TiN均开裂，只有达到临界尺寸的TiN才会开裂［6］。这样，在钢中图3裂纹照片Fig.3CrackphotographAlT、Ti含量高时，再加上细小的硫化物和硫氧化物在奥氏体晶界沉淀析出以及铁皮下富积Cu、Sn、Sb、As等元素的影响［7，8］，若在晶粒间界大量沉淀析出，在自然冷却、加热和轧制过程中就会产生裂纹，这些裂纹在热应力和组织应力的作用下就会进一步扩展造成裂纹废品。2.4性能调查1996年初连铸生产16MnR轧制厚度38～42mm，无论是屈服强度、抗拉强度，或是常温冲击、低温冲击以及冷弯都能满足现在所执行YB(T)40—87标准，而且冲击韧性富余量较大，常温冲击富余23～146J，-20℃冲击富余14～119J。为检验减少钢中的AlT、Ti含量对其性能是否有影响，做了以下实验工作。取一炉模注16Mn，轧制50mm厚，AlT0.004%、Ti0.001%，其性能指标为σs360N/mm2，σb580N/mm2，δ530%，屈服强度富余75N/mm2，常温冲击值富余17.7J。同是连铸生产的16Mn、16MnR钢力学性能相比较，也都满足16MnR的标准，且韧性富余大(表2)。表216Mn、16MnR的力学性能对比Table2Comparisonofthemechanicalpropertiesbetween16Mnand16MnR钢种厚度/mmAlT/%Ti/%σs/N*mm-216Mn300.0140.00234016MnR450.0140.012345钢种σb/N*mm-2δ5/%冲击值/J冷弯d＝3a+20℃-20℃16Mn55530191.7128.7完好16MnR56530138111.7完好注：冲击值为平均值。3采取措施3.1控制钢中AlT、Ti含量对16MnR钢内控成分做了调整，要求AlT、Ti含量严格控制在0.010%～0.020%范围内。经过10炉的试验，AlT、Ti都控制在内控范围内，投入量为690.765t，因钢板裂纹造成的废品只有16.338t，废品率2.36%，比原来降低25.419%。3.2取消16MnR的加钛工艺16MnR不加钛试验6炉，残余钛含量0.001%～0.003%，其它工艺控制正常。轧制32～34mm厚板，投入量为449.533t，定尺合格量399.21t，成材率88.8%，裂纹废品量1.015t，废品率0.23%，性能指标全部满足技术要求。4效果4.116MnR加钛与不加钛比较在试验16MnR不加钛之前，拉了一炉16MnR(加钛)，工艺参数相同，AlT+Ti＝0.061%，投入80.614t，定尺合格量17.046t，合格率21.122%；废品量6.907t，废品率8.56%。钢板裂纹严重，因边裂纹切去100～600mm宽，保不住定尺而改计划外41.13t。16MnR不加钛，钢板表面质量良好，投入轧制449.533t，只有部分边裂造成废品1.015t，余下都保住定尺，定尺合格量399.21t，16MnR定尺合格率由原来的34.389%提高到88.8%，废品率由原来的27.779%降到0.23%。4.2力学性能16MnR不加钛轧制32、34mm厚板，1炉热轧，5炉正火，正火温度(890±10)℃。力学性能合格，低温性能较好，见表3。表316MnR不加钛的性能调查表Table3Thepropertyinvestigationof16MnRwithoutaddingTi厚度/mm状态AlT/%Ti/%σs/N*mm-2σb/N*mm-2δ5/%冲击值/J+20℃-20℃34正火0.0160.001(370～380)/375(535～545)/541(25～29)/27(62～75)/70(39～54)/4632正火0.0180.003390(530～545)/532(26～31)/28(98～112)/105(54～72)/6632正火0.0150.003(375～400)/388525(26～29)/28(87～110)/100(47～75)/6032热轧0.0100.002(385～400)/390(535～550)/541(25～27)/26(100～134)/119(53～88)/6634正火0.0270.002(355～365)/360(520～540)/532(29～33)/31(167～189)/181(114～144)/13134正火0.0360.002(370～395)/380(540～565)/550(21～26)/24(123～138)/128(81～99)/98注：分子为性能范围，分母为平均值。冷弯d＝3a：完好。4.3显著提高探伤合格率16MnR不加钛能显著提高探伤合格率，因为钢中的钛对钢中的［H］有强的吸附作用，影响着［H］在钢中的流动性［3］。降低钢中的钛含量，减弱了对［H］的吸附，有利于［H］在钢中析出。16MnR不加钛探伤量399.21t，探伤合格量396.91t，合格率为99.42%。原工艺16MnR的探伤合格率为83.41%。16MnR不加钛的探伤合格率能显著提高，是因为：①真空度高，保持时间长，钢中的氢得到充分的去除，脱氢率为42.0%～59.4%；②钢中不加钛后，减弱了对钢中氢的吸附，有利于氢向外扩散达到去氢的目的。5结语(1)对于16MnR，控制钢中AlT含量和不加钛的工艺是可行的。16MnR的钢板的表面质量和探伤合格率都能明显提高。(2)对小于40mm的16MnR厚板，取消加钛后，只要严格控制硫、磷含量和过热度，AlT含量控制在0.010%～0.015%范围内，正火或是热轧，性能都能满足要求(对铝含量不要求的钢种，AlT应控制在0.010%～0.020%，对AlT有要求的钢种(AlT≥0.020%)，AlT含量应控制在0.020%～0.030%。(3)改进工艺后，裂纹废品减少，16MnR的废品率由27.779%下降到0.23%；探伤合格率由83.41%提高到99.42%，从而减少了因裂纹影响定尺不合格或探伤不合格而改计划外的数量。钢材的计划内、外差价约1000元/t，从而可为公司创造出可观的经济效益。就节约铝钛来说，可降低炼钢成本9元/t。参考文献1胡德志.舞钢大型板坯连铸技术攻关体会.宽厚板，1996，(3)：1～4.2乔学亮，胡镇华，崔昆.高温脆性的研究进展.钢铁，1992，(11)：59～63.3刘兴乾.钢中的微量钛.钢铁钒钛，1986，(3)：95～103.4许洪新，李文卿，孙继跃.氮含量和微量钛对20CrMoB钢淬透性的影响.钢铁，1993，28(5)：44～48.5鞠幼华.钢的热工工艺与坯材表面裂纹.钢铁，1993，28(12)：61～64.6李静媛，李平，章为夷.夹杂物与钢的断裂.特殊钢，1986，(5)：1～10.7WolfMM.评价新钢种裂纹敏感性的方法.第一届欧洲连铸会议译文集.1991，