專利名稱：采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于改善鑄坯熱送裂紋的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，通過(guò)施加一低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯微觀組織和高溫力學(xué)性能，本發(fā)明尤其適用于易產(chǎn)生鑄坯熱送(紅送)裂紋的鋼種。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)的兩次石油危機(jī)對(duì)世界鋼鐵這一能耗大戶產(chǎn)生了巨大的沖擊，為了節(jié)約能源、金屬和資金，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開發(fā)了各種節(jié)能技術(shù)，帶來(lái)了很多生產(chǎn)工藝的變革。其中連鑄坯熱送熱裝工藝不僅可以大幅度降低能耗，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，而且能減少?gòu)S房占地面積，這一技術(shù)在節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本等方面都顯示出了巨大的優(yōu)越性。所謂連鑄坯熱送熱裝工藝是指將連鑄切割后的鑄坯立即通過(guò)鐵路、保溫車或輥道等方式運(yùn)送至加熱爐(或緩沖裝置，如板坯庫(kù)、保溫坑)，以較高溫度裝入加熱爐的操作。 近年來(lái)，隨著我國(guó)由鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，生產(chǎn)成本不斷降低，但先進(jìn)工藝在應(yīng)用中同樣存在問(wèn)題。在采用熱送熱裝工藝的過(guò)程中就不斷出現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，這些問(wèn)題主要集中于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的熱送裂紋上，而采用成本較高的原冷裝工藝并未出現(xiàn)此類質(zhì)量問(wèn)題。很多冶金學(xué)者(高新軍，王三忠，王洪順，板坯的熱脆性與淬火處理，連鑄，2005 (6) :25-29 ;張樹堂，連鑄坯熱送熱裝系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，連鑄，1999. (I) : 12-16 ；)對(duì)熱送裂紋的形成機(jī)理進(jìn)行了研究，研究表明低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯中氮化鋁[A1N]的析出是熱送熱裝工藝中熱送裂紋問(wèn)題產(chǎn)生的根源，在多數(shù)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼中都有氮化鋁存在；鑄坯在經(jīng)歷從奧氏體到奧氏體+鐵素體的相變過(guò)程中，氮化鋁在奧氏體晶界析出，如果此時(shí)將板坯裝人加熱爐加熱，即使板坯又經(jīng)過(guò)另一相變(由奧氏體+鐵素體變?yōu)閵W氏體)，但析出物仍然在奧氏體晶界上，析出物成為降低晶粒間結(jié)合力的薄弱點(diǎn)，晶粒的可遷移性減弱，導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)中晶粒邊界強(qiáng)度降低。在軋制過(guò)程中板坯表面在晶界處撕裂，產(chǎn)生表面裂紋。目前，鋼鐵廠對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋，采用的解決方法主要有加入合金法、鋼水成分控制法、高溫鑄坯熱裝法、鑄坯冷裝法、鑄坯在線淬火法。但是這些方法也都有一定的局限性①加入合金法，此法會(huì)增加生產(chǎn)成本，若鋼種對(duì)成分要求嚴(yán)格就無(wú)法使用；②鋼水成分控制法，此法實(shí)際生產(chǎn)中控制難度較大，若鋼種對(duì)成分要求嚴(yán)格亦無(wú)法使用；③高溫鑄坯熱裝法，目前此法實(shí)際生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)鑄坯冷裝法，此法易于操作，目前最為常用，但降低了生產(chǎn)效率，且鑄坯冷卻后還要再升溫，熱量白白損耗，生產(chǎn)成本相對(duì)較高；⑤在線鑄坯淬火法，此法在不影響生產(chǎn)的情況下對(duì)鑄坯表面進(jìn)行降溫，效果較好，但實(shí)際操作起來(lái)難度較大，目前只有國(guó)外幾個(gè)鋼鐵廠在應(yīng)用，且因?yàn)橐獙?duì)鑄還表面降溫，鑄還熱量尚存在一定損耗。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的一些學(xué)者嘗試在脈沖電流作用下改善固相金屬材料的組織，并取得了一些成果。Conrad. H 發(fā)現(xiàn)(Conrad, H. Effects of electric current on solidstate phase transformations in metals. Materials Science & Engineering A[Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing], 2000)脈沖電流對(duì)固態(tài)金屬中的析出相的析出行為具有顯著影響，主要的影響因素為材料類型、電流密度、電流頻率。王建軍等(王建軍，周俐，李強(qiáng)等.脈沖電流對(duì)鋼凝固組織的影響.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2007, 19 (5) :49-53)研究發(fā)現(xiàn)脈沖電流處理能夠提高等軸晶形核率，細(xì)化晶粒，對(duì)改善連鑄坯凝固組織具有顯著效果。此外，中國(guó)專利號(hào)ZL200810151116.X，授權(quán)公告日為2010年10月27日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種采用高壓電脈沖改善碳鋼凝固組織的方法，該申請(qǐng)案的方法是在連續(xù)鑄鋼的中間包和連續(xù)鑄鋼的結(jié)晶器中或者在模鑄的鑄型中，對(duì)碳鋼凝固過(guò)程或凝固前施加一選定的高壓電脈沖，所述高壓脈沖的參數(shù)為脈沖電壓1000疒3900V，脈沖頻率O. 50Hz I. 50Hz，脈沖電容100 μ F飛00 μ F。該方法尤其適應(yīng)于改善凝固組織中晶粒粗大，樹枝晶發(fā)達(dá)，易產(chǎn)生成分偏析的鋼種，以增加金屬凝固的形核率，減少樹枝晶，增加等軸晶，減少凝固組織的內(nèi)裂紋、縮孔和疏松，改善成份偏析。上述方法是采用脈沖電流改善凝固組織，其所稱的凝固組織指鋼水在凝固過(guò)程中形成的樹枝晶、等軸晶、疏松和偏析等宏觀組織形貌，在低倍(〈10倍)狀態(tài)下通過(guò)酸蝕即可觀察到。且該申請(qǐng)案中采用的脈沖電壓為1000疒3900V的高 壓電脈沖，電力消耗較大。但至今，尚未有研究者將脈沖電流處理應(yīng)用于改善冶金過(guò)程連鑄坯的微觀組織，本發(fā)明中所稱的微觀組織指鋼水凝固之后隨溫度變化的固相微觀組織，即在顯微鏡下當(dāng)放大倍數(shù)50倍以上時(shí)觀察到的碳在α — Fe或Y — Fe中形成的固溶體,通常稱為鐵素體(α )、奧氏體(Y )。特別指出的是鑄坯的微觀組織與鑄坯的凝固組織是完全不同的兩個(gè)概念。此外，現(xiàn)有技術(shù)中低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的問(wèn)題急需解決，以提高鑄坯質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯在由連鑄工序熱送至軋鋼工序時(shí)易產(chǎn)生熱送(紅送)裂紋的不足，提供一種采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，本發(fā)明通過(guò)抑制低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯在冷卻過(guò)程中奧氏體晶界脆化現(xiàn)象，提高鑄坯的力學(xué)性能，減少鑄坯缺陷。技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
本發(fā)明的一種采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，是當(dāng)?shù)吞间X鎮(zhèn)靜鋼鑄坯在出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)上述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數(shù)為脈沖電壓21 35V，脈沖電流35 100Α，脈沖頻率20 50 Hz0更進(jìn)一步地，對(duì)所述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯施加脈沖電流時(shí)，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的溫度為750 950°C。更進(jìn)一步地，所述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為ω [c]〈0. 25%的鋁鎮(zhèn)靜鋼，其中O. 01% ( ω [Al] ( O. 40%ο采用本發(fā)明的方法對(duì)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯施加低壓脈沖電流后，鑄坯中具體的相變過(guò)程推測(cè)如下對(duì)鑄坯進(jìn)行脈沖電流處理后，促進(jìn)了鑄坯中析出相AlN的析出，當(dāng)鑄坯溫度降至奧氏體/鐵素體相變點(diǎn)溫度以下，鑄坯內(nèi)的微觀組織開始奧氏體一鐵素體相變，之前析出的AlN能夠在奧氏體晶粒內(nèi)向鐵素體的形核提供大量的形核質(zhì)點(diǎn)，使得鐵素體能夠在奧氏體晶粒內(nèi)形核析出，改變鐵素體僅在奧氏體晶界形核析出的特點(diǎn)。通過(guò)這種方法可以改變低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學(xué)性能，減少鑄坯的熱送(紅送)裂紋。有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果
(1)本發(fā)明通過(guò)在低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)鑄坯施加一脈沖電流，改變了鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯的力學(xué)性能，鑄坯熱送裂紋減少90%以上，有效減少了鑄坯缺陷；
(2)本發(fā)明在實(shí)施脈沖電流處理的位置合理，不影響正常的生產(chǎn)，且不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，不需要添加合金元素，不需要對(duì)鑄坯降溫處理，對(duì)鑄坯及設(shè)備無(wú)污染，是一項(xiàng)環(huán)保安全的減少鑄還缺陷的新技術(shù)；
(3)本發(fā)明用于改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的脈沖電壓為21 35V的低壓脈沖， 脈沖電壓小于36V,安全可靠,且用電量??；
(4)本發(fā)明的方法中，當(dāng)含鈮鋼鑄坯的溫度為750 950°C時(shí)施加脈沖電流，最為合適，鑄坯熱送裂紋的去除效果最好；
(5)本發(fā)明改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，且工藝簡(jiǎn)單，操作方便。


圖I是實(shí)施例I中未經(jīng)過(guò)脈沖電流處理的16Mn微觀組織圖片；
圖2是實(shí)施例I中采用本發(fā)明的脈沖電流處理的16Mn微觀組織圖片。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，本發(fā)明的方法適用鋼種低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼(ω [C]〈0. 25%)，其中O. 01% ( ω [Al] ( O. 40%。使用本發(fā)明的方法以改變鑄坯的微觀組織，提高高溫力學(xué)性能，從而減少鑄坯熱送裂紋。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)在于脈沖電流處理的位置以及脈沖電流的參數(shù)設(shè)計(jì)。實(shí)施例I
本實(shí)施例的材料為16Mn鋼(其主要化學(xué)成分為0. 102%C、0. 384%Si、I. 40%Mn、
O.019%P、0. 007%S、0. 031%A1、0. 0055%N),首先使用中頻真空感應(yīng)爐冶煉并澆鑄得到16Mn成分的鑄坯，再將鑄坯切割成小塊試樣，通過(guò)導(dǎo)線連接至脈沖電源裝置，然后把試樣放入箱式電阻爐，在1200°C保溫Ih后，以6°C /min的速率降溫，當(dāng)試樣溫度降至950°C時(shí)開始脈沖電流處理，具體參數(shù)為脈沖電壓22V，脈沖電流60A，脈沖頻率30Hz，當(dāng)試樣溫度降至750°C時(shí)，停止脈沖電流處理，并取出試樣在NaCl濃度10%的水溶液中淬火。其微觀組織如圖2所示。為對(duì)比說(shuō)明本發(fā)明用于改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的顯著效果，進(jìn)行一次不采用脈沖電流處理的對(duì)比試驗(yàn)。本對(duì)比例的材料為16Mn鋼(其主要化學(xué)成分為0. 102%C、
O.384%Si、l. 40%Μη、0· 019%P、0. 007%S、0. 031%Α1、0· 0055%Ν),首先使用中頻真空感應(yīng)爐冶煉并澆鑄得到16Mn成分的鑄坯，再將鑄坯切割成小塊試樣，然后把試樣放入箱式電阻爐，在1200°C保溫Ih后，以6V Mn的速率降溫，當(dāng)溫度降至750°C時(shí)取出試樣在NaCl濃度10%的水溶液中淬火。其微觀組織如圖I所示。由圖I和圖2可以清楚的看出，未經(jīng)脈沖電流處理時(shí)，白色先共析鐵素體以膜狀的形式存在于奧氏體晶界，奧氏體晶粒內(nèi)無(wú)鐵素體；經(jīng)脈沖電流處理后，大部分的鐵素體是在奧氏體晶粒內(nèi)析出的，并呈彌散分布。從兩者的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，脈沖電流處理有效的改變了絕大部分的先共析鐵素體的形核位置，抑制了奧氏體晶界膜狀先共析鐵素體的形成，改變了鑄坯的微觀組織，從而可有效改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的熱送裂紋。實(shí)施例2
本實(shí)施例的材料為16Mn鋼(其主要化學(xué)成分為0. 13%C、0. 165%Si、l. 42%Mn、0. 008%P、
0.005%S、0. 045%Α1、0· 0045%N),鑄坯斷面為 230mmX 2100mm,澆注溫度為 1542 °C，拉速為 1.15m/min。脈沖電流裝置安裝在鑄坯切割后的輸送輥道兩側(cè)，從鑄坯切割后開始，沿輥道輸送方向安裝了十處，對(duì)鑄坯寬面進(jìn)行脈沖電流處理。本實(shí)施例中的脈沖電壓35V，脈沖電流95A，脈沖頻率35Hz。脈沖電流開始處理時(shí)，實(shí)測(cè)鑄坯寬面中心溫度900°C，結(jié)束處理時(shí)鑄坯寬面中心溫度765°C。鑄坯經(jīng)輥道熱送進(jìn)入加熱爐后進(jìn)行軋制，軋后鋼板表面經(jīng)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明與無(wú)脈沖處理的熱送鑄坯所軋制的鋼板對(duì)比，鋼板表面裂紋減少95%，脈沖電流處理有效減少了鑄坯表面熱送(紅送)裂紋，提高了鑄坯和鋼板質(zhì)量。實(shí)施例3
本實(shí)施例的基本處理方法同實(shí)施例2,不同之處在于本實(shí)施例中的脈沖電壓為25V,脈沖電流35A，脈沖頻率50Hz，處理的效果基本同實(shí)施例2，對(duì)改善鑄坯熱送(紅送)裂紋具有顯著效果。實(shí)施例4
本實(shí)施例的基本處理方法同實(shí)施例2，不同之處在于本實(shí)施例中的鑄坯斷面為220mmX 260mm，脈沖電壓為21V，脈沖電流100A，脈沖頻率20Hz，處理的效果基本同實(shí)施例2，對(duì)改善鑄坯熱送(紅送)裂紋具有顯著效果。本發(fā)明的一種采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，通過(guò)施加低壓脈沖電流，改變低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學(xué)性能，從而有效減少了鑄坯的熱送(紅送)裂紋，且本發(fā)明的方法不影響正常的生產(chǎn)，且不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，不需要添加合金元素，不需要對(duì)鑄坯降溫處理，對(duì)鑄坯及設(shè)備無(wú)污染，對(duì)人員無(wú)危害，是一項(xiàng)環(huán)保安全的減少鑄坯缺陷的新技術(shù)。以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，其特征在于當(dāng)?shù)吞间X鎮(zhèn)靜鋼鑄坯在出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)上述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數(shù)為脈沖電壓21 35V，脈沖電流35 100A，脈沖頻率20 50 Hz0
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，其特征在于對(duì)所述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯施加脈沖電流時(shí)，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的表面中心溫度為750 950°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，其特征在于所述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為《[C]〈0.25%的鋁鎮(zhèn)靜鋼，其中O.01% ≤ ω [Al] ≤ O. 40%O
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，屬于改善鑄坯熱送裂紋的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是當(dāng)?shù)吞间X鎮(zhèn)靜鋼鑄坯在出連鑄機(jī)被切割后，對(duì)上述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數(shù)為脈沖電壓21～35V，脈沖電流35～100A，脈沖頻率20～50Hz；所述的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為ω[C]<0.25%的鋁鎮(zhèn)靜鋼，其中0.01%≤ω[Al]≤0.40%。本發(fā)明通過(guò)施加低壓脈沖電流，改變了低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯高溫力學(xué)性能，從而有效減少了鑄坯的熱送裂紋，且本發(fā)明的方法不影響正常的生產(chǎn)，不需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，不需要添加合金元素，不需要對(duì)鑄坯降溫處理，對(duì)鑄坯及設(shè)備無(wú)污染，對(duì)人員無(wú)危害，是一項(xiàng)環(huán)保安全的減少鑄坯缺陷的新技術(shù)。
文檔編號(hào)C21D10/00GK102839277SQ201210351799
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者朱正海 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)