專利名稱：采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法
技術領域：
本發明屬于改善鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的技術領域，更具體地說，涉及一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，通過施加一低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯微觀組織和高溫力學性能，本發明尤其適用于易產生鑄坯角部裂紋、熱送(紅送)裂紋的鋼種。
背景技術：
在20世紀90年代各國相繼實施的超級鋼研究計劃或新一代鋼鐵材料研究計劃 中，微合金元素的碳氮化物被廣泛應用于調節形變奧氏體再結晶行為和阻止晶粒長大，起到提高鋼材強度和韌性的作用。微合金化技術現在正被用于更加廣泛的領域，如中碳非調質鋼、重軌鋼、工具鋼等。而隨著微合金鋼的產量大幅提高(翁宇慶，楊才福，尚成嘉.低合金鋼在中國的發展現狀與趨勢.鋼鐵，2011，46(9) : 1-10)，微合金鋼連鑄坯頻繁出現的缺陷越來越被關注，尤其是含鈮微合金鋼。近年來，國內外冶金工作者將研究的焦點集中在NbCN對微合金鋼鑄坯高溫延塑性的影響上(朱正海.連鑄、輸送、加熱過程微合金鋼中第二相析出與固溶行為研究.北京鋼鐵研究總院，2010)。雖然在軋制過程中，NbCN的析出行為對提高鋼材的強度和韌性具有非常有益的作用。但是，在連鑄過程中，當鑄坯微觀組織發生奧氏體Y —鐵素體a相變時，由于NbCN在a相中的溶度積遠小于在Y相中，導致NbCN沿、晶界的膜狀先共析a中大量析出，降低了鑄坯高溫延塑性，在鑄坯角部振痕處極易產生角部裂紋(K.Toru，
I.Yoshiki, K.Masayuki et al. Prevention of Slab Surface Transverse Crackingby Microstructure Control. ISIJ International, 2003, 43 (I I) : 1742 -1750 ；
I.Yoshiki, K. Toru, Y. Akihiro. Improvement of hot ductility in continuously caststrand by ferrite precipitation control. TETSU-TO-HAGANE, 2003, 89(10):1023-1030;朱國森，朱志遠，王彥鋒等.含鈮鋼板角部橫裂紋的控制.鋼鐵，2006，41(12) :30)。另外夏文勇、朱正海等人(夏文勇，朱正海，干勇.微合金鋼紅送裂紋形成的試驗研究.鋼鐵，2011. 46(12) :29-32)研究表明，微合金鋼的熱送裂紋也與NbCN沿、晶界的膜狀先共析a析出有關。這些問題產生的根源就在于NbCN的析出行為受到了 Y — a相變的影響。那么如果改變NbCN的析出行為并反過來影響Y — a相變，就有可能提高微合金鋼鑄坯的高溫延塑性。目前，鋼鐵廠的實際生產過程中產生的鑄坯角部裂紋和熱送裂紋，實際采用的解決方法是對于角部裂紋，一般采用鑄坯下線后人工火焰清理或切除角部的方法，該方法不但降低了生產的效率，而且提高了生產的成本；對于熱送裂紋，一般采用鑄坯冷卻后再送加熱爐加熱的方法，該方法不但影響了生產的順行，而且高溫鑄坯所含的大量熱量被浪費。現有研究中，人們對于如何干預NbCN析出行為從而改變其與Y — a相變的相互作用，研究的非常少。國外僅 Toru、Yoshiki 等(K. Toru, I. Yoshiki, K. Masayuki et al.Prevention of Slab Surface Transverse Cracking by Microstructure Control. ISIJInternational, 2003,43 (11):1742 -1750 ；I. Yoshiki, K. Toru, Y. Akihiro. Improvementof hot ductility in continuously cast strand by ferrite precipitationcontrol. TETSU-TO-HAGANE, 2003, 89 (10) : 1023-1030)進行了 這方面的研究，他們通過研究指出，改變鑄坯表面的熱履歷可以改善含Nb微合金鋼鑄坯的高溫延塑性(主要是第III脆性區)。具體過程為將鑄坯表面溫度從高溫區域以極快速率冷卻至Y — a相變點以下，由于過冷和a相的生成，NbCN在Y + a相中快速析出。再將鑄坯表面溫度在極短時間內加熱至、區域，然后溫度再次下降，高溫固溶時部分殘存的NbCN將成為a相析出的形核點，由此抑制膜狀a相沿Y相晶界生成，形成塑性較好的顯微組織。這種方法取得了較好的效果，為改善含Nb微合金鋼鑄坯的高溫延塑性提供了新思路，但因為短時間內溫度波動過于劇烈，可控性不佳，實施難度較大，容易形成新的質量 缺陷，所以尚未能大面積推廣使用。近年來，國內外的一些學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 發現(Conrad, H. Effects of electric current onsolid state phase transformations in metals. Materials Science & EngineeringA (Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing), 2000)脈沖電流對固態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。Yang Liu 認為(Yang Liu, Lei Wang, Yuchen Wang, et al. Effectsof Electropulsing Treatment on the Precipitation Behaviour of Grain BoundaryCarbides in GH3044 Alloy. Materials Science Forum, Switzerland: Trans TechPublications Ltd, 2010)脈沖電流對GH3044合金中碳化物析出是有影響的，脈沖處理改變了碳化物析出的熱力學和動力學條件，選擇合適的脈沖參數，有利于碳化物的析出，表現為開始析出溫度降低，析出相的總量增加。王建軍等(王建軍，周俐，李強等.脈沖電流對鋼凝固組織的影響.鋼鐵研究學報，2007，19 (5) :49-53)研究發現脈沖電流處理能夠提高等軸晶形核率，細化晶粒，對改善連鑄坯凝固組織具有顯著效果。此外，中國專利號ZL200810151116.X，授權公告日為2010年10月27日，發明創造名稱為一種采用高壓電脈沖改善碳鋼凝固組織的方法，該申請案的方法是在連續鑄鋼的中間包和連續鑄鋼的結晶器中或者在模鑄的鑄型中，對碳鋼凝固過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為脈沖電壓1000疒3900V，脈沖頻率0. 50Hz I. 50Hz，脈沖電容100 u F飛00 u F。該方法尤其適應于改善凝固組織中晶粒粗大，樹枝晶發達，易產生成分偏析的鋼種，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)狀態下通過酸蝕即可觀察到。且該申請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用于改善冶金過程連鑄坯的微觀組織，本發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，即在顯微鏡下當放大倍數50倍以上時觀察到的碳在a — Fe或Y — Fe中形成的固溶體,通常稱為鐵素體(a )、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概念。此外，現有技術中含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的問題急需解決，以提高含鈮鋼鑄坯質量。

發明內容
I.發明要解決的技術問題
本發明的目的在于克服現有技術中的含鈮低碳鋼在鑄坯角部振痕處極易產生角部裂紋，以及熱送(紅送)裂紋的不足，提供一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，本發明通過抑制含鈮鋼鑄坯在冷卻過程中先共析鐵素體網膜在奧氏體晶界的形成，提高鑄坯的力學性能，減少鑄坯缺陷。2.技術方案
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為
本發明的一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，是當含鈮鋼鑄坯在進入矯直區前或者鑄坯出連鑄機被切割后，對上述的含鈮鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數為脈沖電壓2 20V，脈沖電流30 120A，脈沖頻率15 40 Hz0更進一步地，對所述的含鈮鋼鑄坯施加脈沖電流時，含鈮鋼鑄坯的溫度為1000 750。。。更進一步地，所述的含鈮鋼為《 [C]〈0. 25%的含鈮低碳鋼，其中0. 01% ( w [Nb] ( 0. 40%o采用本發明的方法對含鈮鋼鑄坯施加低壓脈沖電流后，鑄坯中具體的相變過程推測如下對鑄坯進行脈沖電流處理后，促進了鑄坯中析出相NbCN的析出，當鑄坯溫度降至A3點(奧氏體/鐵素體相變點)以下，鑄坯內的微觀組織開始奧氏體Y —鐵素體a相變，之前析出的NbCN能夠在奧氏體晶粒內向鐵素體的形核提供大量的形核質點，使得鐵素體能夠在奧氏體晶粒內形核析出，改變鐵素體僅在奧氏體晶界形核析出的特點，從而抑制奧 氏體晶界的膜狀鐵素體的生成。通過這種方法可以改變含鈮低碳鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學性能，減少鑄坯的角部裂紋和熱送(紅送)裂紋。3.有益效果
采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果
(1)本發明通過在含鈮鋼鑄坯進入矯直區前或者鑄坯出連鑄機被切割后，對鑄坯施加一脈沖電流，改變了鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯的力學性能，鑄坯角部振痕處的角部裂紋減少80%以上，熱送裂紋減少90%以上，有效減少了鑄坯缺陷；
(2)本發明在實施脈沖電流處理的位置合理，不影響正常的生產，且不需要改變現有生產工藝，不需要添加合金元素，對鑄坯及設備無污染，是一項環保安全的減少鑄坯缺陷的新技術；
(3)本發明用于改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的脈沖電壓為2 20V的低壓脈沖，脈沖電壓小于36V,安全可靠,且用電量小；
(4)本發明的方法中，當含鈮鋼鑄坯的溫度為1000 750°C時施加脈沖電流，最為合適，鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的去除效果最好；
(5)本發明改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，設備簡單，投資少，且工藝簡單，操作方便。


圖I是實施例I中未經過脈沖電流處理的Q345微觀組織圖片；
圖2是實施例I中采用本發明的脈沖電流處理的Q345微觀組織圖片。
具體實施例方式為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。以下是發明人給出的實施例，需要說明的是，本發明不限于這些實施例，本發明的方法適用鋼種含鈮低碳鋼(ω [C]〈0. 25%)，其中O. 01% ( ω [Nb] ( O. 40%。使用本發明的方法以抑制奧氏體晶界先共析鐵素體膜的形成，改變鑄坯的微觀組織，提高高溫力學性能，從而減少鑄坯角部裂紋、熱送裂紋。本發明的關鍵技術要點在于脈沖電流處理的位置以及脈沖電流的參數設計。實施例I
本實施例的材料為Q345鋼(其主要化學成分為0. 099%C、0. 181%Si、I. 339%Mn、O. 011%P、0. 003%S、0. 024%Nb、0. 0048%N),首先使用中頻真空感應爐冶煉并澆鑄得到Q345成分的鑄坯，再將鑄坯切割成15X15X15mm3的小塊試樣，通過導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，當試樣溫度降至950°C時開始脈沖電流處理，具體參數為脈沖電壓5V，脈沖電流60A，脈沖頻率30Hz，當試樣溫度降至750°C時，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。為對比說明本發明用于改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的顯著效果，進行一次不采用脈沖電流處理的對比試驗。本對比例的材料為Q345鋼(其主要化學成分為O. 099%C、0. 181%Si、l. 339%Μη、0· 011%Ρ、0· 003%S、0. 024%Nb、0. 0048%N),首先使用中頻真空感應爐冶煉并澆鑄得到Q345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6°C /min的速率降溫，當溫度降至750°C時取出試樣在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，未經脈沖電流處理時，白色先共析鐵素體以膜狀的形式存在于奧氏體晶界，奧氏體晶粒內無鐵素體；經脈沖電流處理后，大部分的鐵素體是在奧氏體晶粒內析出的，并呈彌散分布。從兩者的對比可以發現，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，從而可有效改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋。實施例2
本實施例的材料為Q345鋼(其主要化學成分為0. 12%C、0. 185%Si、l. 37%Mn、0. 009%P、
0.004%S、0. 035%Nb、0. 0052%N),鑄坯斷面為 210mmX 1800mm,澆注溫度為 1535 °C，拉速為
1.lm/min。脈沖電流裝置安裝在鑄機東側，從鑄坯矯直前，沿拉坯方向安裝了六處，對鑄坯角部進行脈沖電流處理，在鑄還寬面方向延伸150mm,窄面方向延伸100mm。本實施例中的 脈沖電壓20V，脈沖電流100A，脈沖頻率20Hz。脈沖電流開始處理時，實測鑄坯角部溫度1002°C，結束處理時鑄坯角部溫度765°C。鑄坯切割后，將鑄坯東側角部(有脈沖電流處理)和西側角部(無脈沖電流處理)切割、酸洗并進行對比。結果表明東側角部的裂紋相對西側減少82%，脈沖電流處理有效減少了鑄坯角部裂紋，提高了鑄坯質量。實施例3
本實施例的基本處理方法同實施例2，不同之處在于本實施例中的脈沖電壓為2V，脈沖電流120A，脈沖頻率40 Hz，處理的效果基本同實施例2，對改善鑄坯角部裂紋具有顯著效果。實施例4
本實施例的材料為Q345鋼(其主要化學成分為0. 12%C、0. 185%Si、l. 37%Mn、0. 009%P、
0.004%S、0. 035%Nb、0. 0052%N),鑄坯斷面為 210mmX 1800mm,澆注溫度為 1535 °C，拉速為 1.lm/min。脈沖電流裝置安裝在鑄坯切割后的輸送輥道兩側，從鑄坯切割后開始，沿輥道輸送方向安裝了八處，對鑄坯寬面進行脈沖電流處理。本實施例中的脈沖電壓3V，脈沖電流70A,脈沖頻率40Hz。脈沖電流開始處理時，實測鑄坯寬面中心溫度860°C，結束處理時鑄坯寬面中心溫度755°C。鑄坯經輥道熱送進入加熱爐后進行軋制，軋后鋼板表面經檢測和統計，結果表明與無脈沖處理的熱送鑄坯所軋制的鋼板對比，鋼板表面裂紋減少94%，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量。實施例5
本實施例的基本處理方法同實施例4,不同之處在于本實施例中的脈沖電壓為20V,脈沖電流30A，脈沖頻率15Hz，處理的效果基本同實施例4，對改善鑄坯熱送(紅送)裂紋具有顯著效果。本發明的一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，通過施加低壓脈沖電流，改變含鈮低碳鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學性能，從而有效減少了鑄坯的角部裂紋和熱送(紅送)裂紋，且本發明的方法不影響正常的生產，且不需要改變現有生產工藝，不需要添加合金元素，對鑄坯及設備無污染，對人員無危害，是一項環保安全的減少鑄坯缺陷的新技術。以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的技術方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，其特征在于當含鈮鋼鑄坯在進入矯直區前或者鑄坯出連鑄機被切割后，對上述的含鈮鋼鑄坯施加ー脈沖電流，所述的脈沖電流參數為脈沖電壓2 20V，脈沖電流30 120A，脈沖頻率15 40Hz0
2.根據權利要求I所述的采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，其特征在于對所述的含鈮鋼鑄坯施加脈沖電流時，含鈮鋼鑄坯的溫度為1000 750 °C。
3.根據權利要求I或2所述的采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，其特征在干所述的含鈮鋼為《[C]〈0.25%的含鈮低碳鋼，其中O.01% く ω [Nb] く O. 40%O
全文摘要
本發明公開了一種采用低壓脈沖電流改善含鈮鋼鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的方法，屬于改善鑄坯角部裂紋和熱送裂紋的技術領域。本發明是當含鈮鋼鑄坯在進入矯直區前或者鑄坯出連鑄機被切割后，對上述的含鈮鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數為脈沖電壓2～20V，脈沖電流30～120A，脈沖頻率15～40Hz；所述的含鈮鋼為ω[C]<0.25%的含鈮低碳鋼，其中0.01%≤ω[Nb]≤0.40%。本發明通過施加低壓脈沖電流，改變了含鈮低碳鋼鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯高溫力學性能，從而有效減少了鑄坯的角部裂紋和熱送(紅送)裂紋，且本發明的方法不影響正常的生產，且不需要改變現有生產工藝，不需要添加合金元素，對鑄坯及設備無污染，對人員無危害，是一項環保安全的減少鑄坯缺陷的新技術。
文檔編號C21D10/00GK102703679SQ20121020302
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者朱正海, 韋莉 申請人:安徽工業大學