專利名稱：采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法
技術領域：
本發明屬于改善鑄坯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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，通過施加一低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮靜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熱送(紅送)裂紋的鋼種。
背景技術：
二十世紀的兩次石油危機對世界鋼鐵這一能耗大戶產生了巨大的沖擊，為了節約能源、金屬和資金，工業發達國家相繼開發了各種節能技術，帶來了很多生產工藝的變革。其中連鑄坯熱送熱裝工藝不僅可以大幅度降低能耗，縮短產品生產周期，而且能減少廠房占地面積，這一技術在節約投資、降低生產成本等方面都顯示出了巨大的優越性。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鐵路、保溫車或輥道等方式運送至加熱爐(或緩沖裝置，如板坯庫、保溫坑)，以較高溫度裝入加熱爐的操作。 近年來，隨著我國由鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉變，鋼鐵企業生產工藝不斷改進，生產成本不斷降低，但先進工藝在應用中同樣存在問題。在采用熱送熱裝工藝的過程中就不斷出現產品的質量問題，這些問題主要集中于低碳鋁鎮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此類質量問題。很多冶金學者(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優化技術，連鑄，1999. (I) : 12-16 ；)對熱送裂紋的形成機理進行了研究，研究表明低碳鋁鎮靜鋼鑄坯中氮化鋁[A1N]的析出是熱送熱裝工藝中熱送裂紋問題產生的根源，在多數低碳鋁鎮靜鋼中都有氮化鋁存在；鑄坯在經歷從奧氏體到奧氏體+鐵素體的相變過程中，氮化鋁在奧氏體晶界析出，如果此時將板坯裝人加熱爐加熱，即使板坯又經過另一相變(由奧氏體+鐵素體變為奧氏體)，但析出物仍然在奧氏體晶界上，析出物成為降低晶粒間結合力的薄弱點，晶粒的可遷移性減弱，導致微觀結構中晶粒邊界強度降低。在軋制過程中板坯表面在晶界處撕裂，產生表面裂紋。目前，鋼鐵廠對于實際生產過程中產生的低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋，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，此法會增加生產成本，若鋼種對成分要求嚴格就無法使用；②鋼水成分控制法，此法實際生產中控制難度較大，若鋼種對成分要求嚴格亦無法使用；③高溫鑄坯熱裝法，目前此法實際生產中難以實現鑄坯冷裝法，此法易于操作，目前最為常用，但降低了生產效率，且鑄坯冷卻后還要再升溫，熱量白白損耗，生產成本相對較高；⑤在線鑄坯淬火法，此法在不影響生產的情況下對鑄坯表面進行降溫，效果較好，但實際操作起來難度較大，目前只有國外幾個鋼鐵廠在應用，且因為要對鑄還表面降溫，鑄還熱量尚存在一定損耗。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 on solidstate phase transformations in metals. Materials Science & Engineering A[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。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O. 50Hz I. 50Hz，脈沖電容100 μ F飛00 μ 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概念。此外，現有技術中低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的問題急需解決，以提高鑄坯質量。

發明內容
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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯在由連鑄工序熱送至軋鋼工序時易產生熱送(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靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，本發明通過抑制低碳鋁鎮靜鋼鑄坯在冷卻過程中奧氏體晶界脆化現象，提高鑄坯的力學性能，減少鑄坯缺陷。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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，是當低碳鋁鎮靜鋼鑄坯在出連鑄機被切割后，對上述的低碳鋁鎮靜鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數為脈沖電壓21 35V，脈沖電流35 100Α，脈沖頻率20 50 Hz0更進一步地，對所述的低碳鋁鎮靜鋼鑄坯施加脈沖電流時，低碳鋁鎮靜鋼鑄坯的溫度為750 950°C。更進一步地，所述的低碳鋁鎮靜鋼為ω [c]〈0. 25%的鋁鎮靜鋼，其中O. 01% ( ω [Al] ( O. 40%ο采用本發明的方法對低碳鋁鎮靜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AlN的析出，當鑄坯溫度降至奧氏體/鐵素體相變點溫度以下，鑄坯內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。通過這種方法可以改變低碳鋁鎮靜鋼鑄坯的微觀組織，提高鑄坯高溫力學性能，減少鑄坯的熱送(紅送)裂紋。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)本發明通過在低碳鋁鎮靜鋼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，不需要對鑄坯降溫處理，對鑄坯及設備無污染，是一項環保安全的減少鑄還缺陷的新技術；
(3)本發明用于改善低碳鋁鎮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,且用電量小；
(4)本發明的方法中，當含鈮鋼鑄坯的溫度為750 950°C時施加脈沖電流，最為合適，鑄坯熱送裂紋的去除效果最好；
(5)本發明改善低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，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16Mn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16Mn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低碳鋁鎮靜鋼(ω [C]〈0. 25%)，其中O. 01% ( ω [Al] ( O. 40%。使用本發明的方法以改變鑄坯的微觀組織，提高高溫力學性能，從而減少鑄坯熱送裂紋。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16Mn鋼(其主要化學成分為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22V，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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯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16Mn鋼(其主要化學成分為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，從而可有效改善低碳鋁鎮靜鋼鑄坯的熱送裂紋。實施例2
本實施例的材料為16Mn鋼(其主要化學成分為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，從鑄坯切割后開始，沿輥道輸送方向安裝了十處，對鑄坯寬面進行脈沖電流處理。本實施例中的脈沖電壓35V，脈沖電流95A，脈沖頻率35Hz。脈沖電流開始處理時，實測鑄坯寬面中心溫度900°C，結束處理時鑄坯寬面中心溫度765°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25V,脈沖電流35A，脈沖頻率50Hz，處理的效果基本同實施例2，對改善鑄坯熱送(紅送)裂紋具有顯著效果。實施例4
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施例2，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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，通過施加低壓脈沖電流，改變低碳鋁鎮靜鋼鑄坯的微觀組織，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，不需要對鑄坯降溫處理，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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，其特征在于當低碳鋁鎮靜鋼鑄坯在出連鑄機被切割后，對上述的低碳鋁鎮靜鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數為脈沖電壓21 35V，脈沖電流35 100A，脈沖頻率20 50 Hz0
2.根據權利要求I所述的采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，其特征在于對所述的低碳鋁鎮靜鋼鑄坯施加脈沖電流時，低碳鋁鎮靜鋼鑄坯的表面中心溫度為750 950°C。
3.根據權利要求I或2所述的采用低壓脈沖電流改善低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，其特征在于所述的低碳鋁鎮靜鋼為《[C]〈0.25%的鋁鎮靜鋼，其中O.01% ≤ ω [Al] ≤ 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低碳鋁鎮靜鋼鑄坯熱送裂紋的方法，屬于改善鑄坯熱送裂紋的技術領域。本發明是當低碳鋁鎮靜鋼鑄坯在出連鑄機被切割后，對上述的低碳鋁鎮靜鋼鑄坯施加一脈沖電流，所述的脈沖電流參數為脈沖電壓21～35V，脈沖電流35～100A，脈沖頻率20～50Hz；所述的低碳鋁鎮靜鋼為ω[C]<0.25%的鋁鎮靜鋼，其中0.01%≤ω[Al]≤0.40%。本發明通過施加低壓脈沖電流，改變了低碳鋁鎮靜鋼鑄坯的微觀組織，提高了鑄坯高溫力學性能，從而有效減少了鑄坯的熱送裂紋，且本發明的方法不影響正常的生產，不需要改變現有生產工藝，不需要添加合金元素，不需要對鑄坯降溫處理，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C21D10/00GK102839277SQ201210351799
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者朱正海 申請人:安徽工業大學