金属加工时对脱方HRB400螺纹钢连铸坯进行控制轧制

对脱方HRB400螺纹钢连铸坯进行控制轧制曹志刚1，王建新2（1.新疆八一钢铁股份有限公司棒线厂，乌鲁木齐830022；2.新疆八一钢铁股份有限公司第一炼

钢厂，乌鲁木齐830022）摘要：脱方是小方坯连铸常见的质量缺陷，一般认为结晶器磨损严重，钢水在结晶器内冷却不均匀，以及二冷喷嘴状况不佳，二次冷却不均匀等是脱方的主要原因。本文分析了新疆八一钢铁股份有限公司（以下简称八钢）第一炼钢厂2#连铸机HRB400钢连铸坯脱方的过程和统计数据，得出其成因：一是HRB400钢水过热度较高，相比过热度较低的HPB300，其坯壳厚度比HPB300的薄。坯壳厚度越薄，出结晶器后液芯长度较长，铸坯就容易变形，出现脱方的几率就大。二是喷淋管不能满足均匀冷却的要求，增大铸坯脱方几率。改进措施：1.增大二次冷却强度;2.缩短弧喷淋管支管。采取上述措施后，脱方废品率大幅下降。同时，对脱方量在允差范围内的小方坯，采用控制轧制，合理控制轧制参数，改善内部组织结构。结果表明：通过控制轧制可以对脱方较轻钢坯进行纠正，最终获得较好性能。关键词：连铸坯，脱方，二次冷却强度，控制轧制一般认为［1］连铸坯脱方是因为结晶器磨损严重，钢水在结晶器内不均匀冷却所致；二冷喷嘴状况不佳，二次冷却不均匀将加剧其脱方程度。多年来，八钢第一炼钢厂2#连铸机已进行了结晶器、二冷系统等一系列的攻关改造，脱方废品率逐渐减低到目前的0.028%左右。对连铸坯脱方的攻关我们始终没有停止过。经过对2#连铸机二冷状况进行分析后，认为还是有降低的潜力可挖。本文就2#连铸机铸坯脱方影响因素做进一步分析研究，并在八钢棒线厂从控制轧制方面采取应对措施，取得了明显的效果。12#连铸机生产时脱方现象及原因分析1.1数据统计2010年对2#连铸机脱方废品量数据进行了统计分析，HRB400脱方废品率为0.317%,比HPB300钢（0.011%）高得多，详见表1。表12010年2#连铸机脱方统计钢种HRB400HPB300其它钢种合计2010年产量（t）50135.883740592.44275229.580865957.905脱方废品量（t）158.8979.60238.49脱方废品率（%）0.3170.01100.028跟踪发现：2#连铸机浇铸HRB400钢，出现脱方现象，当改成HPB300钢浇铸时，即使拉速高,脱方现象也会消失。钢水过热度对脱方的影响同样的结晶器，同样的二冷状况，为什么浇铸HRB400钢比HPB300钢容易脱方呢？作者简介：曹志刚（1968-），男，硕士，工程师； E-mail：czg6878@163.com；修订日期：2013-8-2结晶器装配时水缝宽度是人工调整的，要使结晶器各面的水缝宽度值完全相同，结晶器四面冷却完全均匀，是很难做到的。加上其它因素影响，结晶器坯壳不均匀生长是实际存在的。在这种情况下，坯壳厚度越薄，各面坯壳生长的速度差越大，坯壳厚度差异就越大，凝壳不均匀收缩时产生的应力就越大。出结晶器后，带有液芯的铸坯越容易变形，导致脱方。坯壳厚度随着钢水过热度增高而减薄[1],过热度每增加io°c,坯壳厚度减薄3%°HRB400、HPB300化学成分见表2,钢水过热度统计见表3。从表3可以明显看出，HRB400钢水过热度比HPB300的要高，其坯壳厚度比HPB300的薄，出结晶器后，带有液芯的铸坯就容易变形，出现脱方的几率就大。表2HRB400钢和HPB300钢的化学成分牌号执行标准CSiMnPSHPB300GB1499.1-2008<0.22<0.55<1.50<0.045<0.050HRB400GB1499.2-2007<0.25<0.80<1.60<0.045<0.045表3HPB300、HRB400钢钢水过热度统计表钢种液相线温度c 中包钢水温度c过热度c统计炉数范围1515-16001-83HPB30015121000平均153318范围1505-16005-95HRB40015001000平均152825冷却不均匀对脱方的影响2#连铸机生产的连铸坯有两种断面，即：150X150mm2、240X200mm2。2#连铸机的二次冷却装置是按照240X200mm2断面来设计的，换成150X150mm2断面后，应该将二冷一段侧弧喷淋管向外弧移25mm左右。但由于分水器和喷淋管固定架位置是固定的，喷淋管位置并未改变，现场职工只是将二冷一段喷淋管支管长度均相应加长,这样看似满足要求，实际上连铸坯在经过二冷一段时四面冷却不均匀，情况为：（1） 内弧、外弧喷淋管上喷嘴喷射的水能布满铸坯表面。（2） 侧弧喷淋管上的喷嘴喷射到铸坯的水面偏向内弧（距外弧有27mm左右铸坯表面喷不到水）。从严格意义来讲，2#连铸机在浇铸150X150mm2断面连铸坯时，即使喷嘴不堵塞，喷淋管不偏斜，二次冷却也是不均匀的，这就增大了铸坯脱方几率。根据以上分析,2#连铸机铸坯脱方有两方面的原因:一是HRB400钢水过热度比HPB300的要高，其坯壳厚度比HPB300的薄，坯壳厚度越薄，出结晶器后，带有液芯的铸坯就容易变形，出现脱方的几率越大。二是喷淋管不能满足150X150mm2断面连铸坯均匀冷却的要求，增大了铸坯脱方几率。我们经过分析，认为二冷喷淋管调整对铸坯脱方有明显抑制作用。因此在连铸上确定的改进措施为：增大二次冷却强度，将HRB400钢的比给水量由1.72L/Kg增加到1.82L/Kg；侧弧喷淋管支管长度由170mm缩短到125mm。随后进行扩大生产。连铸改进后的效果经过一年生产，铸坯脱方废品量大幅减低，脱方废品率由前一年的0.028%减低到2011年0.0019%左右，其中，HRB400钢由0.317%减低到2011年0.0047%左右，HPB300钢脱方废品为零，见表4。表42#连铸机喷淋管调整后脱方废品统计钢种HRB400HPB300其它钢种合计2011年产量（t）350066368313143422861801脱方废品量（t）16.50016.5脱方废品率（%）0.00470.00192脱方坯的控制轧制2.1问题引入根据YB2011-1983连续铸钢方坯和矩形坯规定，150X150方坯其断面对角线之差不大于7mm，按此规定，连铸坯断面对角线之差大于7mm，就会判废。连铸坯产生脱方，其断面对角线之差大于7mm，果真不能轧制了吗？我们认为，如果钢坯可以稳固地进入加热炉并顺利加热，出炉后满足轧制咬入条件进行轧制，则通过控制轧制可以对脱方较轻钢坯进行纠正，从而变废为宝，实现正真意义上的改进，最大程度地挽回企业损失。2.2对HRB400小方坯的控制轧制所谓控制轧制是指通过对金属加热、轧制和冷却的合理控制，使塑性形变与固态相变过程相结合，以获得良好的显微组织，使钢材具有优异的综合性能的轧制技术［2］。根据常用螺纹钢的结构特性和生产实际情况，采用了等温成形的控制轧制方法。对于HRB400螺纹钢，即把钢加热到奥氏体化温度1050〜1150°C，然后冷却至亚稳定奥氏体温度区（950〜1050°C）,然后在奥氏体-珠光体的转变过程中（850〜1000C）进行轧制变形。在轧制过程中较一般轧制工艺增加粗轧段的压下量，坯料断面尽快趋于标准方形，最后形成的铁素体母体带有很弥散的碳化物颗粒的组织，而代替了通常的珠光体组织。轧后的冷却速度控制对钢材的强韧性能有明显的影响。冷却速度过小，铁素体晶粒粗大，与此相对应屈服极限较小和脆性转变温度较高［3］。提高轧后冷却速度会使铁素体晶粒变细，从而可使钢的屈服极限增大和脆性转变温度下降。但也要注意适度，因为过高的冷却速度也会导致贝氏体的出现。对HRB400螺纹钢轧后的控制冷却工艺大体包括三个阶段。（1）第一阶段是HRB400螺纹钢表面淬成马氏体阶段。螺纹钢离开精轧机后，其温度仍在Ac3c3以上［4］。通过穿水高效冷却装置进行快速冷却，冷却速度足以使表面温度低于马氏体开始转变的临界温度（MJ,发生奥氏体向马氏体的转变。表层即为马氏体及残余奥氏体组织，心部由于温度过高仍处在奥氏体状态。表面马氏体层的厚度决定于轧后强制冷却的程度。（2,第二阶段是自回火阶段【5】。螺纹钢上冷床进行空冷时，由于第一阶段快冷造成螺纹钢截面上各点的温差较大，心部的热量将向表面层扩散传导，形成马氏体的自回火。根据自回火温度的高低，可以得到回火马氏体或回火索氏体，表层的残余奥氏体转变为马氏体。靠近表面层的过渡层，根据钢的成分和冷却条件的不同，奥氏体将转变成贝氏体、屈氏体或索氏体。心部仍处在奥氏体状态。这一段时间的长短取决于螺纹钢直径的大小和前一段的冷却条件。（3,第三阶段为螺纹钢心部的奥氏体转变阶段。螺纹钢在冷床上空冷一段时间后，断面上的温度趋于一致，并同时降温，达到奥氏体向铁素体转变的温度，开始相转变。根据钢的化学成分、螺纹钢直径大小，以及前阶段的冷却效果，心部将转变成铁素体和珠光体或索氏体或贝氏体组织。2.3实际操作的HRB400螺纹钢控制轧制工艺实际操作中，我们对HRB400螺纹钢控制轧制中常轧的规格有018、20、22、25mm钢筋直条，控冷温度按照强控冷执行，采用两段水箱冷却，开轧温度控制在1020〜1100°C范围内，3#剪（倍尺剪）剪前的温度350〜550C,上床温度控制在740C以下。轧后穿水装置压力1.3〜1.8MPa，流量600〜1000m3/h。轧制速度（K1出口速度）控制在10m/s左右，连续轧制时出钢节奏1s/坯左右。切分轧制时必须保证每根红条的温度落差不大于10C。取样：在冷床旁，每轧7根坯料至少要取一根试样测量成品尺寸，检查表面质量。当换钢种换规格轧制时，必须在成品稳定后立即取样，交检验人员做性能检测，生产人员及时获取性能信息。当性能异常时，生产人员及时取样通知检验人员做性能比对。当连续出现两批强屈比小于1.25或连续出现两批屈屈比大于1.3时，生产人员必须调整控冷温度，温度提高20—40C，立即取样做性能判定。如果屈强比、屈屈比未得到改善，继续将温度提高20—40C，并立即取样做性能判定，通知相关管理人员，同时后续占时停轧。当正常轧制过程中，连续出现两批屈服强度接近预警线420Mpa时，生产人员必须将控冷温度降低20—40C。性能不合批次（强屈比低、屈屈比高、屈服预警等异常批次,通报流程：正常状态下：理化实验员通知检验人员，检验人员通知生产人员；非正常状态下：理化实验员通知检验人员，检验人员通知生产人员，生产人员通知作业长、质量工，作业长通知主任工，主任工通知厂领导。2.4控制轧制的效果通过多次试验，脱方较轻的钢坯（断面对角线之差大于7mm）可以稳固地进入加热炉并顺利加热，出炉后满足轧制咬入条件进行轧制。控制的好的话，断面对角线之差不超过15mm的150小方坯都可以进行轧制。生产实践证明，控制轧制过程中在粗轧阶段增大的变形量已足以纠正小方坯的脱方缺陷。而且控制轧制对合金成分Si、Mn、V等偏下限或偏低时更具有较好效果。相对于原来普通空冷轧制工艺，以较少的合金加入量就可以轧制出满足国标GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢热轧带肋钢筋》要求的335E、400E、500E等级别的合格螺纹钢。这在当今钢铁行业疲软，钢铁企业竞争激烈的大环境下，具有重要的现实意义。我们做过大量统计，经控制轧制轧出的钢材，其强度与韧性等综合性能与常规的热轧钢材几乎无异(见表5)。表5HRB400脱方钢坯经控制轧制和一般轧制后的机械性能比较R(MPa)elR(MPa)mA(%)/(%)a(Nm/cm2)KHRC等温轧制控制工艺三420三55020~2425~3068~70~33一般工艺三400三54018~2325~3067~70~32在控制轧制中，所采用的变形温度要比常规轧制低，而压下量通常又要大些，加大了轧机负荷，这就对轧机设备在强度上要有更高的要求。因此，在制定控制轧制的各种工艺参数时，必须对设备条件这一点加以考虑。4结论2#连铸机铸坯脱方有两方面的原因：一是HRB400钢水过热度比HPB300的要高，其坯壳厚度比HPB300的薄，坯壳厚度越薄，出结晶器后，带有液芯的铸坯就容易变形，出现脱方的几率就大，导致废品。二是二冷喷淋管不能满足150X150mm2断面连铸坯均匀冷却的要求，增大了铸坯脱方几率。适量提高HRB400钢二冷冷却强度，将HRB400钢的比给水量由1.72L/Kg增加到1.82L/Kg,合理调整二冷各段水分配比例，优化了二冷配水制度；将侧弧喷淋管支管长度由170mm缩短到125mm,使连铸坯在二次冷却时冷却趋于均匀。采取以上措施后，2#连铸机脱方废品率由2010年的0.028%逐渐减低到2011年0.0019%左右，其中，HRB400钢由2010年的0.317%逐渐减低到2011年0.0047%左右，HPB300钢脱方废品几乎为零。对断面对角线之差大于7mm的脱方小方坯，采用控制轧制，通过调整轧后穿水装置的水压、流量，将上床温度控制在合适范围以内，从而得到性能满足国标要求的钢材