管线钢板坯连铸典型中间裂纹及中心偏析的控制方法

技术领域

本发明属于炼钢连铸技术领域，特别涉及一种管线钢板坯连铸典型中间裂纹 及中心偏析的控制方法。能有效降低一种三角区附近中间裂纹缺陷的发生率，显 著改善中心偏析控制水平，提高铸坯的内部质量。

背景技术

管线钢主要用于制造输送石油、天然气的管道，其工作环境通常比较恶劣，管 道所承受的压力很大，运输线路长，维护困难，因此，对管线钢的质量要求非常严 格。其性能要求主要有：高强度、高韧性、优良的抗氢致开裂(HIC)和抗应力腐蚀 开裂(SCC)性能及良好的焊接性能。铸坯内部裂纹及中心偏析是严重恶化抗HIC 性能的缺陷之一，因此必须严格控制。

在实际生产中发现，管线钢铸坯中心偏析级别高(C类1.5以上)等缺陷比例较 高，且三角区附近中间裂纹时有发生，亟待提出其解决方法。

本专利关注的典型“中间裂纹”缺陷主要分布于三角区附近，距离窄面约200mm， 多发生于内弧侧，垂直于铸坯宽面，裂纹起始位置及终止位置分别距离铸坯表面约 90、105mm。根据数值模拟分析，铸坯三角区附近凝固前沿存在最大主应变峰值区 域，该峰值区域对应于扇形段辊列与铸坯接触位置处。在连铸拉速、冷却工艺、压 下工艺、设备状态等因素控制不合理时，铸坯压下扇形段可能与矫直区重叠，在矫 直力、压下力、其他因辊子变形或不对中导致的机械力、鼓肚力的综合作用下，在 上述三角区附近靠近铸坯宽度中心一侧易于出现所述中间裂纹。与该缺陷伴生的内 部质量缺陷为中心偏析问题，在上述的复杂设备条件下，难以保证目标压下工艺的 实际控制效果，极有可能导致铸坯内部质量中心偏析控制不佳。

影响动态轻压下工艺的关键因素有：压下位置准确性、轻压下量大小、设备 控制精度。首先、为验证铸机在线热跟踪模型准确性，进行了射钉试验，结果表 明实际凝固坯壳厚度与模型计算结果存在一定的偏差，这必然导致压下位置不准， 进而引起中心偏析改善不佳；其次、不同钢种的轻压下量可根据其凝固收缩特性 计算得到，但受到坯壳抵抗变形能力的影响，相同压下量条件下，不同钢种铸坯 的压下效率不尽相同，因此需根据典型钢种适当调整其总压下量；最后，影响压 下效果的关键因素即为扇形段的辊缝控制精度，在扇形段在线后期的实际辊缝偏 差基本处于明显正偏差，且达到+0.5～1.5mm，严重影响轻压下效果。

首钢是国内主要的管线钢生产企业之一，不断追求产品质量的持续提升。首 钢技术人员通过自主技术开发，形成了一整套适用于板坯生产管线钢内部质量控 制的连铸工艺，提出了典型中间裂纹及中心偏析的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管线钢板坯连铸典型中间裂纹及中心偏析的控制 方法。解决了发挥轻压工艺，减小铸坯中间裂纹的同时显著提高铸坯中心偏析控 制水平的问题。实现了有效降低一种三角区附近中间裂纹缺陷的发生率，显著改 善中心偏析控制水平，提高铸坯的内部质量,增强产品的竞争力。

一种管线钢板坯连铸典型中间裂纹及中心偏析的控制方法，具体步骤及参数如 下：

1、对铸机辊缝进行离线标定及在线检测，避免扇形段在线后期的正偏差。保证 辊缝控制精度在±0.2mm,具体标定步骤如下：

1)扇形段已按照维修要求进行辊列对弧、对中等工作，保证液压系统正常和位 移传感器线路连接正确，位移传感器信号及采集系统通讯状态良好等，具备上线条 件。

2)先选择手动模式将扇形段压在定距块上，应用手持辊缝仪在距离辊边100mm 的规定位置测量四个辊缝值。

3)读取当前状态下四个油缸内位移传感器的示数，然后与之相对应位置的辊缝 实际测量值作偏差计算来确定补偿值。

4)转自动模式，设定一个合理的辊缝值。夹紧缸自动调节到位后，应用手持辊 缝仪在距离辊边100mm的规定位置测量四个辊缝值；如果位移传感器示数与辊缝仪 测量值的误差在0～0.1mm范围内，标定完成；若超出误差范围，则需重新修改补 偿值，再重复上面的操作，直到辊缝调到误差范围内为止。

2、按照碳当量公式进行钢种组划分，增强钢种与热物性参数的匹配性，提高热 跟踪准确性，避免在0.95～1.0的高固相率范围内大压下。

[C％]eq＝[C％]+0.02*[Mn％]+0.04*[Ni％]-0.1*[Si％]-0.04*[Cr％]-0.1[Mo％] -0.7*[S％]

低碳钢:[C％]eq<0.08；包晶钢:0.08<[C％]eq<0.15；中碳钢:0.15<[C％]eq <0.25；高碳钢:[C％]eq>0.25。

3、严格控制过热度，范围为15～25℃，增加等轴晶比例，范围为30～40％，避 免发达柱状晶，以减少因枝晶间溶质元素的偏聚带来的热塑性降低。

4、调整拉速与二冷工艺，避免在矫直区进行压下,断面为230mm*1200～1750 mm，拉速为1.1～1.3m/min，二冷水比水量为0.55～0.85L/kg。

5、优化铸坯凝固过程中基础辊缝控制：铸坯中心处于液相区、两相区及固相区 时根据凝固收缩规律采用合适的基础辊缝锥度，中心处于液相区时基础辊缝锥度范 围为0.15～0.25mm/m,中心处于糊状区时基础辊缝锥度范围为0.10～0.35mm/m,中 心处于固相区时基础辊缝锥度范围为0.10～0.15mm/m。

6、优化轻压下量，对于230mm厚板坯合适的总压下量范围介于2.5～5.5mm之 间，凝固末端单个扇形段压量不超过2.5mm。

7、优化轻压量分配，根据连铸工艺尽量选择2～3段压下，不同扇形段之间压 下分配避免大的压下量差异，单个扇形段最大压下率控制在1.0～1.2mm/m。

本发明的优点在于：方法简单合理，经济高效，利用本发明可以更好的发挥 轻压工艺的作用，减小铸坯三角区附近中间裂纹缺陷发生率的同时，显著改善中 心偏析控制水平，提高铸坯的内部质量，增强产品的竞争力。

具体实施方式

实施例1

对典型管线钢铸坯中间裂纹进行扫描电镜能谱分析，在裂纹处有明显Nb、S等 元素偏析，导致热塑性降低。在复杂的受力状态下，当地的最大主应变超过当地临 界应变，进而导致上述中间裂纹的发生。因此，为减小三角区附近凝固前沿的应力 应变，制定的连铸工艺路线如下表2所示，提高拉速至1.2m/min，采用高碳钢水表 进行强冷控制，采用低碳钢压下模式，铸机压下扇形段为8、9两段。跟踪铸坯压下 区间范围内扇形段内油缸位移传感器历史数据，压下区间内两扇形段压下量更均匀， 压下率分别为1.2mm/m、0.7mm/m。，消除了上述三角区附近中间裂纹，效果良好。

表2连铸工艺路线

实施例2

为保证轻压下工艺的设备条件，严格要求扇形段的离线检修标定及在先检测， 保证辊缝控制精度在±0.2mm。依据该铸机压下控制原理，增加理论压下区间长度 至4.5m，修改固相线温度至1450℃。保证了压下位置的准确性，并减小单个扇形 段内的最大压下率，铸机基础辊缝曲线为：中心液相区0.39，中心两相区0.21， 中心凝固区0.11；铸机压下表曲线为三段压下，压下率分别为0.7mm/m、1.0mm/m、 0.25mm/m。跟踪铸坯内部质量，中心偏析，C类≤1.0级别比例大幅度提高，从45％ 提高至87％。

表3连铸工艺路线