X70管線鋼鑄坯輕壓下控制模式的工藝優(yōu)化

郭鵬，丁寅，陳剛，赫忠華

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

1 前言

X70管線鋼是石油、天然氣長(zhǎng)距離輸送所用管線鋼中使用量最多的鋼級(jí)，對(duì)軋材的強(qiáng)度、韌性、探傷和焊接等性能要求非常嚴(yán)格。對(duì)連鑄坯的中心偏析也提出了更高的要求。

一般認(rèn)為，鑄坯中心偏析形成機(jī)理有兩種[1]：一種是由鑄坯鼓肚或凝固收縮過(guò)程引起的富含溶質(zhì)元素的鋼液向液相穴末端流動(dòng)而形成；另一種是凝固末端附近的柱狀晶發(fā)達(dá)導(dǎo)致局部出現(xiàn)“搭橋”現(xiàn)象，阻止了其他地方液相流入液相穴末端，形成鑄坯中心偏析。凝固末端鑄坯輕壓下技術(shù)在國(guó)內(nèi)外連鑄生產(chǎn)過(guò)程中被廣泛應(yīng)用[2]，是改善鑄坯中心偏析效果明顯的技術(shù)。輕壓下技術(shù)通過(guò)對(duì)帶液芯的鑄坯在凝固末端適量的壓下，以補(bǔ)償鑄坯凝固過(guò)程產(chǎn)生的空隙，或破壞“搭橋”現(xiàn)象，使鋼液在凝固末端均勻分布，從而達(dá)到改善鑄坯中心偏析的目的。八鋼公司第二煉鋼廠在生產(chǎn)X70管線鋼鑄坯的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)4號(hào)板坯連鑄機(jī)輕壓下控制模式的優(yōu)化，鑄坯中心偏析效果得到了明顯改善。

2 鑄機(jī)基本參數(shù)

八鋼公司第二煉鋼廠4號(hào)連鑄機(jī)為垂直彎曲型連鑄機(jī)，7點(diǎn)彎曲6點(diǎn)矯直，6-13段具備輕壓下功能，詳細(xì)鑄機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 4號(hào)連鑄機(jī)主要參數(shù)

3 4號(hào)板坯連鑄機(jī)輕壓下控制模式的優(yōu)化

4號(hào)機(jī)輕壓下模型有兩種控制模式，靜態(tài)壓下模式和動(dòng)態(tài)壓下模式。在前期的生產(chǎn)過(guò)程中一直使用動(dòng)態(tài)壓下模式，通過(guò)跟蹤X70管線鋼生產(chǎn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在冷卻參數(shù)不變、澆注過(guò)程基本穩(wěn)定的情況下動(dòng)態(tài)壓下模式波動(dòng)比較頻繁，壓下位置在6-7段和7-8段之間變化，每次改變時(shí)相鄰幾個(gè)段的輥縫也隨之變化，變化量大約1mm。動(dòng)態(tài)壓下模式生產(chǎn)的X70管線鋼低倍樣曼標(biāo)評(píng)級(jí)級(jí)別最低2.6，最高3.6，平均級(jí)別3.03，中心偏析比較嚴(yán)重，低倍照片見(jiàn)圖1。鑄坯中心部位伴有孔隙。雖然生產(chǎn)的鑄坯各項(xiàng)物理性能滿足要求，但影響產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提升。

圖1 1/2鑄坯寬度低倍樣

為了改善X70管線鋼鑄坯中心偏析，對(duì)4號(hào)連鑄機(jī)生產(chǎn)X70管線鋼時(shí)輕壓下控制模式進(jìn)行優(yōu)化，將動(dòng)態(tài)壓下模式調(diào)整為靜態(tài)壓下模式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)節(jié)奏和設(shè)備情況計(jì)算并確定靜態(tài)壓下模式所需的壓下位置、壓下速率和壓下量等控制參數(shù)。

3.1 壓下位置的確定

3.1.1 鑄坯凝固末端的確定

根據(jù)連鑄坯凝固平方根定律計(jì)算凝固末端[3]：

3.1.2 輕壓下開(kāi)始?jí)合挛恢么_定

根據(jù)新日鐵君津廠的研究：連鑄坯在凝固過(guò)程中“V”偏析和“A”型偏析在距離鑄坯厚度方向中心線0～12mm發(fā)生的概率較大。當(dāng)拉速為0.9m/min時(shí)，鑄坯厚度取 192mm(216mm～2×12mm),其它參數(shù)不變，坯殼距離鑄坯厚度方向中心線12mm處的液芯長(zhǎng)度=D2V/4k2=192×192×0.9/(4×23×23)=15.68(m)

此時(shí)鑄坯的液芯位置在扇形段6段第4個(gè)和第5個(gè)輥?zhàn)又g，即“V”偏析和“A”型偏析在扇形段6段第5排輥?zhàn)又蟀l(fā)生的概率較大。由于該連鑄機(jī)的每個(gè)扇形段共7排輥?zhàn)?，故不考慮6段投入靜態(tài)輕壓下，靜態(tài)輕壓下開(kāi)始位置為7段第1個(gè)輥?zhàn)印?/p>

綜合以上分析，最后確定靜態(tài)輕壓下的壓下位置為7段和8段。

3.2 壓下速率和壓下量的確定

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究資料可知[4]，壓下率在0.8～1.2mm/m，總壓下量在5～7mm時(shí)，對(duì)連鑄坯中心偏析改善效果最明顯。當(dāng)壓下率取1.2mm/m時(shí)，壓下總量==1.2×3.96=4.75mm，非常接近5mm。

通過(guò)計(jì)算并參考國(guó)內(nèi)外研究成果，最后確定靜態(tài)輕壓下壓下率為1.2mm/m，壓下總量為5mm。為了保證靜態(tài)輕壓下穩(wěn)定發(fā)揮作用，生產(chǎn)過(guò)程定期對(duì)扇形段全程輥縫標(biāo)定，控制澆注過(guò)程恒拉速0.9m/min，中間包過(guò)熱度在15～25℃。

4 改進(jìn)后的效果

為分析對(duì)比優(yōu)化后X70管線鋼鑄坯偏析效果，在每個(gè)澆次不同爐次取3個(gè)低倍樣，總計(jì)取了191個(gè)有效的低倍樣，進(jìn)行曼標(biāo)評(píng)級(jí)。從酸洗低倍樣曼標(biāo)評(píng)級(jí)的結(jié)果來(lái)看，使用靜態(tài)輕壓下對(duì)X70管線鋼鑄坯中心偏析改善效果比較明顯。

表2 優(yōu)化前后X70鑄坯低評(píng)級(jí)結(jié)果在各級(jí)別區(qū)間的比例

圖2 優(yōu)化前后1/2鑄坯寬度低倍樣

（1）曼標(biāo)低倍評(píng)級(jí)級(jí)別≤2.6的比例由優(yōu)化前的16.6%提高到了優(yōu)化后的76.44%，級(jí)別2.7-3.0和＞3.0的比例由優(yōu)化前的50%和33.33%分別降低到了優(yōu)化后的10.99%和12.57%，詳細(xì)情況見(jiàn)表2。

（2）優(yōu)化后X70管線鋼鑄坯中心孔隙數(shù)量大幅減少，孔隙的尺寸也明顯縮小，如圖2所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)X70管線鋼鑄坯的過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化輕壓下控制模式，確定其壓下位置、壓下率和總壓下量等參數(shù)，有效改善了X70管線鋼鑄坯中心偏析。優(yōu)化實(shí)踐表明：輕壓控制模式具有較高的技術(shù)要求，通過(guò)優(yōu)化其相關(guān)控制參數(shù)可不斷改善鑄坯中心偏析。在生過(guò)程中針對(duì)不同鋼種，還需要不斷探索實(shí)踐，確定最優(yōu)的控制模式和控制參數(shù)，為生產(chǎn)性能良好的鑄坯提供技術(shù)保障。