一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法技术

本发明专利技术提供的一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法，本发明专利技术利用高频脉冲电流在铸坯固液界面附近金属熔体中形成的高频振荡磁场，实现磁致过冷效应，降低平均温度梯度(G)，细化凝固组织，从而减小枝晶间间距，降低铸坯CET转变区碳含量偏析。与此同时，为防止细化凝固组织发生二次重熔结晶，采用末端电磁搅拌技术，继续降低铸坯芯部的平均温度梯度(G)和打碎重熔结晶，从而降低铸坯中心的碳偏析，控制在≤0.03％。0.03％。0.03％。

A method of reducing carbon segregation range of carbon steel in round billet by high frequency pulse current and end electromagnetic stirring

【技术实现步骤摘要】
一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法


[0001]本专利技术属于合金领域，具体涉及一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法。

技术介绍

[0002]中碳钢作为曲轴制造用钢，在发动机中承受冲击载荷、传递动力的任务，其服役条件非常恶劣，工作中承受周期性的载荷，并在压力作用下以很大的相对速度与轴承发生滑动摩擦，产生较高的温度和磨损。因此制造该类零件的材料要具有较好的强度、塑性和韧性等综合力学性能，而其中的力学性能均匀性与材料的成分偏析程度有直接关系。碳是钢液中的主要溶质元素，在凝固过程中随着凝固进行，碳元素会沿着固、液界面往中心推移，最终凝固时形成碳偏析，对成品质量影响较大，碳元素的偏析情况是评判连铸坯重要指标之一。
[0003]经专利检索及市场调研，针对该问题国内冶金厂家大多均采用两种方式：第一种为调整连铸机工艺参数(含电磁搅拌参数)来控制碳偏析，如2020年6月5日公开的专利，公开号为CN 111230061A，其公开了一种降低中碳钢圆坯碳偏析的方法，其工艺核心在于通过合理匹配连铸机工艺参数，控制铸坯凝固过程中柱状晶生产条件及在末端电磁搅拌处铸坯固相率能满足电磁搅拌要求。其工艺的缺点是：其一、工艺窗口较窄，碳偏析控制稳定性效果较差；其二，由于各冶金企业工装设备不同，工艺参数推广性、重复性较差；其三，无法满足高品质中碳钢对铸坯碳元素偏析要求。第二种为借助连铸机本体外设备来控制碳偏析，如在线压下设备，2017年5月31日公开的专利公开号为CN 10673502A，公开的“一种连铸坯凝固末端单点与连续重压下工艺”。其工艺的核心在于在扇形段处设定实施大压下量的压下辊，达到将应变量传递到铸坯心部的效果，弥合铸坯中心缩孔，降低铸坯中心碳偏析。其工艺的缺点是：压下工艺运用在连铸圆坯上，无法避免圆坯椭圆度增加的问题。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法，对连铸机工艺参数波动容忍度较大，碳偏析控制稳定性好；能够满足高品质中碳钢对铸坯碳元素偏析要求，碳偏析控制在≤0.03％。
[0005]本专利技术具体技术方案如下：
[0006]一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法，具体方法为：
[0007]钢水进入连铸机开浇后，待连铸铸坯通过高频脉冲电流和末端电磁搅拌时，开启感应线圈和末端电磁搅拌。
[0008]所述钢水为中碳钢钢水；
[0009]优选的，所述钢水为中碳40Cr钢；所述钢水包括以下质量百分比成分：C 0.37
‑
0.44％、Si 0.20
‑
0.30％、Mn 0.60
‑
0.70％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr 0.90
‑
1.00％；余量是Fe和不可避免的杂质。
[0010]所述钢水为中碳40Cr钢时，其转炉吹炼及精炼炉造渣脱氧工艺按常规优特钢执行，控制以下工艺及参数：1)单炉次连铸工艺操作前确保钢包内钢液元素成分均匀；2)单炉次连铸工艺操作前确保钢包内钢液温度要满足20
‑
50℃，以免连铸机发生生产事故，损坏高频脉冲电流技术所用的装备。
[0011]所述高频脉冲电流，控制感应线圈设备电压为210
‑
243V；
[0012]所述末端电磁，控制末端电磁搅拌电流参数为(300
‑
400)A，频率为(5
‑
8)HZ；
[0013]所述连铸机生产工艺参数：拉速为(0.7
‑
1.0)m/min、过热度(25
‑
35)℃、二冷比水量为(0.25
‑
0.3)L/Kg、结晶器水量为(115
‑
125)m3/h。
[0014]优选的，本专利技术还提供了连铸机生产拉速、控制末端电磁搅拌电流和高频脉冲电流控制中电压控制的关系，具体如下：
[0015]在0.70m/min≤拉速≤0.75m/min时，电压控制在210V，控制末端电磁搅拌电流为400A；
[0016]在0.75m/min＜拉速≤0.80m/min时，230V≤电压控制≤235V，控制末端电磁搅拌电流为400A；
[0017]在0.80m/min＜拉速≤0.85m/min时，240V＜电压控制≤243V，控制末端电磁搅拌电流为400A；
[0018]在0.85m/min＜拉速≤0.90m/min时，235V＜电压控制≤240V，控制末端电磁搅拌电流为400A；
[0019]在0.90m/min＜拉速≤0.95m/min时，220V＜电压控制≤223V，控制末端电磁搅拌电流为350A；
[0020]在0.95m/min＜拉速≤1.00m/min时，210V＜电压控制≤215V，控制末端电磁搅拌电流为300A。
[0021]本专利技术方法可以用于所有断面尺寸的圆坯，尤其用于大圆坯端面尺寸≥φ300mm，大断面圆坯受凝固传热影响，初生坯壳较厚，有效冷却长度较短，因此大圆坯连铸机凝固速率慢，铸坯凝固过程中会形成粗大的柱状晶和等轴晶，导致坯材残留较严重的碳偏析和点状疏松类缺陷。特别是对于1/2R位置的碳偏析，往往成为成品碳超标的主要原因，因此，1/2R位置碳偏析的控制成为大圆坯中碳钢生产的技术难点。很多冶金工作者致力于大圆坯连铸机1/2R位置的碳偏析形成机理和控制措施方面的研究，虽然形成这种碳偏析的机理早已明确，但是1/2R位置碳偏析控制手段方面进展缓慢，几乎没有一项可从根本上抑制这种偏差的有效方法。目前，就控制手段而言，有些存在着共识，例如：在减小碳成分目标、防止增碳、稳定浇注、软吹氩、低过热度等方面，但这些措施在生产过程中受炼钢工序流程长、变量因素多、管控复杂等因素的制约，很难100％满足工艺制定要求，即使少部分企业执行很到位，但是并不能有效控制1/2R位置的碳偏析。本专利技术通过高频脉冲电流和末端电磁搅拌，实现协同作用，能够降低圆坯中碳钢碳偏析极差，对大圆坯端面尺寸≥φ300mm也同样适用，能够将碳偏析控制在≤0.03％。
[0022]本专利技术的作用机理如下：圆坯中碳钢凝固机理为铸坯凝固过程中枝晶前沿从表层向中心移动，在枝晶生长的过程中，受平均温度梯度(G)和平均凝固速率(V)的影响，二次枝
晶间存在间距，枝晶间距越大，凝固偏析越严重，从而导致铸坯CET转变区碳含量较高。铸坯凝固接近尾声时，由于已凝固的枝晶发达，阻碍内部钢液的流动，铸坯中心处补缩困难，从而导致中心碳含量较高。基于以上的凝固机理，本专利技术利用高频脉冲电流在铸坯固液界面附近金属熔体中形成的高频振荡磁场，实现磁致过冷效应，降低平均温度梯度(G)，细化凝固组织，从而减小枝晶间间距，降低铸坯CET转变区碳含量偏析。与此同时，为防止细化凝固组织发生二次重熔结晶，采用末端电磁搅拌技术，继续降低铸坯芯部的平均温度梯度(G)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法，其特征在于，具体方法为：钢水进入连铸机开浇后，待连铸铸坯通过高频脉冲电流和末端电磁搅拌时，开启感应线圈和末端电磁搅拌。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢水为中碳40Cr钢；所述钢水包括以下质量百分比成分：C 0.37
‑
0.44％、Si 0.20
‑
0.30％、Mn 0.60
‑
0.70％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr 0.90
‑
1.00％；余量是Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高频脉冲电流，控制感应线圈设备电压为210
‑
243V。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，控制感应线圈设备电压为210V。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述末端电磁，控制末端电磁搅拌参数为(300
‑
400)A，频率为(5
‑
8)HZ。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸机生产工艺参数：拉速为(0.7
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1.0)m/min、过热度(25
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【专利技术属性】
技术研发人员：王东兴，黄雁，邓其根，刘志勇，左小坦，赵文渊，杨伟勇，
申请(专利权)人：芜湖新兴铸管有限责任公司，
类型：发明
国别省市：