Nb 、V 、Ti 微合金元素对连铸坯表面质量的影响马福昌 刘永龙 宋瑞甫 郑京辉(舞阳钢铁有限责任公司) 摘 要 本文通过连铸坯表面温度及坯壳厚度的测试,并借鉴宝钢对含N b 、V 、T i 连铸坯的热塑性研究成果,认为舞钢连铸坯在原有的工艺条件下,铸坯凝固时冷却强度较大,在矫直段正处于N b 、V 、T i 、碳、氮化物析出的高峰区。
通过调整工艺等措施,矫直时避开铸坯脆性区。
连铸质量有较大的提高,N b 、V 、T i 连铸坯比例有较大的增加。
关键词 N b 、V 、T i 微合金 碳氮化物 裂纹Effect of M icroalloy Elem en ts Nb 、V 、Ti on SurfaceQuality of Con ti nuously Cast SlabM a Fuchang ,L iu Yonglong ,Song R u ifu and Zheng J inghu i(W uyang Iron and Steel Co .L td ) Abstract T h is article ,th rough m easu rem en t of su rface temperatu re and shell th ickness of con tinuou slycast slab s and m ak ing reference to the ho t p lasticity study ach ievem en ts in term s of con tinuou sly cast slab s con tain ing N b 、V 、T i in ShanghaiBao steel ,ho lds that coo ling in ten sity is relatively great du ring so lidificati on of cast slab s under the o riginal p rocess conditi on w ith regard to con tinuou sly cast slab s of W uyang Iron and Steel Co .L td ,ju st at the peak zone of p reci p itati on of N b 、V 、T i and carbon itride at straigh ten ing zone .T h rough m easu res such as adju stm en t of p rocess ,etc ,bypassing b rittleness zone of cast slab s w h ile straigh ten ing ,great i m p rovem en t of quality of con tinuou sly cast slab s is ob tained ,there is great increase in p ropo rti on fo r cast slab s con tain ing N b 、V 、T i.Keywords N b 、V 、T i m icroalloy ,Carbon itride ,C rack .1 前言N b 、V 、T i 作为微合金化元素,在轧制过程中,采用控冷、控轧工艺,析出碳、氮化物,对钢有细晶强化、相变强化、沉淀强化的作用,使机械性能得到提高〔1〕〔2〕。
但在某些条件下,沉淀作用也会产生一些人们所不希望的影响,例如,在奥氏体温度区间非常缓慢地冷却会引起N b 、V 、T i 的碳化物或氮化物沿奥氏体晶界沉淀,在慢速变形情况下就会使晶界处结合力减弱,导致连铸坯开裂〔3〕。
事实上,含N b 、V 、T i 钢连铸坯的表面裂纹发生率显著高于普通钢连铸坯〔1〕。
2N b 、V 、T i 微合金元素在元素周期表中是相邻的三个元素,虽然物理、化学性能互不相同,但它们都和C 、N 、O 有较强的亲和力,表1示出了N b 、V 、T i 及相近元素与C 、N 、O 、S 的亲和力强弱〔4〕。
N b 、V 、T i 能与碳、氮、氧、硫形成化合物,并能产生沉淀强化的作用〔3〕。
N b 、V 、T i 及碳、氮化物在未变形奥氏体中的析出过程相当缓慢,而且粗大,形变将显著地加快N b 、V 、T i 及碳、氮化物的析出过程。
对于含N b 、V 、T i 微合金化连铸坯来说,如果矫直时铸坯边角部温度位于微细碳、氮化物析出高峰温度区,将会引起钢的脆化,再加上・41・ 第9卷第4期 2003年8月 宽厚板W I D E AND H EAV Y PLA T E V o l .9.N o.4 A ugu st 2003 振痕助长了角部横裂纹的发生,矫直变形下铸坯振痕波谷处更易产生裂纹〔1〕〔5〕〔6〕。
3 含Nb、V、T i钢铸坯的高温延塑性N b、V、T i碳、氮化合物在钢中难固溶的顺序是:T i N>N b(CN)>A l N>T i C>VN>V C〔2〕。
在Χ中,N b、V、T i的碳化物比氮化物易固溶,氮化物比碳化物易析出,因此,通过析出物的固溶——再析出可以改善延性。
N b、V、T i微合金元素对钢的延塑性影响中, N b的影响最大,其次是A l和T i,而V几乎没有影响。
图1所示为N b、V、T i、A l对850℃断面收缩率的影响〔2〕。
对N b钢来说,随着N b含量的增加,特别是800～900℃延展性明显下降〔2〕。
图2所示为热延性、高温强度随N b含量的变化。
表1 Nb、V、Ti及相近元素与C、N、O、S的亲和力C N O SN b○○△×V○○△×T i33○○Zr33○○R e△○33A l△33△ 注:3:非常大;○:大;△:小;×:没有反应图1 微合金元素对热延性的影响(850℃) 对铸坯来说,钢中〔N〕含量较高时,易产生氮化物沿晶界析出使晶界脆化,易使铸坯开裂〔1〕〔6〕。
图3表明随着〔N〕含量高,N b钢的延展性变差〔2〕。
实际操作也证明,浸入式水口吸气,敞开浇注和保护浇注差的炉次铸坯的裂纹率高。
在N b 钢中,低N化或者加入固定N的微量T i抑制N b (CN)的析出,明显地改善900℃以下延塑性。
基本成分:0.13C-1.3M n,1300℃加热5m in后,在各温度下保温5m in拉伸图2 热延性,高温强度随N b量的变化图3 低N化,加入微量的T i对N b钢热延性的影响这里借鉴一下北京科技大学王新华等人对宝钢钢铁公司含N b、V、T i钢铸坯的高温延塑性的研究成果〔1〕。
对宝钢生产的含N b钢(A、B)、含・51・ 第4期马福昌等:N b、V、T i微合金元素对连铸坯表面质量的影响N b、T i钢(C)和含N b、V、T i钢(D)四个典型钢种铸坯试样的高温延塑性进行了测试,如图4。
为了对比,选不含N b、V、T i的钢(E)进行了测试。
化学成分见表2。
表2 铸坯试样化学成分(%)钢种C Si M n P S A l N b V T i NA0.1040.2040.840.0120.00760.0500.0120.0033 B0.1770.4281.330.0150.00730.0240.0390.0035 C0.0920.2761.020.0100.00410.0330.0220.0170.0042 D0.1000.2301.410.0200.00500.0420.0460.0380.0190.0028E0.1100.0301.170.0200.00900.0470.0038图4 试样断面收缩率RA随温度的变化图4是宝钢所测钢种试样断面收缩率RA随温度的变化。
在温度降低到950℃以下后,A、B、C、D钢的RA值开始减小,进入了通常所称钢的第 脆性温度区,而碳钢(E)的RA值在温度降低到850℃后才出现减小。
该温度区间含N b、V、T i钢延塑性降低是钢中碳、氮化物析出造成的,这是因为:1)析出物粒子钉扎在Χ晶界,抑制了钢的再结晶进行;2)应力下发生塑性变形时,沿Χ晶界的微细析出物作为应力集中源,与晶界脱开形成微孔,在晶界滑移作用下,微孔连接形成裂纹。
4 含Nb、V、T i钢中的析出物4.1 高温下析出的粗大块状析出物该类析出物仅能在含钛C、D钢试样中观察到,尺寸多在80mm以上,EDA X能谱分析和析出物的电子衍射分析确定其为T i N。
由于粗大并在钢中零散分布。
所以此类析出物对钢的延性影响不大。
此外,由于可以作为N b、V的碳、氮化物的析出核心,N b、V析出物因此变得粗大,对钢的延塑性反而有利。
从图4可以看到,在第 脆性温度区的高温侧,含钛的C、D钢延塑性好于不含钛的A、B钢试样。
4.2 球状析出物在只含铌的A、B钢试样中仅存在此类球状析出物,高温下较粗大,多在70～100nm之间, EDA X分析表明:它为N b的析出物。
随温度的降低球状析出物尺寸减小,在900～850℃之间变形试样中其平均尺寸仅为10～15nm。
此类微细析出物降低钢延塑性的作用最为显著。
4.3 900℃左右含T i试样中的微细析出物较高温度下含T i的C、D钢变形试样中的析出物尺寸较大,随着温度降低析出物尺寸减小。
在900℃左右变形试样中可以观察到大量仅为10～20nm球形或立方形微细析出物。
这表明:尽管含钛能够改善含铌、钒钢的高温延塑性,在900℃左右含钛钢中也会析出微细的碳、氮化合物,造成钢的脆化。
5 连铸坯表面温度、凝固层厚度测定5.1铸坯表面温度的测量采用红外双色测温仪,对舞钢的连铸坯表面温度进行测量结果见表3。
测量位置在铸机上各段间隙,对铸坯内弧中心处,1 4宽度处及距边部20mm处测温。
1～5・61・ 宽厚板 第9卷 段是汽水冷却段。
测量时在仪表前方接窥视管贴近铸坯表面以防止水雾影响。
窥视管侧边开孔接入现场压缩空气。
6～9段为无水汽冷却,可直接测量。
表3 210mm 厚板坯的二冷区内弧表面温度测定数据位置距弯月面距离mm 03316N 03317N中间1 4边部03335N 03336N中间1 4边部03298G 03299G中间1 4边部1段出口5967965101486593110578629318922段出口78468629958908419428758589659073段出口97518359319578368819018009468854段出口116618899448958909098738839229365段出口136589369578879489658849379568816段出口15658975100087799099688298610058887段出口1766310091015861995998928101710278778段出口19781998996867988987867101110238659段出口2180810021005846940974859 从以上测量结果来看,8～9段为矫直段,而铸坯角部在8、9段时的温度为867℃,恰好位于含铌、钒、钛钢的脆性温度区域内。