汪成义等：Q420C角钢铸坯凝固传热分析及AN析出控制 ·1667· (表示在某一析出量下的时间)，s:D为位错线上析出 的温度区间内，AN在奥氏体中的沉淀析出动力学速 的临界核心尺寸，mB为系数：△G为临界形核功，J· 率最快.故在实际轧制过程中，应将终轧温度控制在 mdl;E为控制性原子的迁移激活能，Jmol. 850℃以上，以减少AIN的沉淀析出. 考虑形变储能的影响，试验钢种成分的AN在位 4试验效果 错线上行核的PTT曲线如图11所示，在800~850℃ 1100 综合考虑现有设备参数和工艺条件的前提下，根 -析出量为5% 据上述分析研究，进行Q420C钢种开发试验.试验中 1000 --·析出量为95% 保持浇铸过热度在20~40℃之间，采用低碱度Ca0- S0,渣系专用高铝钢保护渣，结晶器振动频率调节至 900 140min,各段冷却水量调节为Q结品器=150~ 800 155h,Q是段=8.0-9.01·h-,Q-段=5.5- 6.5h,二段水冷关闭，拉速稳定控制在 700 1.4mmin,保证铸坯矫直温度在950℃以上.开轧 前加热炉均热温度保持在1160~1200℃时间4h,终轧 22 23 24 25 26 27 温度控制在850~900℃之间.通过以上工艺控制手 Igt fu) 段，经过16炉次的钢种试验，成功开发出Q420C角 图11AN在奥氏体中沉淀析出时的理论计算TT曲线 钢，轧材合格率达90%，综合性能满足要求，图12所 Fig.11 Theoretically calculated PIT curves of AlN precipitation in 示为试验铸坯和轧材典型合格试样. austenite (a 图12Q420C铸坯(a)和轧材(b)典型合格试样 Fig.12 Typical qualified samples of billet (a)and rolled material (b)of Q420C 850℃以上可减少A1N的沉淀析出. 5结论 (4)通过工艺参数的优化设计，研制开发的 (1)建立铸坯凝固传热计算模型，采用弱冷可以 Q420C角钢轧材平均合格率达到90%，且综合性能指 使铸坯在900℃以上的单相奥氏体区矫直，通过 标符合要求 Gleeble实验得出，当温度低于1008℃时，铸坯存在 低温脆性区，当温度高于1364℃时，铸坯存在高温脆 参考文献 性区间，而在1008~1364℃时，铸坯具有较好的热 塑性. Zhang S J,Wang Y B.Cryogenic britleness testing research to (2)根据射钉试验的测定结果，对模拟计算的铸 Q420 and Q460 high tensile steel used for power transmission tow- 坯凝固坯壳厚度曲线进行修正，且铸坯在凝固后期凝 er.Inner Mongolia Electric Power,2010,28(5):5 固速率加快，已不满足经典平方根公式，本文提出了能 (张少军，王艳波.输电线路杆塔用0420C、0460高强度钢低 更好符合铸坯凝固规律的修正公式. 温脆性试验研究.内蒙古电力技术，2010,28(5)：5) 2] (3)对AN析出热力学和动力学分析，得出试验 Huang L S.Wang C Q,Chen Q W.Development of Q420 high 钢种的AN析出温度在1028~1164℃之间波动，应根 strength angle steel for transmission tower.J Anhui Unie Technol Nat Sci,2011,28(1):27 据氮和铝的成分避开在AN析出“窗口”内矫直，轧制 (黄礼胜，汪崇青，陈其伟.Q420级铁塔用高强度角钢的开 前应使加热炉均热温度在1160~1200℃，促进A1N的 发.安徽工业大学学报（自然科学版），2011,28(1)：27) 充分固溶.在800~850℃的温度区间内，AN在奥氏 B]Cai KK.Quality Control of Continuous Casting Billet.Beijing: 体中的沉淀析出动力学速率最快，将终轧温度控制在 Metallurgical Industry Press,2010汪成义等: Q420C 角钢铸坯凝固传热分析及 AlN 析出控制 ( tda表示在某一析出量下的时间) ，s; D* d 为位错线上析出 的临界核心尺寸，nm; β 为系数; ΔG* 为临界形核功，J· mol － 1 ; E 为控制性原子的迁移激活能，J·mol － 1 ． 考虑形变储能的影响，试验钢种成分的 AlN 在位 错线上行核的 PTT 曲线如图 11 所示，在 800 ～ 850 ℃ 图 11 AlN 在奥氏体中沉淀析出时的理论计算 PTT 曲线 Fig． 11 Theoretically calculated PTT curves of AlN precipitation in austenite 的温度区间内，AlN 在奥氏体中的沉淀析出动力学速 率最快． 故在实际轧制过程中，应将终轧温度控制在 850 ℃以上，以减少 AlN 的沉淀析出． 4 试验效果 综合考虑现有设备参数和工艺条件的前提下，根 据上述分析研究，进行 Q420C 钢种开发试验． 试验中 保持浇铸过热度在 20 ～ 40 ℃ 之间，采用低碱度CaO-- SiO2渣系专用高铝钢保护渣，结晶器振动频率调节至 140 min － 1，各段冷却水量调节为 Q结晶器 = 150 ～ 155 t·h － 1，Q足辊段 = 8. 0 ～ 9. 0 t·h － 1，Q一段 = 5. 5 ～ 6. 5 t·h － 1，二 段 水 冷 关 闭，拉 速 稳 定 控 制 在 1. 4 m·min － 1，保证铸坯矫直温度在 950 ℃ 以上． 开轧 前加热炉均热温度保持在 1160 ～ 1200 ℃时间 4 h，终轧 温度控制在 850 ～ 900 ℃ 之间． 通过以上工艺控制手 段，经过 16 炉次的钢种试验，成功开发出 Q420C 角 钢，轧材合格率达 90% ，综合性能满足要求，图 12 所 示为试验铸坯和轧材典型合格试样． 图 12 Q420C 铸坯( a) 和轧材( b) 典型合格试样 Fig． 12 Typical qualified samples of billet ( a) and rolled material ( b) of Q420C 5 结论 ( 1) 建立铸坯凝固传热计算模型，采用弱冷可以 使铸坯 在 900 ℃ 以 上 的 单 相 奥 氏 体 区 矫 直，通 过 Gleeble 实验得出，当温度低于 1008 ℃ 时，铸坯存在 低温脆性区，当温度高于 1364 ℃ 时，铸坯存在高温脆 性区间，而 在 1008 ～ 1364 ℃ 时，铸 坯 具 有 较 好 的 热 塑性． ( 2) 根据射钉试验的测定结果，对模拟计算的铸 坯凝固坯壳厚度曲线进行修正，且铸坯在凝固后期凝 固速率加快，已不满足经典平方根公式，本文提出了能 更好符合铸坯凝固规律的修正公式． ( 3) 对 AlN 析出热力学和动力学分析，得出试验 钢种的 AlN 析出温度在 1028 ～ 1164 ℃ 之间波动，应根 据氮和铝的成分避开在 AlN 析出“窗口”内矫直，轧制 前应使加热炉均热温度在 1160 ～ 1200 ℃，促进 AlN 的 充分固溶． 在 800 ～ 850 ℃ 的温度区间内，AlN 在奥氏 体中的沉淀析出动力学速率最快，将终轧温度控制在 850 ℃以上可减少 AlN 的沉淀析出． ( 4 ) 通 过 工 艺 参 数 的 优 化 设 计，研 制 开 发 的 Q420C 角钢轧材平均合格率达到 90% ，且综合性能指 标符合要求． 参 考 文 献 ［1］ Zhang S J，Wang Y B． Cryogenic brittleness testing research to Q420 and Q460 high tensile steel used for power transmission tow￾er． Inner Mongolia Electric Power，2010，28( 5) : 5 ( 张少军，王艳波． 输电线路杆塔用 Q420C、Q460 高强度钢低 温脆性试验研究． 内蒙古电力技术，2010，28( 5) : 5) ［2］ Huang L S，Wang C Q，Chen Q W． Development of Q420 high strength angle steel for transmission tower． J Anhui Univ Technol Nat Sci，2011，28( 1) : 27 ( 黄礼胜，汪崇青，陈其伟． Q420 级铁塔用高强度角钢的开 发． 安徽工业大学学报( 自然科学版) ，2011，28( 1) : 27) ［3］ Cai K K． Quality Control of Continuous Casting Billet． Beijing: Metallurgical Industry Press，2010 · 7661 ·