專利名稱：鋼帶鑄造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼帶的鑄造。
在一個雙輥連鑄機中通過連續(xù)澆鑄來鑄造金屬帶是已知的。在這種工藝中，熔融的金屬被引入到一對旋轉(zhuǎn)方向相反的水平澆鑄輥之間，該對澆鑄輥是被冷卻的，以便在其移動的表面上凝固出金屬殼，并且凝固出的金屬殼在兩輥之間的輥隙內(nèi)被聚集到一起，從輥之間的間隙向下傳送從而生產(chǎn)出一種凝固的帶狀產(chǎn)品。這里采用的術(shù)語“輥隙”指的是所述輥被緊靠在一起的總區(qū)域。熔融的金屬可以從一個澆包被澆入一個較小的容器內(nèi)或一系列容器內(nèi)，并從這里流過一個置于輥隙上方的金屬輸送管嘴，以便將其導(dǎo)引至兩輥之間的輥隙，從而形成一個直接位于輥隙上方的支持在輥鑄造表面的熔融金屬澆鑄池，并沿輥隙的長度延伸。該澆鑄池通常被限定在與輥的端面滑動配合的側(cè)板或擋板之間，以便阻止?jié)茶T池的兩端防止?jié)茶T液流出，盡管可替換的裝置如電磁擋板也曾被提議過。
雖然雙輥連鑄機對于有色金屬已經(jīng)有一些成功的應(yīng)用，所述有色金屬冷卻時迅速凝固，但是在將這種技術(shù)應(yīng)用到鑄造黑色金屬時還存在一些問題。一個特別的問題是在輥的整個鑄造表面達到金屬充分快速并均勻的冷卻。特別是已經(jīng)證明凝固到具有光滑鑄造表面的鑄造輥上難以獲得足夠高的冷卻速度，因而已經(jīng)被建議使用具有這種鑄造表面的輥，即所述鑄造表面被故意織構(gòu)化成規(guī)則的突起和凹進圖案，由此加強熱傳輸，并增加凝固期間在鑄造表面達到的熱通量。
我們的美國專利5701948披露了一種通過一系列平行槽和脊結(jié)構(gòu)形成的鑄造輥網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。更具體地說，在一雙輥連鑄機中，可通過提供實質(zhì)上具有一定深度和間距的沿圓周方向延伸的槽和脊結(jié)構(gòu)，對所述連鑄輥的鑄造表面織構(gòu)化。這種織構(gòu)化的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)在金屬凝固期間產(chǎn)生增強的熱通量，并且為了鋼的鑄造可被最優(yōu)化，以便在鑄造鋼帶中達到高的熱通量值和致密的微觀結(jié)構(gòu)。實質(zhì)上當(dāng)鑄造鋼帶時，為了達到最好的效果從脊峰到槽根部的網(wǎng)紋深度應(yīng)當(dāng)在5微米到50微米范圍內(nèi)，網(wǎng)紋間距應(yīng)當(dāng)在100微米到250微米范圍內(nèi)。為了達到極佳的結(jié)果，最好是網(wǎng)紋深度在15到25微米范圍內(nèi)，間距在150微米到200微米之間。
盡管在美國專利5701948中披露的帶有網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的輥在鑄造黑色金屬帶時能夠達到高的凝固速度，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種金屬帶對鑄造條件非常敏感，必須嚴(yán)格控制以避免稱之為“鱷魚皮”和“振痕”缺陷的兩種普通的帶缺陷。更具體地說，有必要通過控制加入到熔體中的硫來控制鱷魚皮缺陷，通過在窄范圍的鑄造速度內(nèi)操作連鑄機來避免振痕缺陷的產(chǎn)生。
當(dāng)在一定條件下即凝固殼體熱通量有變化的情況下δ和γ鐵相同時凝固在雙輥鑄造機的輥鑄造表面的殼體內(nèi)時，出現(xiàn)所述鱷魚皮缺陷。所述δ和γ相具有不同的熱強度特征和熱通量變化，于是在鑄造輥之間的輥隙處會聚在一起的凝固殼體中就產(chǎn)生局部變形，導(dǎo)致最終形成的帶表面出現(xiàn)鱷魚皮缺陷。
沉積在輥表面的少量氧化物沉積物的熔點低于被鑄造金屬熔點，這種氧化物在金屬凝固到了連鑄輥表面期間保證控制的均勻熱通量方面是有益的。當(dāng)輥表面進入熔融金屬鑄造池中時，這種氧化物沉積物熔化，有助于在鑄造表面和鑄造池的熔融金屬之間形成一個薄液體分界面層，促進良好的熱通量。可是，如果太多的氧化物形成，則所述氧化物產(chǎn)物的熔化產(chǎn)生一個很高的熱通量，該氧化物然后再凝固，結(jié)果熱通量迅速降低。通過復(fù)雜的輥清洗裝置盡力將沉積到鑄造輥上的氧化物保持在一個嚴(yán)格的限度內(nèi)來解決這一問題。然而，輥清洗不均勻的地方會出現(xiàn)氧化物聚集量的變化，伴隨凝固殼體中最終熱通量的變化，產(chǎn)生局部變形，導(dǎo)致鱷魚皮表面缺陷的產(chǎn)生。
振痕缺陷在鑄造池的彎月面處開始，在此出現(xiàn)初始的金屬凝固。一種形式的振痕缺陷稱之為“低速振痕”，是在低鑄造速度下產(chǎn)生的，這是由于在鑄造輥上出現(xiàn)的過早的金屬凝固而形成的，由此產(chǎn)生一個弱的殼體，當(dāng)該殼體被進一步拉向鑄造池時其隨后發(fā)生變形。另一種形式的振痕缺陷稱之為“高速振痕”，是在高的鑄造速度下出現(xiàn)的，當(dāng)殼體開始形成并進一步從鑄造輥向下移動時在正形成的殼體上方存在液體。所述液體進入新月形區(qū)域，不能夠跟上移動的輥表面，導(dǎo)致鑄造池上部分中的液體和輥之間的滑移，這樣就形成外觀為穿過鋼帶的橫向變形帶高速振痕缺陷。
此外，一方面為了避免低速振痕缺陷的產(chǎn)生，另一方面為了避免高速振痕缺陷的產(chǎn)生，有必要在一個很窄的鑄造速度范圍中操作。通常有必要在從30到32米/分鐘這樣的窄鑄造速度范圍內(nèi)操作。這一具體的速度范圍隨輥子的不同而不同，但是通常鑄造速度必須顯著低于40米/分鐘，以避免高速振痕。
我們現(xiàn)在已經(jīng)確定能夠產(chǎn)生一個輥鑄造表面，其很小傾向于產(chǎn)生振痕缺陷并且能夠使得鋼帶以大大超過迄今為止能夠不產(chǎn)生帶缺陷的鑄造速度的速度鑄造。此外，按照本發(fā)明提供的鑄造表面對引起鱷魚皮缺陷的條件還相對不敏感，并且能夠鑄造沒有鱷魚皮缺陷的鋼帶。
按照本發(fā)明，提供了一種連續(xù)鑄造鋼帶的方法，包括在一個或多個激冷鑄造表面上支持一個熔融鋼連鑄池，并且移動所述一個或多個激冷鑄造表面，以產(chǎn)生離開所述連鑄池的一條凝固帶，其中對所述鑄造表面或每一鑄造表面織構(gòu)化，形成任意圖案的具有尖頂?shù)牟贿B續(xù)突起，其尖頂?shù)谋砻娣植荚诿科椒胶撩?0到100個之間，平均高度至少為10微米。
優(yōu)選地，所述不連續(xù)突起的平均高度為至少20微米。
優(yōu)選地，所述帶以大于每分鐘40米的速度離開所述鑄造池。例如所述帶可以以每分鐘50米到65米的速度離開所述鑄造池。
所述熔融鋼可以是硫含量不大于0.025％的低殘留鋼。
本發(fā)明的方法可用于雙輥連鑄機。
按照本發(fā)明，進一步提供一種連續(xù)鑄造鋼帶的方法，其中，通過設(shè)置在一對平行鑄造輥之間的輥隙上方的金屬輸送管嘴將熔融金屬導(dǎo)引至所述輥隙中，以形成直接支持在輥隙上方輥鑄造表面上的熔融鋼鑄造池，所述鑄造輥轉(zhuǎn)動以從所述輥隙向下傳送一條凝固鋼帶，其中每一輥鑄造表面均被織構(gòu)化，形成任意圖案的具有尖頂?shù)牟贿B續(xù)突起，其尖頂?shù)谋砻娣植荚诿科椒胶撩?0到100個之間，平均高度至少為10微米。
本發(fā)明進一步提供一種連續(xù)鑄造鋼帶的裝置，包括一對連鑄輥，在該對連鑄輥之間形成一個輥隙；一個熔融鋼水輸送管嘴，其用于將熔融鋼水輸送到所述連鑄輥之間的輥隙中，以形成直接支持在輥隙上方的連鑄輥表面上的熔融鋼水鑄造池；以及輥驅(qū)動裝置，用于以相反方向驅(qū)動所述連鑄輥，從而產(chǎn)生從輥隙向下傳送的凝固金屬帶，其中，對每一個輥鑄造表面織構(gòu)化，形成具有尖峰的不連續(xù)突起的任意圖案，所述尖峰的表面分布在每平方毫米10到100個之間，平均高度至少為10微米。
按照本發(fā)明的織構(gòu)化的鑄造表面可通過對鑄造表面噴砂來實現(xiàn)，或者可通過對一個金屬基材噴砂來實現(xiàn)，所述金屬基材帶有表面涂層保護層，以產(chǎn)生一個鑄造表面。例如所述鑄造表面或每一鑄造表面可通過對銅基材進行噴砂而產(chǎn)生，隨后對該基材鍍敷一薄層鉻保護層?；蛘咚鲨T造表面可由鎳形成，在這種情況下鎳表面可被噴砂，而不施加任何保護涂層。
可替換地，所述鑄造表面或每一鑄造表面的所需網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)可通過在基材上沉積涂層來獲得。在這種情況下，可選擇涂敷材料來促進金屬凝固過程中高的熱通量。所述材料可以是一種這樣的材料，其對于鋼氧化物產(chǎn)物具有低的親和力，以便氧化物潤濕帶有這些沉積物的鑄造表面的能力低。更具體地，所述鑄造表面可由鎳、鉻和鉬的合金形成，或者由鎳、鉬和鈷的合金形成，將所述合金沉積以便產(chǎn)生所需的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。
為了更清楚地解釋本發(fā)明，將參照附圖描述本發(fā)明到目前為止的試驗結(jié)果，其中

圖1表示在模擬雙輥連鑄機條件下確定金屬結(jié)晶速度的試驗裝置；圖2表示包含在圖1所示試驗裝置中的浸入槳；圖3表示在網(wǎng)紋基材上的鋼試件凝固過程中獲得的熱通量值，所述網(wǎng)紋基材具有規(guī)則形式的間距為180微米深度為60微米的脊，并且將所述值與在噴砂基材上的凝固過程中獲得的值進行比較；圖4表示在連續(xù)浸入試驗期間獲得的最大熱通量測量值，其中鋼從四種不同的熔體被凝固到帶脊的基材和噴砂基材上；圖5表示從圖4的浸入試驗獲得的凝固殼中的鱷魚皮缺陷的物理測量結(jié)果；圖6表示在圖4所示的浸入試驗中獲得的凝固殼的厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差的測量結(jié)果；圖7表示以低鑄造速度凝固在一個帶脊基材上的低硫鋼殼表面的顯微照片，其顯示有低速波紋缺陷；圖8表示穿過圖7中低速波紋缺陷處的凝固殼的縱向截面圖；圖9表示以相對高的鑄造速度凝固到帶脊基材上的低硫鋼的凝固殼表面的顯微照片，其顯示有高速波紋缺陷；圖10是穿過圖9所示殼的縱向橫截面圖，進一步描述高速波紋缺陷的性質(zhì)；圖11和12是在具有不同脊深度的帶脊基材上形成的殼表面的顯微照片；
圖13是凝固到由規(guī)則金字塔突起形成網(wǎng)紋的基材上的殼表面的顯微照片；圖14是凝固到噴砂基材上的鋼殼表面的顯微照片；圖15表示覆蓋在不同網(wǎng)紋基材上的熔化氧化物百分比值，該基材產(chǎn)生圖11到圖14所示的凝固殼；圖16和17表示穿過由普通鋼熔化并以相同鑄造速度沉積在噴砂和帶脊網(wǎng)紋基材上的凝固殼所示的橫截面顯微照片；圖18表示采用帶鍍鉻脊基材和涂敷鎳、鉬和鉻合金的基材的連續(xù)浸入試驗過程中獲得的熱通量最大值；圖19、20和21是凝固在不同冷卻基材上的鋼殼的顯微照片；圖22是按照本發(fā)明操作的帶坯連鑄機的平面圖；圖23是圖22所示帶坯連鑄機的側(cè)視圖；圖24是沿圖22中線24-24的垂直橫截面圖；圖25是沿圖22中線25-25的垂直橫截面圖；圖26是沿圖22中線26-26的垂直橫截面圖；圖27表示按照本發(fā)明產(chǎn)生的一個典型表面網(wǎng)紋。
圖1和圖2表示一個金屬凝固試驗裝置，其中以精確模擬雙輥連鑄機鑄造表面的條件的一種速度將一個40mm×40mm的冷卻塊浸入熔化鋼熔池。當(dāng)所述冷卻塊移動穿過所述熔池時，鋼凝固在該冷卻塊上，而在所述冷卻塊的表面產(chǎn)生一層凝固鋼。這一層凝固鋼的厚度可在其整個區(qū)域的點測量，以繪制出在所述凝固速度下的變化和因此的不同位置的熱傳輸有效速度。這樣就能夠產(chǎn)生一個全面的凝固速度測量值以及整個熱通量測量值。而且能夠檢驗帶表面的顯微組織，分析凝固的顯微組織的變化與所觀察到的凝固速度和熱傳輸值的變化關(guān)系。
圖1和圖2所示的凝固裝置包括一個感應(yīng)爐1，其包含有惰性氣體中的熔化金屬2的熔體，所述惰性氣體例如可以是氬氣或氮氣?？傮w表示為3的浸入槳安裝在一個滑動件4上，該滑動件可以以一個選定的速度進入所述熔體2，隨后通過計算機控制馬達5的操作而收回。
浸入槳3包括一個鋼體6，該鋼體包括一個鍍鉻銅塊(40mm×40mm)基底7。通過熱電偶儀表測量監(jiān)測基底7溫度的升高，這就測量出熱通量值。
在隨后的描述中，有必要指出鑄件表面的平滑度的定量測量。在我們實驗工作中使用的有助于確定本發(fā)明范圍的一個具體側(cè)量是被稱之為算術(shù)平均粗糙度值，其通常由標(biāo)記號Ra表示。該值被定義為在測量長度lm內(nèi)自輪廓中心線的粗糙輪廓的所有絕對值距離的算術(shù)平均值。所述輪廓中心線是測量粗糙度的一條線，并且是平行于粗糙度寬度取舍值限度內(nèi)輪廓總方向的一條線，以便在該線和落在該線兩側(cè)的輪廓部分之間包含面積總和是相同的。所述的算術(shù)平均粗糙度值可被定義為Ra=1/lm∫x=0x=lm|y|dx]]>通過圖1和圖2所述實驗裝置進行的試驗已經(jīng)證明，當(dāng)澆鑄到一個由規(guī)則脊圖樣形成的網(wǎng)紋鑄件表面上時，通過采用由尖峰點不連續(xù)突起的任意圖樣形成的網(wǎng)紋鑄件表面可以避免對振痕和鱷魚皮缺陷的敏感性。所述的任意圖樣網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)可通過噴砂來實現(xiàn)，并且將一般導(dǎo)致5到10Ra數(shù)量級的算術(shù)平均粗糙度值，如下面所述的那樣，控制參數(shù)是峰突起的表面密度和該突起的最小深度，而不是粗糙度值。
該試驗進一步表明，脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)對鱷魚皮和振痕缺陷的敏感度是由于沿所述脊延伸的表面，沿所述脊氧化物可形成并熔化。熔化的氧化物沿著脊流動形成一些連續(xù)薄膜，這明顯地增加了沿所述脊的實際面積的熱傳遞。這增加了在初始凝固時經(jīng)歷的初始或峰點熱通量值，并且導(dǎo)致隨后氧化物凝固時熱通量顯著的減小，這將導(dǎo)致鱷魚皮缺陷的產(chǎn)生。對于由任意圖樣尖峰突起形成的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)鑄造表面，氧化物僅能夠鋪展在單個尖峰上，而不是如在脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)中那樣沿著延伸的面積鋪展。所以，熔化的氧化物不能夠鋪展在一個延伸面積上來顯著地增加初始熱通量。因而這樣的表面大大減小了對鱷魚皮缺陷的敏感性，而且還顯示出不需要象所述脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)那樣被徹底清洗來防止這種缺陷。
本試驗還證明任意圖樣的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振痕缺陷的傾向性很小，并且允許在每分鐘60米量級的極高鑄造速度下鑄造低硫鋼。由于與脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)低速鑄造相比凝固時的初始熱通量減小，所以不會產(chǎn)生振痕缺陷。在高速鑄造時，盡管會出現(xiàn)熔體和鑄件表面之間的滑移，但這不會形成裂紋。相信這是由于下面兩個原因的結(jié)果。首先是由于初始熱傳遞速度相對低(與25兆瓦/m2的脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)相比具有15兆瓦/m2的數(shù)值)，由于滑移的周期性接觸損失不能夠?qū)е禄茀^(qū)域內(nèi)大的局部熱傳遞變化。而且，網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的任意圖樣形成一種抗裂紋傳播性高的顯微組織。
圖3表示鋼帶在兩種基材上凝固期間獲得的熱通量值，第一種是由加工的脊形成的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，所述脊具有180微米的間距和60微米的深度，第二種是通過噴砂形成任意尖峰突起圖樣的基材，其具有每平方毫米20個尖峰的表面密度和約30微米的平均網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)深度，基材的算術(shù)平均粗糙度值是7Ra。可以看出所述噴砂網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)在整個凝固期間產(chǎn)生更加平滑的熱通量。更重要的是，這種噴砂網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)不象脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)那樣產(chǎn)生初始熱通量高峰值的突然下降，如上所述，所述脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)是鱷魚皮缺陷的主要原因。這種噴砂表面或基材產(chǎn)生較低的初始熱通量值，隨后很平滑地下降到一個值，其高于脊基材凝固過程中獲得的那些值。
圖4表示采用脊基材和噴砂基材進行連續(xù)浸入試驗獲得的最大熱通量測量值，所述脊具有180微米的間距和60微米的深度。試驗是對具有不同化學(xué)成分的四種鋼熔體的凝固進行的。前三種熔體是具有不同銅含量的低殘留鋼，第四種熔體是高殘留鋼熔體。在脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)基材的情況，基材用鋼絲刷清理干凈，進行由字母WB表示的試驗，沒有用鋼絲刷清理的在一些試驗之前進行，用字母NO表示。沒有用鋼絲刷清理的試驗在采用噴砂基材的任何連續(xù)試驗之前進行?？梢钥吹綄τ谒谢瘜W(xué)成分的鋼，噴砂基材產(chǎn)生比脊基材一貫較低的最大熱通量值，并且不需要任何清理。脊網(wǎng)紋機構(gòu)基材產(chǎn)生一貫較高的熱通量值，并且當(dāng)停止清理一段時間時，熱通量值明顯地增加，表明對鑄件表面上形成的氧化物很高的敏感度。
對圖4中表示的浸入試驗的凝固鋼殼進行檢測，并測量鱷魚皮缺陷。這些測量結(jié)果在圖5中表示出。可以看到位于脊基材上的鋼殼顯示出相當(dāng)?shù)镊{魚皮缺陷，而位于噴砂基材上的鋼殼沒有顯示任何鱷魚皮缺陷。在其整個區(qū)域的所有位置對所述殼進行測量，以得出厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差(STD)的測量值，這些值在圖6中表示出?？梢钥闯鲈跇?biāo)準(zhǔn)厚度偏差中所述脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)比凝固到噴砂基材上的殼產(chǎn)生更寬的波動。
圖7表示包括重量百分比為0.05％的碳、0.6％的錳、0.3％的硅和少于0.01％的硫的鋼熔體凝固到間距為180微米深度為20微米的脊網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)上的殼的表面顯微照片。所述鋼殼是由1580℃的熔體以30米/分的有效帶連鑄速度沉積而成的。所鑄造的帶顯示出清晰可見的橫向裂紋形式的低速振痕(chatter)缺陷。這種裂紋是在初始凝固過程中產(chǎn)生的，可以看到在所述缺陷的上下的表面顯微結(jié)構(gòu)都沒有變化。圖8是穿過圖7所示的相同帶的縱向截面圖。橫向表面裂紋可被清楚地看到，并且可以看出在缺陷區(qū)域內(nèi)所述帶變薄。
圖9和圖10是顯微照片圖，表示穿過由與圖7和圖8相同的鋼殼熔體以60米/分這一更高的有效連鑄速度沉積在相同脊基材上的殼的表面結(jié)構(gòu)和縱向截面圖。所述帶顯示出呈橫向區(qū)域形式的高速振痕缺陷，其中在所述缺陷的上下帶實際上變薄并且顯微結(jié)構(gòu)有顯著的不同，盡管在圖10的截面中沒有清晰可見的表面裂紋。
圖11、12、13和14是顯微照片圖，表示凝固到四種不同基材上的表面成核，所述基材具有分別由180微米間距20微米深度(圖11)的規(guī)則脊提供的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)；由180微米間距60微米深度(圖12)規(guī)則脊提供的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)；160微米間距20微米高度(圖13)規(guī)則金字塔突起提供的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)；和具有10Ra的算術(shù)平均粗糙度(圖14)的噴砂基材。圖11和12表示出與網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)脊相應(yīng)的廣泛的成核帶區(qū)域，在初始凝固過程中液態(tài)氧化物在所述脊上鋪展開。圖13和14顯示出較小的成核區(qū)域，證明了較小的氧化物擴展。
圖15表示在圖11到圖14進行的圖象分析中得出的各自的氧化物覆蓋測量值，并且提供了由不連續(xù)突起圖樣產(chǎn)生的從根本上減小的氧化物覆蓋面積的測量值。該圖表示出噴砂基材上的氧化物覆蓋面積與20微米高度和160微米間距的金字塔突起的規(guī)則柵格圖樣基材上的氧化物覆蓋面積非常相同。
圖16和17是顯微照片圖，表示穿過以60米/分的鑄造速度由典型MO6鋼熔體(重量百分比為0.007％的殘留硫，0.44％的Cu,0.009％的Cr,0.003％的Mo,0.02％的Ni,0.003％的Sn)沉積在帶有鉻保護涂層的噴砂銅基材上(圖16)的鋼殼的橫截面圖，和沉積在160微米間距和60微米深度的鍍鉻基材的脊基材上(圖17)的鋼殼的橫截面圖?？梢钥闯鲭S著凝固的進行該脊基材產(chǎn)生非常粗糙的樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)，這通過遠離冷卻基材的殼一側(cè)的粗糙樹枝狀晶體顯示出。噴砂基材產(chǎn)生更加均勻的顯微結(jié)構(gòu)，在整個樣品的厚度上是精致的。
對脊基材和噴砂基材產(chǎn)生的顯微結(jié)構(gòu)試驗表明所述脊基材傾向于產(chǎn)生樹枝狀生長的圖案，其中樹枝狀晶體從成核區(qū)域沿著所述脊散開。對噴砂基材產(chǎn)生的殼的試驗顯示出一個顯著均勻一致的顯微結(jié)構(gòu)，其非常優(yōu)越于規(guī)則結(jié)構(gòu)基材產(chǎn)生的顯微結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的任意性對實現(xiàn)均勻一致的防止裂紋傳播的顯微結(jié)構(gòu)來說是非常重要的。噴砂網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)還形成對鱷魚皮和振痕缺陷敏感性的顯著降低，在不需要添加硫的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)高速低硫鋼的連鑄。為了達到這些效果，鋼熔體和鑄造表面之間的接觸被限制為進入熔體的不連續(xù)尖峰的任意模式是很重要的。這就需要這些不連續(xù)突起應(yīng)當(dāng)具有一個尖的造型，而不應(yīng)當(dāng)具有擴展的頂部表面區(qū)域，并且這些突起的表面密度和高度應(yīng)當(dāng)是這樣的，即熔體可由尖峰支撐，而不流到尖峰之間的下陷區(qū)域內(nèi)。我們的試驗結(jié)果和計算表明為了實現(xiàn)這一結(jié)果，所述突起必須具有至少10微米的平均高度，并且所述尖峰的表面密度必須在10到100個/mm2之間。
用顆粒尺寸為0.7到1.4mm數(shù)量級的硬微粒材料如鋁、硅或碳化硅噴砂，在金屬基材上形成合適的任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。例如，銅輥表面可以以這種方式噴砂，以形成一個合適的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)紋表面用50微米厚度量級的一個鉻涂層保護?？商鎿Q地，可以直接將網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)表面施加到鎳基材上，不需要額外的保護涂層。
通過化學(xué)沉積或電解沉積形成涂層的方式，也可以形成一種合適的任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。在這種情況下可選擇涂層材料，以便在凝固過程中具有高的熱傳導(dǎo)性和增加的熱通量。也可以選擇涂層材料，以便在鋼中的氧化物產(chǎn)物表現(xiàn)出差的潤濕性，鋼熔體本身對于涂層材料具有較大的親和力，因而鋼熔體優(yōu)于所述氧化物而潤濕涂層。我們已經(jīng)確定了兩種合適的材料是鎳鉻鉬合金，其可以從市場上買到，商品名為“HASTALLOY C”，和鎳鉬鈷合金，其可以從市場上買到，商品名為“T800”。
圖18表示出采用帶脊鉻基材進行連續(xù)浸入試驗獲得的最大熱通量測量值，和采用任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的“T800”合金材料基材進行類似試驗獲得的測量值。在采用脊基材的試驗中，當(dāng)形成氧化物時熱通量值增加到高值。在浸入20次后清理掉氧化物，導(dǎo)致熱通量值顯著地降低，由于在浸入26到32次后又形成氧化物，所以隨后熱通量值又增加，之后，清理掉氧化物重復(fù)進行這一周期循環(huán)。在“T800”基材上進行試驗時，基材未被清理，所以在整個試驗周期允許任何氧化物沉積形成。
可以看到由帶脊鉻基材獲得的熱通量值高于由“T800”基材獲得的熱通量值，但當(dāng)氧化物形成時表現(xiàn)出典型的與熔化和再凝固有關(guān)的變化，這種變化引起鑄造帶上的鱷魚皮缺陷。由“T800”基材獲得的熱通量測量值低于由帶脊鉻表面獲得的熱通量測量值，但是它們明顯均勻，表明所形成的氧化物不產(chǎn)生任何熱通量干擾，因而在鑄造過程中不是一個所考慮的因素。在這些試驗中的“T800”基材具有6微米的Ra值。
還表示出沉積在任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)“T800”基材上的殼比那些沉積在鉻基材上的殼具有更加均勻的厚度。沉積在“T800”基材上的殼的厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差測量值一直低于沉積在帶脊的鉻基材上的殼的相同測量值的至少50％，這表明非常均勻的厚度的殼的生產(chǎn)不表現(xiàn)出產(chǎn)生鱷魚皮變形的那種變形。這些結(jié)果通過對試驗殼的微觀檢測得到證實。圖19是凝固到帶脊鉻基材上的典型鋼殼的橫截面顯微照片，而圖20是在相同試驗中沉積到“T800”基材上的典型鋼殼的橫截面顯微照片?？梢钥闯龊竺娴匿摎ぴ谄湔麄€厚度上具有更加均勻的橫截面，并且具有更加均勻的顯微結(jié)構(gòu)。
由一種“HASTALLOY C”的任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)基材也可以得到類似于由“T800”基材所獲得的那些結(jié)果。圖21是凝固到這種基材上的殼的顯微照片。這一殼沒有沉積在如圖20所示的“T800”基材上的殼那樣均勻，或沒有那么厚。這是由于相應(yīng)的M06號鋼在所述“HASTALLOY C”基材上比在“T800”基材上的潤濕性稍差的緣故，所以凝固過程進行得沒有那么快?？墒窃谶@兩種情況下，殼比由帶脊的鉻表面獲得的相應(yīng)殼更厚且更均勻，所述試驗已經(jīng)顯示出凝固結(jié)晶過程不受所聚集的氧化物的影響，所以對鑄造表面的清理將不是關(guān)鍵的因素。
圖22到圖26表示一個雙輥帶坯連鑄機，該連鑄機可以按照本發(fā)明操作。這種連鑄機包括一個從車間地面12豎立起來的主機架11。機架11支撐著連鑄輥托架車13，所述托架車在組裝區(qū)14和連鑄區(qū)15之間水平移動。托架車13載著一對平行連鑄輥16，在連鑄操作期間熔融金屬通過一個分配器18和輸送管嘴19從一個澆包17供應(yīng)到所述連鑄輥，以形成一個澆鑄池30。連鑄輥16用水冷卻，以便殼凝固在移動輥表面16A，并且在所述輥之間的夾擠處集合在一起，以在所述輥出口處產(chǎn)生一個凝固帶產(chǎn)品20。將所述產(chǎn)品送進到一個標(biāo)準(zhǔn)卷取機21，并且可隨后被傳輸?shù)揭粋€第二卷取機22。一個容器23被安裝到鄰近連鑄區(qū)的所述機架上，并且熔融金屬可通過在所述分配器18上的一個溢流斜槽24被傳遞到該容器中，或者如果在連鑄期間出現(xiàn)產(chǎn)品的嚴(yán)重故障或其它嚴(yán)重故障時，則通過在所述分配器18一側(cè)的應(yīng)急的爐底砌塊25的拉出將熔融金屬傳遞到該容器中。
連鑄輥托架車13包括一個托架框31，其通過輪32安裝在沿主機架11一部分延伸的軌道33上，由此輥托架車13作為一個整體被安裝而沿軌道33移動。托架框31載著一對輥支架34，其中輥16是可轉(zhuǎn)動地安裝的。輥支架34通過相互嚙合的互補滑動件35和36而安裝在托架框31上，以允許輥支架在液壓缸裝置37和38的作用下在所述托架車上移動，來調(diào)節(jié)連鑄輥16之間的夾擠處，使得當(dāng)需要穿過所述帶形成一橫向減弱線時所述輥在一短時間間隔內(nèi)迅速移開，如下面更詳細地解釋的那樣。通過雙動(double act)液壓活塞和液壓缸裝置39的動作，托架車沿著軌道33作為一個整體可移動，所述裝置39連接在輥托架車上的驅(qū)動托架40和主機架之間，以便在組裝站14和連鑄站15之間被作用而移動所述輥托架車，反之亦然。
連鑄輥16通過與電動機連接的驅(qū)動軸41反方向地旋轉(zhuǎn)，所述電動機安裝在托架框31上。輥16帶有銅周邊壁，所述壁帶有一系列縱向延伸和沿圓周間隔開的水冷卻通道，從輥驅(qū)動軸41中的供水管道通過輥端給所述水冷卻通道供應(yīng)水，所述輥驅(qū)動軸41通過旋轉(zhuǎn)密封壓蓋43與供水軟管42連接。所述輥通常直徑約500mm，長達2000mm，以便生產(chǎn)2000mm寬度的帶產(chǎn)品。
澆包17整個具有傳統(tǒng)的構(gòu)造，通過一個高處的起重裝置上的軛狀物45支撐，從該處所述澆包可從一個熱金屬接收區(qū)開始定位。所述澆包安裝有一個制動器桿46，其由一個伺服缸作用，以允許熔融金屬穿過出口嘴47和耐火磚套48從所述澆包流入分配器18。
分配器18是由如氧化鎂(MgO)這樣的耐火材料制成的張開的盤狀形式。分配器的一側(cè)接收來自所述澆包的熔融金屬，并具有一個前述的溢流斜槽24和爐底砌塊25。分配器的另一側(cè)具有一系列縱向間隔開的出口52。分配器的較下部分帶著安裝托架53，將所述分配器安裝到輥托架框31上，并且在所述托架框上具有接收索引釘54的孔，以便準(zhǔn)確定位所述分配器。
輸送管嘴19形成一個耐火材料如氧化鋁石墨制成的細長體。其下部帶有錐度，以便向內(nèi)并向下會聚，使得它能夠伸入到連鑄輥16之間的輥隙中。輸送管嘴19具有一個安裝托座60，由此將該管嘴支撐在輥托架框上，其上部形成向外伸出的側(cè)緣55，該側(cè)緣55位于所述安裝托座60上。
輸送管嘴19可帶有一系列橫向間隔開的通常沿縱向延伸的流道，以產(chǎn)生金屬在所述輥的整個寬度范圍內(nèi)的合適的低速排放，并且將所述熔融金屬輸送到輥支架的輥隙中，而不直接撞擊到輥的表面(在該輥表面出現(xiàn)初始的凝固)?；蛘?，所述管嘴可具有單獨一個連續(xù)的狹縫出口，而將熔融金屬的低速液簾直接輸送到輥之間的輥隙中和/或可將其浸入所述熔融金屬池中。
在輥端部通過一對側(cè)封閉板56形成所述熔融金屬池，當(dāng)輥托架框在連鑄區(qū)時，所述側(cè)封閉板56被保持支靠在輥的階梯式端部。側(cè)封閉板56由強耐火材料制成，例如由氮化硼制成，并具有帶缺口的側(cè)邊81，與所述輥的階梯式端部57的弧度匹配。所述側(cè)封閉板可被安裝在板套柄82上，通過一對液壓缸裝置83的作用所述板套柄在連鑄區(qū)是可移動的，從而使得所述側(cè)封閉板與連鑄輥的階梯式端部配合，以形成連鑄操作期間在連鑄輥上形成的金屬熔融池的端部密封。
在連鑄操作過程中，操縱澆包制動器桿46，使得熔融金屬從所述澆包澆鑄到分配器，穿過所述金屬輸送管嘴，從該管嘴熔融金屬流到所述連鑄輥。帶狀產(chǎn)品20的清潔頭部通過擋板臺96的動作而被導(dǎo)引到卷取機21的爪。擋板臺96從主框架上的樞軸臺架垂下，當(dāng)已經(jīng)形成所述清潔頭部后，通過液壓缸裝置98的動作所述擋板臺96可向著卷取機擺動。擋板臺96可對著一個由活塞和汽缸裝置101作用的上方帶導(dǎo)引活瓣99操作，并且所述帶狀產(chǎn)品20可被限制在一對縱向側(cè)輥102之間。當(dāng)所述頭部已被導(dǎo)引到卷取機的爪內(nèi)后，卷取機旋轉(zhuǎn)而卷取帶狀產(chǎn)品20，并允許擋板臺擺回到其非操作位置，在該位置擋板臺僅僅是從清除產(chǎn)品后的機器框架垂下(產(chǎn)品直接繞在卷取機21上)。隨后所形成的帶狀產(chǎn)品20可被傳送到卷取機22，以生產(chǎn)出一個最終的運離連鑄機的盤卷。
對圖12到圖16描述的這種雙輥連鑄機的更具體的描述在我們的美國專利5184668和5277243以及國際專利申請PCT/AU93/00593中詳細敘述。
按照本發(fā)明，輥16的銅周邊壁可被噴砂，以形成所需深度和表面密度的任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的不連續(xù)峰點突起，所述網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)可通過一薄層鉻鍍層進行保護?；蛘撸鲚伒你~壁可被涂敷鎳，對鎳涂層進行噴砂處理，以達到所需的任意表面網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。在另外一種選擇中，可將如HASTALLOY C或T800這樣的合金材料在連鑄輥的銅壁上進行電解沉積。
圖27表示按照本發(fā)明產(chǎn)生的典型的表面網(wǎng)紋。
權(quán)利要求
1．一種連續(xù)鑄造鋼帶的方法，包括在一個或多個激冷鑄造表面上支持一個熔融鋼連鑄池，并且移動所述一個或多個激冷鑄造表面，以產(chǎn)生離開所述連鑄池的一條凝固帶，其中對所述鑄造表面或每一鑄造表面織構(gòu)化，形成任意圖案的具有尖頂?shù)牟贿B續(xù)突起，其尖頂?shù)谋砻娣植荚诿科椒胶撩?0到100個之間，平均高度至少為10微米。
2．一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述不連續(xù)突起的平均高度為至少20微米。
3．一種如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述帶以大于每分鐘40米的速度離開所述鑄造池。
4．一種如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述帶以每分鐘50米到65米的速度離開所述鑄造池。
5．一種如前述權(quán)利要求任意之一所述的方法，其特征在于，所述熔融鋼是硫含量不大于0.025％的低殘留鋼。
6．一種如前述權(quán)利要求任意之一所述的方法，其特征在于，有一對所述連續(xù)鑄造表面，該對鑄造表面是通過一對平行連鑄輥的周邊表面形成的，它們之間留有間隙，熔融鋼水被導(dǎo)引至連鑄輥之間的輥隙中，以形成直接支持在輥隙上方的輥鑄造表面上的澆鑄熔池，轉(zhuǎn)動所述連鑄輥將凝固帶從輥隙向下傳送。
7．一種如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過設(shè)置在輥隙上方的金屬輸送管嘴將所述熔融鋼水傳送到連鑄輥之間的輥隙中。
8．一種如前述權(quán)利要求任意之一所述的方法，其特征在于，所述鑄造表面或每一鑄造表面由涂敷有保護涂層的噴砂基材構(gòu)成。
9．一種如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述保護涂層是一種電解沉積金屬涂層。
10．一種如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述基材為銅，并鍍敷有鉻。
11．一種如權(quán)利要求1到7任何之一所述的方法，其特征在于，所述鑄造表面或每一鑄造表面是一種噴砂表面。
12．一種如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述噴砂表面由鎳形成。
13．一種如權(quán)利要求1到7任何之一所述的方法，其特征在于，所述鑄造表面或每一鑄造表面由涂敷在一個基材上的涂層形成，并且所述表面產(chǎn)生任意的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。
14．一種如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述涂層通過化學(xué)沉積而成。
15．一種如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述涂層通過電解沉積方法而成。
16．一種如權(quán)利要求13到15任何之一所述的方法，其特征在于，所述涂層由一種材料形成，這種材料對于熔融鋼水中的氧化物具有低的親和力，以便熔融鋼水本身對于涂敷材料具有較大的親和力，因此優(yōu)于所述氧化物潤濕涂層。
17．一種如權(quán)利要求13到16任何之一所述的方法，其特征在于，所述涂層由鎳、鉻和鉬合金形成。
18．一種如權(quán)利要求13到16任何之一所述的方法，其特征在于，所述涂層由鎳、鉬和鈷合金形成。
19．連續(xù)鑄造鋼帶的裝置，包括一對連鑄輥，在該對連鑄輥之間形成一個輥隙；一個熔融鋼水輸送管嘴，其用于將熔融鋼水輸送到所述連鑄輥之間的輥隙中，以形成直接支持在輥隙上方的連鑄輥表面上的熔融鋼水鑄造池；以及輥驅(qū)動裝置，以相反方向驅(qū)動所述連鑄輥，從而產(chǎn)生從輥隙向下傳送的凝固鋼帶，其中，對每一個輥鑄造表面織構(gòu)化，形成具有尖峰點的不連續(xù)突起的任意圖案，所述尖峰點的表面分布在每平方毫米10到100個之間，平均高度至少為10微米。
20．一種如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述不連續(xù)突起的平均高度為至少20微米。
21．一種如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其特征在于，所述輥的每一鑄造表面均由涂敷有保護涂層的噴砂基材確定。
22．一種如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述保護涂層是一種電解沉積金屬涂層。
23．一種如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述基材是銅，所述電鍍層是鉻。
24．一種如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其特征在于，所述輥鑄造表面是噴砂表面。
25．一種如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述輥的噴砂鑄造表面由鎳形成。
26．一種如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其特征在于，所述輥的每一鑄造表面通過沉積在一個基材上的涂層確定，以便產(chǎn)生任意網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的表面。
27．一種如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，所述涂層通過化學(xué)沉積方法而成。
28．一種如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，所述涂層通過電解沉積而成。
29．一種如權(quán)利要求26到28任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述涂層由鎳、鉻和鉬合金形成。
30．一種如權(quán)利要求26到28任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述涂層由鎳、鉻和鈷合金形成。
全文摘要
在鋼帶雙輥連鑄中,熔融鋼水導(dǎo)引至平行鑄造輥之間的輥隙中,以形成支撐在輥鑄造表面上的鑄造池,輥轉(zhuǎn)動從輥隙向下導(dǎo)引凝固鋼帶。對鑄造表面織構(gòu)化,形成具有尖峰點的不連續(xù)突起的任意圖案,尖峰點的表面分布在每平方毫米10到100個之間,平均高度至少為10微米。任意織構(gòu)化網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)可通過對鑄造表面基材噴砂形成,由保護涂層覆蓋在基材上。也可將涂層通過化學(xué)沉積或電解沉積方法沉積在基材上產(chǎn)生網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。
文檔編號B22D11/00GK1311721SQ99809396
公開日2001年9月5日 申請日期1999年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月7日
發(fā)明者拉扎爾·斯特里佐夫, 坎納帕·穆孔瑟恩 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社, Bhp鋼鐵有限公司