專利名稱：510l汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料的制作方法

　　技術領域：

　　本發明屬于冶金輔料技術領域，特別是一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功 能保護材料。

　　背景技術：

　　熱軋大梁鋼主要應用于各類商用車領域，用于制造重卡、輕卡、皮卡等各種貨 車和客車的大梁，包括縱梁和橫梁。目前所使用的大梁鋼，主要是420L，510L和610L， 低級別的大梁鋼基本已經被淘汰，而屈服強度在700Mpa以上的高強鋼，在大部分企業還 處于實驗階段。與汽車行業的高速發展相對應，大梁鋼的市場需求近幾年也保持高速增 長態勢，其中2005年完成61萬噸，2006年完成72萬噸，2007年完成100萬噸，2008年 完成123萬噸。但是在大梁鋼采購中，510L和610L主要用于重卡汽車上，對于中卡和輕 卡材質的選用則相對比較一般，材質主要以Q235、Q345B等為主，即使有420L和510L 的使用，用量也相對較少，因此，重卡汽車行業的發展直接影響510L和610L在市場中的 用量情況。從2005年至2008年全國重卡汽車生產總量(含牽引車)分別為23萬輛，31萬 輛，49萬輛，54萬輛，2009年重卡汽車生產總量預計全年同比增長5% 10%，即實現 56 60萬輛。每輛重卡汽車在生產車架中所使用大梁鋼的量在0.8 1.2噸，即2009年 重卡行業主機廠汽車大梁鋼使用量在60萬噸左右，但考慮到汽車改裝企業(或專用車行 業)在制作副梁過程中汽車大梁鋼的用量，2009年汽車大梁鋼用量在90萬噸以上，隨著 汽車減重過程中以薄規格高強鋼代替原先的Q235B和Q345B，高強和超高強汽車大梁鋼 用量會迅速增加。隨著汽車工業的發展，為提高汽車的承載能力，延長汽車使用壽命和節能、節 材以及安全行駛等要求，用熱軋低合金高強度和超高強度鋼板生產汽車車架大梁，已成 為發展趨勢。目前使用超高強汽車大梁鋼屈服強度在700MPa以上，主要用于汽車減重 上，減重部位為重卡車架和車廂體上，減重重量在1噸以上。目前一些主機廠和專用車 生產企業用量較大，未來超高強700MPa以上的市場用量將會逐步放大。根據國家對環保節能汽車的大力支持，將來該類型的車系將得到越來越多的推 廣，因此目前各卡車生產廠商正著眼于卡車的減重，更高強度和更薄規格的汽車大梁鋼 材料將會在未來得到青睞。510L廣泛應用于載重汽車、輕卡、SUV等汽車的主梁、橫梁、加強件等。一般 厚度為3 14mm。510L為國標，其中數字510表示最低抗拉強度(N/mm2)，L表示大 梁鋼中“梁”的首位拼音字母“L”。鋼號CSiMnS彡AltNbVTi510L判 S I0. 09 -0. 12彡 0. 301.20 -1.600. 0200.0100. 020-0. 0600. 01 -0. 05——晨0. 100. 151.400. 0150. 0080. 0300. 03——首鋼京唐鋼鐵有限公司自2010年2月份開始生產510L汽車大梁鋼，斷面為 230X (1100-2150)拉速為0.8-1.3米/min，鋼水成分如上表。510L鋼種的特殊性，就是此鋼種極易造成板坯縱向裂紋。為了獲得滿意的產品 質量。因此對功能保護材料性能的要求也非常的嚴格，功能保護材料在確保潤滑，改善 減緩傳熱，吸附鋼水中的夾雜物。還必須保證做到以下幾點1)穩定的液渣層厚度，液 渣層厚度的大小，會影響鑄坯表面產生裂紋等缺陷。2)避免渣圈生成，渣圈多了影響渣 膜導入的均勻性，還會把液渣向下流動的通道堵死，影響坯子均勻散熱，表面容易出現 縱裂；3)良好的鋪展性和透氣性，使渣子在結晶器內能夠很快的形成三層結構，來保證 渣膜的流入的均勻性。4)合適的渣耗量，充分填充坯子與結晶器之間的縫隙，并達到理 想的渣膜厚度，來緩慢坯子與結晶器之間的對流傳熱；5)較低的熔渣粘度，由于510L鋼 種的收縮特性，導致坯子在凝固收縮的過程中，與結晶器之間形成的氣隙，比一般的包 晶鋼形成的氣隙要大。相應熱傳遞也就快，這樣必須通過液渣膜均勻而過多的流入縫隙 之間，形成足夠厚的隔熱帶，來影響坯子緩慢傳熱，避免過快導熱，出現縱裂。

　　發明內容

　　本發明的目的是提供一種為新型510L包晶合金鋼解決鑄坯坯表面縱裂現象，而 特意研制的一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料。為實現本發明的目的，所述的510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料， 其原料包括熔化料、細玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含 量分別為66.0%、4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重 量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3不大于1%、 Al2034 6%、Na2O 5 — 7%, 4%。所述功能保護材料中，Li2O重量百分含量為2.0 3%，MgO重量百分含量為 3.0 — 6.0%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.35 1.45%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F ,其重量百分含量為 Si0225.0 32.0%，CaO 35.0 42.0%，Al2O3 <5%, Na2O 6.0 9.0%, F—8.0 10.0%、k20<1.5%。下面通過實施例，對本發明作進一步詳述510L是明顯的亞包晶合金鋼。此類鋼種的特點是碳含量0.10%，處在亞包晶 區，發生包晶發應。反應過程中伴隨著較大的線收縮和S元素的偏析，體積收縮后結晶 器與坯殼間的間隙大，使得在結晶器內形成的初始坯殼厚度不均勻，熱應力使得坯殼的 薄弱處產生裂紋，鑄坯出結晶器后受二冷噴水的急冷，并在二冷區繼續不斷擴展。S元素偏析后造成鋼種的熱脆性加劇裂紋的生成。Mn含量1.4%，Mn元素具有典型的快速傳熱的特點，因此此鋼種極易因Mn含 量高傳熱快造成鑄坯裂紋。Nb含量主要用于鋼種微合金化，提高鋼種的強度。但Nb元 素與鋼水中的N(C)元素發應生成NbNC，在鑄坯凝固過程中析出。析出的NbNC增加 鋼種的脆性，是造成板坯裂紋的另一重要原因。功能保護材料化學成分設計。首先要求功能保護材料的二元堿度(Ca(VSiO2)必 須達到1.3以上，以保證結晶器內渣膜形成厚的結晶象，改善坯殼與結晶器之間的傳熱， 為了控制結晶器內傳熱，包晶鋼功能保護材料應選擇堿度高、結晶溫度高和結晶比大的 功能保護材料，同時在不影響結晶溫度和結晶比的條件下，最大限度降低凝固溫度，以 改善渣膜的潤滑效果。結晶溫度對功能保護材料在結晶器內潤滑和傳熱都有較大的影響。這是因為功 能保護材料熔化的液渣流入結晶器和坯殼之間形成固態渣膜和液態渣層，當結晶溫度高 時液渣中就容易析出硅灰石、鈉、鈣黃長石和槍晶石等高熔點晶體，從而影響功能保護 材料的潤滑性能；同時，在固態渣膜中析出大量晶體質增加了渣膜熱量傳遞的熱阻。在 澆注包晶鋼等裂紋敏感性鋼時，為了達到減少結晶器傳熱的目的可以適當提高功能保護 材料的結晶溫度，但由于渣膜潤滑性能變差，粘結幾率增大，因此，包晶鋼功能保護材 料粘度較其它渣小。結晶比就是指固態渣膜中析出晶體的百分比，可以用來描述功能保護材料的潤 滑性能和傳熱能力。這是因為在固態渣膜的形成過程中不斷有晶體析出，由于體積收縮 使得形成的固態渣膜中有許多空隙，從而增加了功能保護材料的傳熱熱阻達到了控制傳 熱的效果；同時由于晶體質膜的潤滑能力不如玻璃質膜，當晶體質膜較厚時將影響功能 保護材料的潤滑性能，以達到控制潤滑的效果。堿度對功能保護材料結晶比有明顯的影 響，隨著堿度的升高，功能保護材料的結晶率也有明顯的提高。對于澆注包晶鋼等裂紋 敏感性鋼就需要適當的增加功能保護材料的結晶率來控制功能保護材料的傳熱效果，降 低發生縱裂的可能性。本發明控制功能保護材料的二元堿度在1.35 1.45范圍內。其次，采用多種 熔劑的方法調節功能保護材料熔點和粘度，其中Li2O是一個重要熔劑，對降低功能保護 材料粘度和熔點顯著，同時Li2O還能提高功能保護材料的熱穩定性。本發明功能保護材 料中Li2O含量控制范圍為2.0 3.0% ；；作為常規功能保護材料熔劑重要成分的Na2O 在本發明功能保護材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破壞渣膜的玻 璃性能，減少功能保護材料中的Na2O含量同時還可提高功能保護材料的表面張力，有利 于渣-金分離，減少鑄坯表面夾渣和粘渣，本發明功能保護材料中Na2O含量控制范圍為 6.0 7.0%，Na2O在功能保護材料的作用仍然是降低熔點和粘度；功能保護材料中的 F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流動性，但在本發明中要特別注意控制功能保護材 料中的F-含量，若渣中CaF2含量過高會引起槍晶石(3Ca0.2Si02.CaF2)等高熔點物的析 出，破壞熔渣的玻璃性，使潤滑條件惡化，另外F—離子含量過高還會對伸入式水口造成 嚴重侵蝕，減少水口使用壽命，為此，本發明功能保護材料中F-含量控制范圍為7.0 8.5%。最后，就是要求功能保護材料快速熔化，形成足夠的液渣層和保證一定的渣消耗 量。要求配碳量不能太高，但也不能過低，否則形成的液渣層和燒結層太厚，使得結渣條嚴重，阻礙功能保護材料的均勻流入。因此，配碳種類選用比表面積大和燃燒速度快 的炭黑，本發明功能保護材料中C含量控制范圍為12.0 15.0%。功能保護材料物理性能確定。本發明要求功能保護材料具有較低的熔點、粘 度、凝固溫度和較快的熔化速度。具體設置要求為熔點(半球點溫度)為1120 11700C ； 1300°C的粘度為0.05 0.06Pa · S ；凝固溫度為1120 1190°C (粘度-溫度 曲線判定)；熔化速度為35 45秒(渣柱法測試)。配渣基料的選用和特點。功能保護材料的性能取決于制渣基料的選擇，常規的 機混渣主要采用多種生料混合而成，由于受熱后產生分解化合物而影響到性能變化，影 響了熔渣的穩定性。本研究選擇用熔化料作為功能保護材料配渣基料，該特制的預熔型 渣除了含有常規的預熔型渣基本成分外，如Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F_，還含有本發 明功能保護材料需要的MgO成分。由于減少了生料的配入比例，熔渣性能的穩定性得到 了提高。特別是預熔型連鑄渣基料比例達到了 60 70%，減少了在結晶器內的分解化合 反應過程，明顯增加了使用效果的穩定性。生產工藝和質量控制標準。功能保護材料成品的理化性能穩定性與所使用生產 工藝和控制標準是直接相關的。為了適應510L專用功能保護材料的高質量需求，本發明 功能保護材料采用了如下質量控制標準1)每種原料粒度要求通過250目；2)混勻攪拌 和水磨成漿時間各1小時。采用上述研究結果生產的該功能保護材料，在首鋼京唐鋼鐵有限公司1號。2號 達涅利板坯連鑄機上澆注斷面為230mmX (1100-2150)mm，510L汽車大梁鋼，拉速在 0.8-1.3m/min.渣耗量為0.55kg/T鋼、鋼水表面液渣層厚度10_12mm。經現場試驗結果 表明，該功能保護材料使用時，在結晶器內鋪展性、保溫性和熔化性能表現良好；結晶 器內傳熱量穩定和均勻，滿足波動范圍內的拉速要求；熱相圖穩定。試驗渣渣條小、改 善了流入不均現象，功能保護材料潤滑性好，防止了粘結性漏鋼。鑄坯表面沒有裂紋.夾 渣和粘渣現象，鑄坯表面質量好。

　　具體實施例方式實施例一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料，其原料包括熔化料、 細玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為66.0%、 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為 Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、 Na2O 5 ~ 7%, F

　　4%。所述功能保護材料中，Li2O重量百分含量為2.2%，MgO重量百分含量為 5.0%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.43%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F、其重量 百分含量為 Si0225.8%，CaO 37%, Al2034.5%, Na2O 8.4%,k20 1.3% 實施例二 一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料，其原料包括熔化料、 細玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為66.0%、 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、

　　Na2O 5 ~ 7%, F

　　4%。所述功能保護材料中，Li2O重量百分含量為2.9%，MgO重量百分含量為 3.5%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.23%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F、其重量 百分含量為 Si0231.0%，CaO 38.0%, Al2031.5%, Na2O 6.5%,k20 0.5%。實施例三一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料，其原料包括熔化料、 細玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為66.0%、 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為 Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、 Na2O 5 ~ 7%, F

　　4%。所述功能保護材料中，Li2O重量百分含量為2.5%，MgO重量百分含量為 4.5%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.33%，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F、其重量 百分含量為 Si0228.5%，CaO 38.0%, Al2032.5%, Na2O 7.5%,k20 0.75%。

　　權利要求

　　1.一種510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料，其特征在于其原料包括 熔化料、細玻璃粉、碳酸鈉、螢石、冰晶石、碳酸鋰、碳黑。其重量百分含量分別為 66.0%, 4.0%, 3.5%, 17.0%, 5.0%, 3.0%, 1.5%,所述熔化料的成份及重量百分比 組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3不大于 1%、Al2034 6%, Na2O 5 — 7%, 4%。

　　2.如權利要求1所述的510L汽車大梁鋼專用連鑄結晶器功能保護材料，其特征在 于所述功能保護材料中，Li2O重量百分含量為2.0 3%，MgO重量百分含量為3.0 6.0%, 二元堿度(CaCVSiO2)為 1.35 1.45%，其余為 SiO2、CaO> A1203、Na2O> F、 其重量百分含量為 Si0225.0 32.0%，CaO 35.0 42.0%，Al2O3 < 5%, Na2O 6.0 9.0%, F—8.0 10.0%、k20<1.5%。

　　全文摘要

　　本發明公開了一種510L汽車大梁鋼專用結晶器功能保護材料，所述功能保護材料中Li2O、MgO重量百分含量分別為2.0～3.5％、3.0～6.0％、二元堿度(CaO/SiO2)為1.35～1.45，其余量為SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和K2O。其百分含量為SiO225.0～32.0％，CaO 35.0～42.0％，Al2O3＜5％、Na2O 6.0～9.0％、F-8.0～10.0％、k2O＜1.5％。功能保護材料在結晶器內鋪展性、保溫性、熔化性能好，結晶器內四個面傳熱量穩定和均勻，液渣層厚度為8～12mm，渣條少，功能保護材料潤滑性好，防止粘結性漏鋼，鑄坯表面無縱裂現象，鑄坯表面質量好。

　　文檔編號B22D11/111GK102009145SQ20101024766

　　公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日

　　發明者李書成, 李偉鋒, 李春雨 申請人:河南省西保冶材集團有限公司