本发明涉及炼钢轧钢工艺，特别是一种含nb低合金钢及其边裂控制方法。
背景技术：
1、在微合金化钢中，铌通过晶粒细化提高了钢的强度，又改善钢的韧性，并且铌是强碳氮化合物形成元素，铌的碳氮化合物在1000℃左右轧钢时能有效“钉扎”晶界，进一步阻止奥氏体晶粒长大，通过析出强化和相变控制进一步提高钢的强度，在低合金结构钢中应用广泛。但nb元素的裂纹敏感性较强，含nb钢浇注时在铸坯边角部的二维冷却区极易形成边裂缺陷，导致铸坯修磨、让尺，降低钢板成材率甚至降级、判废，造成质量损失。2022年某厂一q355系含nb低合金钢的边裂率达5.5%，铸坯要强制进行表面清理，严重影响铸坯红送轧制，加热炉燃气能耗升高，钢板成材率降低约3%，且边裂问题一直未能有效解决。
2、含铌低合金钢热裂纹敏感性强，板坯生产时边裂难以控制，边部横裂、纵裂缺陷时有发生。连铸生产时，在结晶器中固液线以下20-50℃时，钢的线收缩最大，出现表面裂纹的风险较高，尤其是在坯料的边角部，板坯的宽面和窄面交界棱角附近位置为二维热传导，结晶器角部钢水凝固速度较其他部位要快，初生皮壳收缩也早，容易形成角部不均匀气隙，热阻力增加，进一步影响坯壳均价生长，在坯壳薄弱处承受不住温差应力、收缩应力、摩擦应力、钢水静压力等，便形成了边角部裂纹。同时，板坯边裂的严重程度与成分设计、钢水纯净度、p和s夹杂物含量、气体含量以及连铸工艺参数设定是否得当息息相关。
3、随着钢铁市场竞争日益激烈，客户对钢板表面质量的要求也越来越苛刻，钢板不仅要求性能符合使用要求，钢板表面质量也是客户关注的重点，如何控制含铌低合金钢边裂，生产无缺陷坯是保证轧制钢板合格的关键，也是今后炼钢重要的研究方向。
4、申请号cn201510158824.6的中国发明专利申请公开了“一种减少含铌钢角部横裂纹的方法”，该申请控制含铌钢边角裂纹的主要措施是采用倒角结晶器完成，设备局限性较强。且没有针对特定强度级别的钢种，没有轧钢和性能参数，仅仅针对钢坯的制造环节，工艺指导完整性不强。
5、申请号cn201310618872.x“一种综合控制厚板坯中碳含铌钢窄面侧裂的方法”，该申请主要是针对300～420mm大厚度板坯中碳含铌钢窄面侧裂的控制，阐述的控制工序仅有连铸工序，钢坯的冶炼、轧钢控制环节未明确，且钢中铌含量未明确，不同铌含量对边裂的影响区别较大，生产指导性不够严谨，另一方面浸入式水口插入深度设计较深，存在钢中气体与夹杂排出困难影响钢质纯净度的问题。
6、国内少有专利介绍具体钢及含铌钢的边裂控制方法，上述发明提及的含铌钢边角裂纹的控制方法，都只介绍了连铸工艺控制，未明确指出相应钢种的轧钢冷却工艺和强度等级，钢中含铌量不够明确，存在设备、工序、工艺方面的局限性，对具体钢种的生产指导性不强。
技术实现思路
1、本发明的目的就是提供一种含铌低合金钢及其边裂控制方法，本发明方法通过恰当的化学成分设计，合理的脱氧和精炼工艺，合适的保护渣系，精细化控制一冷二冷参数以及动态轻压下参数，稳定结晶器钢液流场，将含铌低合金钢的铸坯边裂发生率降低到0.5%以下，为生产出表面质量优良的无缺陷含铌钢板提供可靠的技术指导。
2、本发明的一种含nb低合金钢，所述钢坯包含下述质量分数的化学成分：c：0.13～0.17%，si：0.20～0.40%，mn：1.00～1.60%，p≤0.020%，s≤0.012%，als：0.010～0.045%，nb：0.020～0.040%，ti：0.010～0.020%，[h]≤1.8ppm，[n]≤45ppm，余量为fe及不可避免的杂质。
3、本发明的含nb低合金钢，连铸板坯断面为250×2000mm，制得的成品钢板铁素体组织晶粒度8～10级，屈服强度≥355mpa，抗拉强度500～630mpa，z向性能≥25%，边裂率≤0.5%。
4、本发明的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，包括转炉冶炼→lf精炼→真空脱气→浇注→轧制→冷却，其中：
5、（1）转炉冶炼：吹炼终点1～2分钟，转炉底吹氩切换强搅拌模式，终点控制[c]0.06～0.10%，[p]≤0.016%，出钢温度1590～1620℃，出钢氧含量400～600ppm，出钢过程合金脱氧化；
6、（2）lf精炼：进站采用铝丸强制脱氧，用萤石球、石灰分批造渣升温，白渣保持时间≥10min，精炼渣碱度r按4.5～7.0控制；
7、具体是：lf精炼前用铝丸1.0～1.5kg/t强制脱氧，精炼过程采用萤石球、石灰分批造渣，第一批进站加入石灰6.5～7.5kg/t，萤石球2.0～3.0kg/t，电石1.0～1.6kg/t，开启底吹强搅模式，送电3～5分钟，第二批加入石灰2.5～3.5kg/t，萤石球0.5～1.2kg/t，确保送电6分钟内造渣料加入完毕；所述精炼渣主要含有下述质量百分含量的成分：cao：50～60%，sio2：8～12%，al2o3：13～20%，mgo：4～6%，fe+mn0≤1.5%；
8、（3）真空脱气：rh处理≤67pa高真空条件下，保压时间≥12min/炉，脱气过程配ti，出站[h]≤1.8ppm，[n]≤45ppm；
9、（4）浇注：连铸保护渣采用cao-sio2-al2o3系三元中碳渣，结晶器按小锥度控制，二冷采用弱冷，制定典拉温速匹配拉钢，结晶器流场稳定，开启电磁搅拌和动态轻压下，矫直温度按880～900℃为宜；
10、连铸保护渣中cao质量百分含量为36%～38%，碱度1.02～1.05，al2o3质量百分含量为3～5%，k2o+na2o质量百分含量为8.5～10%，渣熔点1200～1250℃，保护渣均匀加入，耗渣量按0.40～0.45kg/t控制；
11、连铸板坯断面为250×2000mm，结晶器锥度1.03～1.05%，结晶器宽面/窄面配水4000/460l/min，二冷水量分区控制，总水比控制在0.5～0.7l/kg，浇注采用直弧形铸机，共16个扇形段，1～6段为弧形段，内外弧水比1:1.7，7～8段为弯曲段，内外弧水比1:1.5，9～16段为水平段，内外弧水比1:2.0，启用电搅，电搅位置结晶器下口8～10米处，电搅参数440a/6hz，过热度15～30℃时典拉0.95～1.0m/min，轻压下位于扇形段7～8区，压下量按6.5mm控制；
12、浸入式水口插入结晶器深度为120～140mm，结晶器钢液面稳定，两侧液面有均匀小火苗为宜，观察液面结冷钢情况，出现渣条要及时挑出；
13、（5）轧制：采用二阶段控轧工艺，粗轧单道次压下率10～20%，中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，精轧开轧温度≤960℃，终轧温度840±30℃，坯料总压缩比≥5.0；
14、（6）冷却：钢板轧制后acc在线冷却，开冷温度760±30℃，辊速控制0.9～1.0m/s，冷却速率8～12℃/s，终冷温度600±30℃。
15、本发明化学成分设计的理由如下：
16、本发明成分设计中c含量为0.13%～0.17%，主要是为了避开包晶区间，减弱铸坯凝固时线收缩量，有利于稳定结晶器钢液面控制。si含量为0.20%～0.40%、mn含量为1.00%～1.60%，主要是为了固溶强化钢质基体，促使钢的抗拉强度级别到达500～630mpa。p≤0.020%、s≤0.012%，主要是为了便于冶炼操作，在不大幅增加冶炼成本的同时，适当降低p、s夹杂物含量，减少晶界偏聚的危害。als含量在0.010%～0.045%，主要是为了确保钢水脱氧充分，降低钢中游离氧对钢质的危害。nb含量在0.020%～0.040%，主要是为了便于控轧细化晶粒，提高钢的强度和韧性，另外nb含量过高会增加碳化铌等化合物的析出增加边裂的发生几率，所以上限定在0.040%。ti含量为0.010%～0.020%，主要为了固氮减少氮对钢质的不利影响，同时细化奥氏体晶粒，对提高钢的强度有一定的贡献作用，此外本发明还限定钢中[h]≤1.8ppm，[n]≤45ppm，目的是为确保h和n含量尽可能低，从而降低气体在铸坯凝固过程溶解度降低析出对裂纹的影响。
17、本发明中工艺参数的设计理由如下：
18、本发明在转炉吹炼终点切换氩气底吹转强搅拌模式，是为了加强转炉熔池内钢液搅拌效果，进一步均匀终点钢水成分，促进气体上浮，降低钢中氮氧气体含量。
19、本发明在lf炉分批次加入渣料和强搅拌，主要是为了避免一次加入渣料过大出现温降大结死渣现象，分批按比例加入可有效缓解，也容易化渣、成渣，提高渣的有效精炼效果。设定lf炉精炼渣碱度4.5～7.0，主要是为了提高渣的黏度增强吸附夹杂物的能力，进一步净化钢液。
20、本发明中rh要求控制极限真空保压时间≥12min/炉，主要是为了确保h和n含量尽可能低，从而降低气体在铸坯凝固过程溶解度降低析出对裂纹的影响。
21、本发明中限定连铸结晶器保护渣碱度1.0～1.05，al2o3含量3～5%，主要是为了创造弱碱性条件，加强al2o3和硅酸盐类夹杂物的吸附能力，限定保护渣中k2o+na2o含量8.5～10%，主要是为了适当提高渣的活性，有利于保护渣均匀融化，减少化渣不均而影响结晶器壁传热。之所以控制保护渣消耗0.40～0.45kg/t，主要是为了控制液渣层厚度适中，减少温降并有利于坯壳均匀生长。
22、本发明中要求连铸二冷水量分区控制，主要是为了保证内外弧柱状晶生长均匀，内外弧组织对称。另外本发明中以直弧形板坯连铸机为例，7～8扇形段为矫直段，是裂纹产生的敏感段，该段水比设定应适当小，9～16段水平段不受弯曲应力，水比可适当增大。通过精确设置动态轻压下区间及压下量，大幅降低连铸坯中心偏析，为轧制后截面性能均匀性提供保障。之所以要求浸入式水口插入深度在120～140mm，主要是为了稳定结晶器中钢液流场，在稳定结晶器液面波动的前提下，既有利于气体上浮溢出，又不过度冲刷结晶器出口坯壳，控制坯壳重熔导致的边裂产生。
23、本发明中要求轧制采用二阶段控轧，主要是为了最大限度发挥轧机细化晶粒的功效；粗轧时设定单道次压下率10～20%，目的是高温下尽可能的破碎细化奥氏体晶粒尺寸；中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，目的是为精轧晶粒拉长变细提供条件；之所以精轧开轧温度要求≤960℃，目的是发挥nb在钢中提高奥氏体转变温度的作用，避免混晶轧制引发晶粒大小不均；终轧温度设定840±30℃，目的是适当控制铁素体和奥氏体晶粒大小适中，并为后工序acc冷却提供温降支撑；坯料总压缩比≥5.0，目的是尽可能的确保钢板最终晶粒足够细化均匀，为性能稳定性提高做保证。
24、本发明轧制后acc开冷温度设定为760±30℃，目的是为了确保acc冷却总温降梯度，有利于提高强度性能；本发明控制冷却速率8～12℃/s，终冷温度610±30℃，目的是为了得到细小的铁素体和珠光体组织，避免过冷出现贝氏体混合组织影响钢板性能均匀性。
25、本发明相对现有技术，有益效果如下：
26、本发明的目的是提供一种含nb低合金钢及其边裂控制方法，通过nb+ti微合金化细化组织晶粒，通过转炉终点底吹强搅均匀成分控氧脱气，lf炉高效脱氧、去夹杂，rh真空极致脱气提高钢水纯净度，连铸采用匹配的三元中碳保护渣，控制结晶器锥度和流场稳定，精细化一冷、二冷分区配水，合理使用动态轻压下和电磁搅拌，均匀铸坯表面和内部质量，连铸坯中心偏析控制在c1.5以内，采用二阶段控制轧制和acc冷却工艺，获得晶粒度8～10级，z向性能≥25%，抗拉强度500～630mpa，含nb低合金钢板边裂率≤0.5%，性能均匀性良好，并能有效降低因边裂导致的降级改钢等经济损失，大大提高了钢板成材率，以年产5万吨含铌低合金钢企业为例，每年可为企业挽回经济损失300万元。
1.一种含nb低合金钢，其特征在于所述钢坯包含下述质量分数的化学成分：c：0.13～0.17%，si：0.20～0.40%，mn：1.00～1.60%，p≤0.020%，s≤0.012%，als：0.010～0.045%，nb：0.020～0.040%，ti：0.010～0.020%，[h]≤1.8ppm，[n]≤45ppm，余量为fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一含nb低合金钢，其特征在于：连铸板坯断面为250×2000mm，制得的成品钢板铁素体组织晶粒度8～10级，屈服强度≥355mpa，抗拉强度500～630mpa，z向性能≥25%，边裂率≤0.5%。
3.如权利要求1或2所述的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，包括转炉冶炼→lf精炼→真空脱气→浇注→轧制→冷却，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，其特征在于：步骤（2）lf精炼前用铝丸1.0～1.5kg/t强制脱氧，精炼过程采用萤石球、石灰分批造渣，具体是第一批进站加入石灰6.5～7.5kg/t，萤石球2.0～3.0kg/t，电石1.0～1.6kg/t，开启底吹强搅模式，送电3～5分钟，第二批加入石灰2.5～3.5kg/t，萤石球0.5～1.2kg/t，确保送电6分钟内造渣料加入完毕。
5.根据权利要求3所述的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，其特征在于：步骤（2）中所述精炼渣主要含有下述质量百分含量的成分：cao：50～60%，sio2：8～12%，al2o3：13～20%，mgo：4～6%，fe+mno≤1.5%。
6.根据权利要求3所述的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，其特征在于：步骤（4）中连铸保护渣采用中低碳cao-sio2-al2o3系三元渣系，渣中cao质量百分含量为36%～38%，碱度1.02～1.05，al2o3质量百分含量为3～5%，k2o+na2o质量百分含量为8.5～10%，渣熔点1200～1250℃，保护渣均匀加入，耗渣量按0.40～0.45kg/t控制。
7.根据权利要求3所述的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，其特征在于：步骤（4）中浇注断面为250×2000mm，结晶器锥度1.03～1.05%，结晶器宽面/窄面配水4000/460l/min，二冷水量分区控制，总水比控制在0.5～0.7l/kg，浇注采用直弧形铸机，共16个扇形段，1～6段为弧形段，内外弧水比1:1.7，7～8段为弯曲段，内外弧水比1:1.5，9～16段为水平段，内外弧水比1:2.0，启用电搅，电搅位置结晶器下口8～10米处，电搅参数440a/6hz，过热度15～30℃时典拉0.95～1.0m/min，轻压下位于扇形段7～8区，压下量按6.5mm控制。
8.根据权利要求3所述的一种含nb低合金钢的边裂控制方法，其特征在于：步骤（4）中浸入式水口插入结晶器深度为120～140mm，结晶器钢液面稳定，两侧液面有均匀小火苗为宜，观察液面结冷钢情况，出现渣条要及时挑出。
