大方坯轴承钢中心偏析的成因及预防措施
大方坯轴承钢中心偏析的成因及预防措施
某钢特钢厂轴承钢生产流程为：50tUHPEAF(铁水热装比大于
50%)+50tLF+60tVD真空脱气+3机3流大方坯全弧形合金钢连铸机+铸坯入坑缓冷、部分连铸坯直接热送轧制成材。连铸机弧形半径为R11m/16m/32m，3点矫直，铸坯断面为180mm×220mm、260mm×300mm，采用全封闭无氧化保护浇注，结晶器液面自动控制，专用轴承钢结晶器保护渣保护浇注，二冷气雾冷却动态配水，结晶器+末端(M+F2EMS)复合式电磁搅拌，连铸坯重接部分切除、头尾坯优化等技术。连铸工艺生产轴承钢，铸坯表面质量良好，通过LF+VD真空处理和严格的无氧化保护浇注，钢中氧含量降低，平均氧的质量分数达到10×10-6以下，钢材热顶锻一次检验合格率达到100%。轴承钢生产中，中心碳偏析是其主要低倍缺陷。
中心偏析受钢水过热度、拉速、电磁搅拌、二冷区温度和连铸机的设备状况等因素影响。
连铸钢水的过热度对高碳铬轴承钢铸坯的质量有重要影响。因为高碳铬轴承钢固液两相区温度达到131℃，故中等过热度的钢液也有其柱状晶强烈增大趋势，在凝固后期由于连铸坯断面中心柱状树枝晶的搭桥而形成小钢锭的凝固结晶现象，铸坯产生中心偏析。过热度越低，中心偏析的评级越低。钢水中元素的偏析是随着凝固前沿的推移而逐渐产生的，影响偏析程度的主要因素为中间包钢水过热度和由过热度而决定的凝固前沿的温度梯度。在较高的温度梯度下，固液相线温差越大，使开始结晶和发生了结晶的固相成分差别愈大，体积收缩比也越大，偏析也愈严重。对轴承钢的低倍组织检验发现，在过热度较高的炉次产生中心增碳现象，该缺陷在钢材热酸蚀后的中心部位出现明显的黑色斑点。由于中间包钢水过热度的控制存在明显差异，导致连铸坯中心碳偏析存在较大差别。
拉速与连铸坯中心偏析评级有关。一般来讲，连铸坯的等轴晶区面积越大，中心偏析评级越低。降低拉速对铸坯质量有利，尤其是大方坯轴承钢，当铸坯在离开结晶器时，坯壳有足够的厚度以承受内部钢水的静压力，否则易产生鼓肚、致使枝晶间富集溶质的钢液向液相穴移动形成中心偏析。当断面和钢种一定时，
增大拉速会使液相穴延伸，从而增加了搭桥和形成小钢锭结构的机率，钢水补缩能力差形成缩孔和中心偏析。
凝固过程中，不可避免地存在选分结晶，使部分钢水先凝固，形成偏析。通过搅拌钢水，一方面柱状晶被打断，作为钢水生成等轴晶的核心，另一方面增加钢水流动性，提高凝固相间的热传递，有利于降低过热度，减少凝固前沿的温度梯度，抑制柱状晶的定向生长，促进等轴晶的生成。末端电磁搅拌可以阻止粘稠钢液在等轴晶区域内移动，使铸坯的中心偏析得以分散，中心疏松得到改善。结晶器电磁搅拌对铸坯的凝固组织产生良好的影响，由于过热度较快降低、温度分布均匀，等轴晶区扩大，因而对改善中心缩孔和疏松起到良好作用。在钢液低过热度浇铸时，结晶器电磁搅拌对改善缩孔的效果不明显，高过热度(大于35℃)时，结晶器电磁搅拌对改善缩孔的效果明显。
适当提高二次冷却强度除了能细化组织晶粒外，还能缩短液相深度，增加坯壳厚度。但是，二冷区冷却强度过大，造成断面上温度梯度过大，会促进柱状晶的生长、减少等轴晶的比例，铸坯的角部裂纹严重，同时将加快铸坯中心树枝晶搭桥现象，使中心偏析更加严重。一般采用弱冷。但是，冷却过弱，会造成凝固壳太薄，铸坯表面温度过高，铸坯在高温度下强度低，在钢水静压力作用下，坯壳会发生鼓肚。
中心偏析的控制措施：
中间包钢水过热度控制：控制中间包钢水过热度成为控制轴承钢碳偏析的最有效的措施之一。连铸生产过程中，钢水过热度决定了连铸坯的内在质量和连铸机的拉速。轴承钢浇注过程中，在保证钢水可浇性的前提下，应采用低过热度浇注，实际生产表明，轴承钢的过热度应控制在10～20℃之间为宜。在多炉连浇的情况下，保证连铸过程温度稳定，不仅在于一炉钢水的温度稳定，而且更重要的在于各连浇炉次之间的温度稳定，才能保证连铸过程的全程温度恒定，此稳定主要依靠生产过程中电炉、LF精炼炉、VD炉、连铸各工序间的相互协调和合理调度。
二冷工艺控制：轴承钢的裂纹敏感性强，高温导热系数小。若加大二冷区冷却强度，会增大铸坯断面内的温度梯度，增加中心偏析和热裂倾向。因此，采用弱的二冷配水工艺，且保证二冷配水均匀，以达到减少中心偏析和裂纹的目的。
稳定拉速：控制升降拉速幅度，做到升降平稳，提高浇铸稳定性。保证合适的结晶器水口浸入深度，结晶器液面自控系统稳定，避免结晶器液面紊乱，保证结晶器液面稳定。制定合适的温度拉速制度，通过降低钢水过热度、稳定拉坯速度，缩短并稳定液相穴长度，减轻因拉速不稳定造成连铸坯液相穴钢液补缩不充分。生产中，轴承钢钢水过热度在10～20℃之间时，拉速控制在0.60～
0.70m/min，对控制中心偏析效果明显。
采用结晶器和末端电磁搅拌：连铸坯中，等轴晶率越高，则偏析越轻。结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌均可有效降低钢液过热度对铸坯凝固组织的影响，提高连铸坯的等轴晶率。结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌共同使用，并采用合理的工艺参数，对减轻连铸坯的中心偏析有利
2011-4-2
大方坯轴承钢中心偏析的成因及预防措施
大方坯轴承钢中心偏析的成因及预防措施 某钢特钢厂轴承钢生产流程为：50tUHPEAF(铁水热装比大于 50%)+50tLF+60tVD真空脱气+3机3流大方坯全弧形合金钢连铸机+铸坯入坑缓冷、部分连铸坯直接热送轧制成材。连铸机弧形半径为R11m/16m/32m，3点矫直，铸坯断面为180mm×220mm、260mm×300mm，采用全封闭无氧化保护浇注，结晶器液面自动控制，专用轴承钢结晶器保护渣保护浇注，二冷气雾冷却动态配水，结晶器+末端(M+F2EMS)复合式电磁搅拌，连铸坯重接部分切除、头尾坯优化等技术。连铸工艺生产轴承钢，铸坯表面质量良好，通过LF+VD真空处理和严格的无氧化保护浇注，钢中氧含量降低，平均氧的质量分数达到10×10-6以下，钢材热顶锻一次检验合格率达到100%。轴承钢生产中，中心碳偏析是其主要低倍缺陷。 中心偏析受钢水过热度、拉速、电磁搅拌、二冷区温度和连铸机的设备状况等因素影响。 连铸钢水的过热度对高碳铬轴承钢铸坯的质量有重要影响。因为高碳铬轴承钢固液两相区温度达到131℃，故中等过热度的钢液也有其柱状晶强烈增大趋势，在凝固后期由于连铸坯断面中心柱状树枝晶的搭桥而形成小钢锭的凝固结晶现象，铸坯产生中心偏析。过热度越低，中心偏析的评级越低。钢水中元素的偏析是随着凝固前沿的推移而逐渐产生的，影响偏析程度的主要因素为中间包钢水过热度和由过热度而决定的凝固前沿的温度梯度。在较高的温度梯度下，固液相线温差越大，使开始结晶和发生了结晶的固相成分差别愈大，体积收缩比也越大，偏析也愈严重。对轴承钢的低倍组织检验发现，在过热度较高的炉次产生中心增碳现象，该缺陷在钢材热酸蚀后的中心部位出现明显的黑色斑点。由于中间包钢水过热度的控制存在明显差异，导致连铸坯中心碳偏析存在较大差别。 拉速与连铸坯中心偏析评级有关。一般来讲，连铸坯的等轴晶区面积越大，中心偏析评级越低。降低拉速对铸坯质量有利，尤其是大方坯轴承钢，当铸坯在离开结晶器时，坯壳有足够的厚度以承受内部钢水的静压力，否则易产生鼓肚、致使枝晶间富集溶质的钢液向液相穴移动形成中心偏析。当断面和钢种一定时，
连铸坯中心偏析的研究_孙群
1， 2 热能工程
。过热度高，铸坯凝固前沿温度梯度大，保持定向传热的时间长，有利于柱状晶的生长，并可抑制等轴晶粒的形成。柱状晶发达会加重凝固过程的显微（枝晶）偏析，可导致尚未凝固的钢液杂质组元含量增加，加重中心偏析。 图1过热度对B类以上中心偏析比率的影响 如图1和图2所示，对铸坯硫印数据库进行统计，拉速为1.0m/min，铸坯尺寸为1450mm×230mm，相同冷却条件下，铸坯样本容量为99个，其中A类偏析2个，B类偏析76个，C类21个，所占比例依次为：2.0%，76.8%，21.2%，比较重的A类B类偏析共占78.8%。样本中的合格样品（B类0.5级以下）79个，合格率为79.8%。 图2钢水过热度对中心偏析合格率的影响 结果表明，随钢水过热度的增加，铸坯中心偏析程度增加。在所采用的浇铸条件下，当钢水过热度超过24℃后，铸坯中心偏析合格率急剧下降。 2.2拉速 拉速对铸坯中心偏析有重要影响，这是因为当拉速增加时，减少了钢水在结晶器内的停留时间，导致转移钢液过热量所需的时间增加，推迟了中心等轴晶的生产，有利柱状晶发展和轴向偏析。拉速增加，液相穴深度增大，更易形成凝固桥，造成中心偏析。 如图3所示，本研究统计了B类以上中心偏析出现的比率随拉速变化的规律。对硫印数据库整体进行统计，样本容量为318个，中心偏析A类3个，B类232个，C类83个，所占比例分别为0.9%，73.0%，26.1%。B类以上占73.9%。 图3拉速对B类以上中心偏析比率的影响 2.3辊道开口度 “鼓肚”理论认为，中心偏析的产生是由于铸坯在连铸过程中，凝固壳鼓肚或凝固收缩引起富集溶质残余液体流动，而使局部溶质聚集的结果。鼓肚与辊间距、辊子刚性、对中精度等有密切关系。鼓肚量与辊间距的4次方成正比，间距越大越容易鼓肚。另外，为减轻鼓肚，辊子要保持良好的刚性，防止变形，而且对中要好，要保持较高精度。缩小辊间距，特别是调整辊列系统的对中精度和保持夹辊的刚性,，对减轻鼓肚都十分有利。可见，辊子的开口度和对弧精度对中心偏析有很大影响。 经过计算，拉速为1m的铸坯的凝固终点在11～12段之间，约距结晶器弯月面21.9m。 2003年5月29日第11、12段的辊道开口度偏差值最小1.6mm，最大3.2mm。取数据库中前后７天的数据共12组进行分析，有11组合格，合格率为91.67%。2003年9月2日第11、12段的开口度偏差最小值1.6mm，最大值3.7mm。取数据库中前后7天的数据共20组进行分析，15组合格，合格率为75.00%。若取该日附近8组检验，5组合格，合格率为62.50%。分析可知，在凝固末端，辊道开口度控制精度偏差增大对中心偏析的改善不利，如图4所示。 图42003年9月2日辊道开口度变化 热能工程
金属的低倍组织缺陷分析
金属的低倍组织缺陷分析 一、原理概述 金属的低倍组织缺陷检验也称为宏观检验。它是用肉眼或不大于十倍的放大镜检查金属表面、断口或宏观组织及其缺陷的方法。宏观检验在金属铸锭、铸造、锻打、焊接、轧制、热处理等工序中，是一种重要的常用检验方法。这种检验方法操作简便、迅速，能反映金属宏观区域内组织和缺陷的形态和分布特点情况。使人们能正确和全面的判断金属材料的质量，以便指导科学生产、合理使用材料。还能为进一步进行光学金相和电子金相分析作好基础工作。 宏观检验包括低倍组织及缺陷检验(包括酸蚀、硫印、塔形车削以及无损控伤等方法)和断口分析等。 1．较典型的宏观缺陷 较典型的宏观缺陷有偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂、粗晶环等。 (1) 偏析 合金化学成分不均匀的现象叫做偏析。根据偏析的范围大小和位置的特点，一般可以分为三种。即晶内偏析和晶间偏析、区域偏析、比重偏析。 晶内偏析和晶间偏析如固溶体合金浇注后冷凝过程中，由于固相与液相的成分在不断的变化，因此，即使在同一个晶体内，先凝固的部分和后凝固的部分其化学成分是不相同的。这种晶内化学成分不均匀的现象叫晶内偏析。这种偏析常以树枝组织的形式出现，故又称为枝间偏析。这种偏析一般通过均匀退火可以将其消除。基于同样的原因，在固溶体合金中先后凝固的晶体间成分也不相同，这种晶体间化学成分不均匀现象叫做晶间偏析。 区域偏析在铸锭结晶过程中，由于外层的柱状晶的成长把低熔点组元、气体及某些偏析元素推向未冷却凝固的中心液相区，在固、液相之间形成与锭型外形相似形状的偏析区。这种形态的偏析多产生在钢锭结晶过程，由于钢锭模横断面多为方形，所以一般偏析区也是方框形，故常称为方框偏析。在酸浸试片上呈腐蚀较深的，并由暗点和空隙组成的方形框带。 这种偏析是一种下偏析，即铸锭的外层是富集高熔点组元，而铸锭心部则富集了低熔点的组元和杂质。与正偏析相反的是反偏析。 反偏析恰与正偏析相反。当合金的铸锭发生反偏析时，铸锭表面溶质高于合金的平均成分，中心人溶质低于合金的平均成分；有时铸锭表面富集低熔点组元和杂质，严重时可在铸锭表面形成反偏析瘤。反偏析的形成原因，一般认为，结晶温度范围宽的合金，在凝固过程中形成粗大树枝晶时，枝晶间富溶质的金属液在凝壳的收缩压力、熔液内部释出的气体压力、液柱静压力、大气压力的作用下，沿着枝晶间的毛细管通道向外移动，到达铸锭表层，冷凝后形成反偏析。在有色合金中Cu-Sn和Al-Cu合金是发生反偏析的典型合金。 重力偏析在合金凝固过程中，如果初生的晶体与余下的溶液之间比重差较
连铸方坯中心裂纹成因分析及控制方法
一钢厂4#连铸机中心裂纹的研究攻关 摘要：对一钢厂4#连铸机方坯中心裂纹的成因进行了研究，分析了钢水过热度、二次冷却强度、拉速等对铸坯中心裂纹的影响，根据分析所得的结论，采取了合理的工艺措施并进行了适当的技术改造，使中心裂纹发生率降低到0.5%以下。 关镇词：连铸机方坯中心裂纹 1.前言 韶钢一炼钢厂4#连铸机投产于1997年，该机为R6m,3机3流全弧形连铸机铸坯断面为160 mmX 160 mm,结晶器长850 mm，二冷段采用单管式表面喷淋冷却方式，火焰切割，中间包采用塞棒控制或采用长寿包定径水口浇铸。敞开式浇注，生产钢种主要为Q235、Q215、HRB335. 该连铸机投产以来生产的160 mm ×160 mm铸坯一直存在的中心裂纹缺陷。随着韶钢的发展，高线厂将替代三轧四轧制，高线在轧制时出现冲钢事故，严重影响生产的顺行。为此对我厂生产的铸坯提出了较高的的质量要求。2008年由于中心裂纹挑废的占坯产量的5%。，严重影响了一钢厂企业形象和经济效益。为解决这一问题，一炼钢厂于2008.11月成立了攻关组。目标是要把挑废率降到0.5%。我们结合了当前的生产形式和现场实际进行了公关，并取得了预期效果。2. 中心裂纹的形态及对轧制产品的影响 2.1中心裂纹的形态
﹙图-1 ﹚ 4#连铸机铸坯中心裂纹在断面上是呈不连续的岛状（点状）分布（如图-1），有时有两到三个点。点之间的连线往往是线状的肉眼可见的中心线裂纹，严重时则沿整个铸坯长度方向连续分布并贯通，并伴随着中心偏析疏松。单个点直径在5—15mm之间，裂纹长20^50mm 在铸坯处于发红状态时中心裂纹不易察觉，铸坯冷却至室温时则清晰可辨，给在线控制带来很大困难。 2. 2对轧制产品的影响 线材厂对中心裂纹铸坯进行的轧制表明，轧制过程轧成品裂纹不能焊合，经常出现断裂冲钢。 3.中心裂纹形成机理及原因分析 3.1 形成机理 通过查阅大量的专业书籍和现场跟踪生产总结，认为4号机方坯中心裂纹形成的机理是多种因素综合作用的结果，从钢的高温变形理论，结合钢的高温力学性能.中心裂纹形成的机理主要有以下几个方面。 3.1.1搭桥形成由于凝固坯壳的不均匀形成。在凝固末期.凝固前沿搭桥，将钢液封住，上部钢液无法填充，这样被封住的钢液继续凝固时就会形成缩孔，这种缩孔在断面上有时呈现出中心裂纹形态。3.1.2 铸坯在二冷段纵向冷却不合理前期二冷水过大，造成铸坯表面
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金属的低倍组织缺陷分析 一、 原理概述 金属的低倍组织缺陷检验也称为宏观检验。它是用肉眼或不大于十倍的放大镜检查金属表面、断口或宏观组织及其缺陷的方法。 宏观检验在金属铸锭、铸造、锻打、焊接、轧制、热处理等工序中，是一种重要的常用检验方法。这种检验方法操作简便、迅速，能反映金属宏观区域内组织和缺陷的形态和分布特点情况。使人们能正确和全面的判断金属材料的质量，以便指导科学生产、合理使用材料。还能为进一步进行光学金相和电子金相分析作好基础工作。 宏观检验包括低倍组织及缺陷检验(包括酸蚀、硫印、塔形车削以及无损控伤等方法)和断口分析等。 1．较典型的宏观缺陷 较典型的宏观缺陷有偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂、粗晶环等。 (1) 偏析 合金化学成分不均匀的现象叫做偏析。根据偏析的范围大小和位置的特点，一般可以分为三种。即晶内偏析和晶间偏析、区域偏析、比重偏析。 晶内偏析和晶间偏析 如固溶体合金浇注后冷凝过程中，由于固相与液相的成分在不断的变化，因此，即使在同一个晶体内，先凝固的部分和后凝固的部分其化学成分是不相同的。这种晶内化学成分不均匀的现象叫晶内偏析。这种偏析常以树枝组织的形式出现，故又称为枝间偏析。这种偏析一般通过均匀退火可以将其消除。基于同样的原因，在固溶体合金 中先后凝固的晶体间成分也不相同，这种晶体间 化学成分不均匀现象叫做晶间偏析。 区域偏析 在铸锭结晶过程中，由于外层的 柱状晶的成长把低熔点组元、气体及某些偏析元 素推向未冷却凝固的中心液相区，在固、液相之 间形成与锭型外形相似形状的偏析区。这种形态 的偏析多产生在钢锭结晶过程，由于钢锭模横断 面多为方形，所以一般偏析区也是方框形，故常 称为方框偏析。在酸浸试片上呈腐蚀较深的，并 由暗点和空隙组成的方形框带。见图10-1。 这种偏析是一种下偏析，即铸锭的外层是富集高 熔点组元，而铸锭心部则富集了低熔点的组元和杂质。与正偏析相反的是反偏析。 反偏析恰与正偏析相反。当合金的铸锭发生 反偏析时，铸锭表面溶质高于合金的平均成分，中心人溶质低于合金的平均成分；有时铸锭表面富集低熔点组元和杂质，严重时可在铸锭表面形成反偏析瘤。反偏析的形成原因，一般认为，结晶温度范围宽的合金，在凝固过程中形成粗大树枝晶时，枝晶间富溶质的金属液在凝壳的收缩压力、熔液内部释出的气体压力、液柱静压力、大气压力的作用下，沿着枝晶间的毛细管通道向外移动，到达铸锭表层，冷凝后形成反偏析。在有色合金中Cu-Sn 和Al-Cu 合金是发生反偏析的典型合金。 重力偏析 在合金凝固过程中，如果初生的晶体与余下的溶液之间比重差较大，这些初生晶体在溶液中便会下沉或上浮。由此所形成的化学成分不均匀现象称为重力偏析，亦称为比重偏析。Cu-Pb 、Sn-Sb 、Al-Sb 等合金易于产生重力偏析。 (2) 缩孔和疏松 在铸锭的头部、中部、晶界及枝晶间，常常有一些宏观和显微的收缩孔洞，统称为缩孔。容积大而集中的缩孔称为集中缩孔；细小而分散的缩孔称为疏松。其中出现在晶界和枝晶间的缩孔又称为显微疏松。缩孔和疏松的形状不规则，表面不光滑， 易与较圆滑的气孔相区别。 图10-1 铸锭方框偏析
偏析的概念与分类
关于偏析概念及分类 合金液在铸型中凝固以后，铸件断面各个部分，以及晶粒内部，往往有化学成分不均匀的现象，这就是偏析。 偏析是一种铸造缺陷。由于铸件各部分化学成分不一致，势必使其机械及物理性能也不一样，这样就会影响铸件的工作效果和使用寿命。因此，在铸造生产中，必须防止合金在凝固过程中产生偏析。 偏析可分为三种类型，即晶内偏析、区域偏析和比重偏析。对于某一种合金而言，所产生的偏析往往有一种主要型式，但有时，由于铸造条件的影响，几种偏析也可能同时出现。 一、晶内偏析 晶内偏析，又称树枝状晶偏析，简称枝晶偏析。其特征是同一个晶粒内，各部分化学成分不一致，并且往往在初晶轴线上含有熔点较高的成分多。如锡青铜在晶粒轴线上往往含铜较多，含锡较少，而枝晶边缘则相反，这就是晶内偏析。 铸件内产生晶内偏析，一般有二个先决条件，第一，合金的凝固有一定的温度范围；第二，合金结晶凝固过程中原子扩散速度小于结晶生长速度。一般的情况下，合金的凝固温度范围愈大，铸件结晶及冷却速度愈快，则原子扩散愈难于进行完全，晶内偏析现象愈严重。因此，晶内偏析多产生于凝固温度范围较大，能形成固熔体的合金中。 为了防止某些合金的晶内偏析，可以采取细化晶粒措施，以缩短原子扩散距离；或适当提高浇注温度，延缓冷却速度，以延长原子扩散时间但浇注温度不得过高，否则会造成氧化、吸气、晶粒粗大等弊病。当铸件内已存在晶内偏析时，可考虑采用长则间的扩散退火热处理，以求得到改善。 二、区域偏析 区域偏析，即在整个铸件断面上，各部分化学成分不一致的现象，它主要由于合金进行选择凝固所引起的。区域偏析可分为正向和逆向偏析正向偏析是熔点较低的成分或合金元素熔质集中在铸件的中心和上部，其含量从铸件边缘至中心逐渐增加。逆向偏析则相反，熔点较低的成分或合金元素熔质集聚在铸件边缘。
连铸方坯低倍组织及缺陷特性分析
连铸方坯低倍组织及缺陷特性分析 王英 (南京钢铁集团有限公司质管处南京，210035) 摘要：通过酸蚀低倍试验和金相检验，对连铸方坯内部的低倍组织及缺陷的类型、宏微观特征以及形成原因进行了分析，并提出了控制这些缺陷的主要措施。 关键词：连铸方坯；低倍组织；金相检验；缺陷 0 引言 连铸坯的冶金质量指标主要由钢的纯净度、钢坯的表面缺陷及内部低倍组织缺陷的情况来衡量。钢的纯净度的状况在浇铸之前已由钢液的冶炼过程所控制，而铸坯的表面质量和内部质量由连铸机的浇铸过程来控制。连铸方坯生产中发现的低倍缺陷有众多类型，每类缺陷对铸坯质量的影响因素各不相同；此外，不同的铸坯结晶组织状况对铸坯质量的影响也不尽相同，因此，分析研究铸坯低倍组织及缺陷的特征，进而弄清缺陷的形成原因，是控制铸坯质量的重要前提。本文通过对本公司生产的130mm，150mm方等规格的铸坯进行大量的酸蚀低倍试验和金相检验，弄清了方坯内部缺陷的主要类型及其宏微观特征，并对缺陷的形成原因作了分析，在此基础上提出了控制缺陷的主要措施。 1 铸坯的低倍组织 通过大量的酸蚀低倍检验表明，无论什么钢种或什么规格，连铸方坯的低倍组织(即宏观组织)一般由边部细等轴晶、柱状晶和心部粗等轴晶三部分组成。铸坯中能够获得这三种结构，特别是心部粗等轴晶占有一定的数量，这样的连铸坯是较为理想的情况，而柱状晶发达则易导致严重的坯内部缺陷。 1.1 边部细等轴晶区 边部细等轴晶区，又称激冷层，由等轴细晶组成，组织致密，杂质相对量低，表层质量较好。具有均匀激冷层的铸坯，其正方度较好，表面无鼓肚或凹陷，为保证钢材的表面质量，提供了有利条件。而往往由于操作条件的变化，坯壳厚度是不均匀的，在激冷层较薄的角部坯壳下凹，在下凹处皮下形成垂直于表面的裂纹，裂纹严重时扩展到坯的对角线，并且沿对角线向心部延伸扩展。 1.2 柱状晶区 铸坯的柱状晶区，柱状晶以树枝晶从表面向内部生长，其生长的方向即热流的散热传导方向，近似于垂直铸坯的表面。连铸坯普遍存在柱状晶发达的弊端，特别是小方坯，柱状晶从表面一直伸长到铸坯中心，心部等轴区几乎看不到。由于柱状晶平行排列，致使柱状晶区产生裂纹的敏感性比等轴晶要强。另外，由
连铸方坯的缺陷及其处理
连铸方坯的缺陷及其处理 1 表面缺陷 1.1 气孔和针孔 定义 : 垂直铸坯表面并在铸坯表面肉眼可见的小气孔并可能以针孔的形式深入表面。 原因 : 钢水脱氧不足、凝固时产生一氧化碳; 脱氧后又钢流二次氧化吸收的气体; 结晶器保护渣质量不合要求; 钢包及中间包烘烤不好 改进方法: 钢水完全脱氧; 不浇注过氧化的钢水; 保持浇注温度;（注温不能过高） 使用干燥的钢水罐及中间罐; 保护渣不能受潮，摆放时间不能太久。 1.2 坯头气孔及针孔 定义: 同1.1,但仅出现在每次浇注的第一根钢坯坯头处 原因: 钢液温度太低; 结晶器中钢水氧化; 保护渣受潮或杂质多; 结晶器内壁上有冷凝水; 引锭头潮湿; 填入结晶器中切屑及废钢有锈、有油或潮湿; 中间罐内衬及钢水罐内衬潮湿; 改进方法: 保持浇注温度; 采用适宜的保护渣; 采用干燥和洁净的废钢及切屑; 绝对避免在结晶器内壁及锭头上产生冷凝水; 干燥及烘烤中间罐; 1.3 夹渣 定义: 表面分布不均匀的夹渣,有时针孔和渣聚集,呈疏松态的外观
原因: 由保护渣耐火材料颗粒和钢水氧化产物以及出钢渣等引起,随着钢流带入并被卷至铸坯表面。 改进方法: 用挡渣出钢; 采用适宜的保护渣及耐火材料; 钢水不能过氧化，注温要合适。 1.4 振动波纹及折叠 定义: 在与铸坯轴线垂直方向上,铸坯表面上以均匀间距分布的波纹振痕，在不利的情况下出现折叠。 原因: 浇注速度波动大,使结晶器中钢液面不稳定。 改进方法: 保持均匀的浇注速度，稳定结晶器钢水液面。 调整振动频率使其与拉速相适应。 1.5 结疤与重皮 定义: 铸坯角部和表面上出现的疤痕 原因: 由于结晶器内坯壳破裂、钢水渗入到结晶器和铸坯之间的夹缝，以及保护渣结块造成。 改进方法: 保证结晶器具有准确的锥度，当结晶器使用时间过长而磨损会使坯壳过早脱离结晶器内壁而导致坯壳破裂。 1.6 分层: (双浇) 定义: 铸坯中间出现分界层 原因: 浇注中断又重新开始浇注时,使两次浇注连接出现重接。 改进方法: 浇注过程中不要断流，拉速要相对稳定，不要忽高忽低。 1.7 纵裂 定义: 分布在铸坯角部的纵向裂纹, 角部纵裂常是拉漏的预兆。 原因: 针孔、气泡及夹杂; 结晶器内坯壳不均匀冷却; 由于铜结晶器中和足辊上有沟槽,缺口,渣子等而引起裂纹; 结晶器壁磨损或单面磨损使该处坯壳提前脱离结晶器壁; 浇注速度过高或浇注温度过高,坯壳厚度薄; 足辊对位不准; 二次冷却水不均匀;
过热度与中心偏析之间的关系
过热度与中心偏析之间的关系 过热度的计算需要知道中包温度，液相线温度。根据经验公式： 中包标准温度=液相线温度+中包标准过热度 而液相线温度 T L=1536.6-(90%[C]+8%[Si]+5%[Mn]+30%[P]+25%[S]+3[Al]+5%[Cu]+1.5% [Cr]+4%[Ni]+2%[Mo]+80%[N]+18%[Ti] 可以通过钢水中各个成分的含量确定来计算出液相线温度，然后根据连铸过程中中间包的温度，计算出中包过热度。 图1 过热度分布散点图 通过对武钢2010年7月至2011年3月的Q345B共计947炉钢水的中包过热度分析，得出以下结论：中包液相线温度均值为1503℃，中间包温度的均值为1531℃，中包过热度集中在20~40℃区间内，均值为28.25℃。存在7炉钢水过热度高于50℃，4炉钢水的过热度低于15℃。选取了其中过热度较高的炉次分析发现C026468（过热度60.77℃）根据液相线公式计算，其液相线温度为1480℃，与实际液相线平均温度相差较大，可认为是其成分不太稳定。而其中过热度较低的炉次C131758（过热度6.4℃）则是因为其中包温度（1518.25℃）过低。
图2 中心偏析级别与过热度关系图 取武钢三炼钢2010年7月至12月的中心偏析程度C1.0~C2.0的Q345B硫印坯共32块，其中C1.0共17块，C1.5共12块，C2.0共4块，作其与过热度之间的柱状关系图。从图中可以明显的看出C1.0级别的过热度均值为25.0763℃，C1.5级别的过热度均值为26.2884℃，C2.0级别的过热度均值为28.9316℃。随着中心偏析程度的提高，过热度呈增加的趋势。考虑到要降低中心偏析，必须尽可能的降低过热度，但是对于低碳钢，特别是含铝、铬、钛较高的钢种，钢液发粘，过热度会应该较高些。建议过热度应尽量控制在20℃~22℃。
对于偏析钢板相关处理办法
偏析相关 合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。焊接熔池一次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，造成分布不均，产生偏析。 根据铸锭的范围，偏析分为两大类： 1. 显微偏析。 2. 区域偏析（宏观偏析） 显微偏析指发生在一个或几个晶粒之内，包括枝晶偏析、晶间偏析、晶界偏析和胞状偏析。 宏观偏析则发生在铸锭宏观范围内这一部分和那一部分之间。可分为正常偏析、反常偏析、比重偏析三类。 晶内偏析：该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等.可以通过退火将偏析消除;. 区域性偏析：在较大范围内化学成分不均匀的现象,退火无法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关；比重偏析：合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。可采用降低浇温加大冷却速度，加入微量元素形成比重适当等。 扩散退火能消除偏析,均匀化学成分; 扩散退火又称均匀化退火，是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。其主要作用和目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的成分偏析，使成分和组织均匀化。 扩散退火加热温度高、保温时间长，所以加工效率低、成本高，也容易产生粗晶、氧化、脱碳等缺陷。因此，扩散退火只是用于一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭，并且扩散退火后可以进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除缺陷。 成分偏析需要重熔才能够消除。 组织偏析需要长时间奥氏体化（即均匀化退火）
1、一般严重偏析很难消除，但是对于个别的，如碳化物聚集等，可以通过压缩比和正火进行改善。（其实在均热坑延长加热时间就是扩散退火的过程）高温扩散、塑性加工可以在后期减轻偏析。 2、晶界偏析和晶内偏析都是微观偏析。晶界偏析是由于溶质原子富集在最后凝固区域造成的（k大于0的情况）。受溶质含量，结晶速度等的影响。这类偏析可以用均匀化退火（扩散退火）消除。 3、偏析一般是无法避免的，其中的枝晶偏析可经高温塑性变形和扩散退火后消除，而区域偏析主要是方框形偏析和点状偏析，无法消除，将影响钢板质量、甚至导致钢板报废！ 3、扩散退火（均匀化退火0，其目的是消除晶内偏析，使成分均匀化，扩散退火的实质是使钢在奥氏体中进行充分扩散。所以扩散退火的温度高、时间长。扩散退火加热温度选择在Ac3或Acm以上150~300℃，保温时间通常是根据钢件最大截而厚度按经验公式来计算，一般不超过15h。保温后随炉冷却,冷至350℃以下可以出炉（必须指出的是经扩散退火后，奥氏体晶粒十分粗大，因此必须进行一次完全退火或正火处理．以细化晶粒，消除过热缺陷。）。 4、还应该注意的是偏析区因碳、硫和磷等元素的富集而脆化，在热处理过程中由相变时间不同产生较大的组织应力而容易引起开裂。偏析裂纹一般沿偏析带开裂。这就是说我们要限制热处理升温速度。 结论：偏析是很容易发生裂纹的，如果是S，P等杂质元素的偏析，一般在晶结偏析，使晶界脆化，产生沿晶裂纹，如果是带状组织偏析，产生很大的组织应力，很容易产生裂纹。对偏析不大，可以正火加以改善，严重的要扩散退火，再加以正火细化晶粒。对于很严重的，要锻造加以改善
影响高碳钢连铸小方坯中心偏析的因素
影响高碳钢连铸小方坯中心偏析的因素 卢盛意 (北京科技大学,北京100083) 摘 要 介绍了英国4家钢厂为了减少高碳钢连铸小方坯中心偏析所采取的措施的试验结果。 Factors affecti n g cen tra l segrega ti on of h i gh carbon steel b illets LU Shengyi (University of Science and Technol ogy Beijing,Beijing100083) ABSTRACT Experi m ental results in f our B ritish steel companies are intr oduced t o decrease the central segregati on of high carbon steel billets.Fact ors affecting the central segregati on of high carbon steel billets are analyzed. 1 前言 10年前,高碳钢很少用于连铸小方坯生产。1997年以前轮胎钢丝等容易偏析的高碳钢几乎都用连铸大方坯来生产。因为大方坯的浇注温度低,有利于形成等轴晶结构,又因为大方坯在轧制时的压缩量大,这二者都有利于减少偏析。但用连铸小方坯来生产高碳钢时,生产成本低。1997年英国4家钢厂(Scunthor pe,Sidenor,Is pat-HS W,I Jmuiden)共同研究了影响连铸小方坯高碳钢中心偏析的因素。这些因素包括:钢水过热温度、二次冷却强度、电磁搅拌(E MS)、热轻压缩(TSR)、机械轻压缩(MSR)、浇注方法、小方坯尺寸、拉速等[1]。 2 钢水过热温度 过热度低,使等轴晶结构百分比高,对减少偏析有利。过热度高,在铸坯内产生“一个个小钢锭”(m ini-ingotis m)的结构,使机械性能不一致,在拔丝时容易断头。如果小方坯柱状晶结构的宽度大于55%时,将明显形成“一个个小钢锭”的结构。[2] Is pat-HS W的120mm2、125mm2、130mm2三类小方坯的试验数据表明碳和硫的偏析与过热度有显著的关系。过热度愈低,偏析也愈低。特别是当过热度低于25℃时,偏析指数几乎随过热度降低直线下降。所以,如有可能,应当将过热度降低到25℃以下。 I Jmuiden厂的120mm2小方坯的碳偏析与过热度无关,然而140mm2小方坯在过热度低时,碳的偏析减少,该厂的数据表明,过热度应当低于30℃。 Scunthor pe厂的120mm2小方坯与I Jmuiden厂一样,碳和硫的偏析与过热度无关。但140mm2和180mm2小方坯的碳和硫的偏析与过热度有关。因此,该厂建议过热度应当低于25℃。 在中间罐内喂入芯线(例如<9mm的芯线)可以降低中间罐内钢水的过热度。在喂入芯线时,中间罐内钢水高度应保持在400mm以上。 3 二次冷却 高碳钢通常用“弱冷”(s oft cooling),因为弱冷可以减少表面裂纹和内部裂纹。但“强冷”(hard cooling)可以使中心缩孔变小,因而可以改善偏析。这是因为与低碳钢相比,高碳钢小方坯的柱状晶长[3],因而中心宏观偏析严重。例如,在拔丝时容易断头。为了减少高碳钢连铸小方坯的中心偏析,有两种截然相反的方案(弱冷却和强冷却[4、5]),见表1。 表1 减少中心偏析的两种方案 冷却方式浇注 温度 二冷 比水量 二冷区 长度 小方坯的 铸态组织 宏观 偏析 浇注时 水口堵塞 铸坯面上的 氧化铁皮 弱冷却低低长(5个区)球形小难以避免 加速生成(由于铸坯表面的温度高) 强冷却高高(2.5倍)短(4个区)穿晶小可以避免 减慢生成(由于铸坯表面的温度低) 注:(1)钢的含碳量为0.55%～0.85%,小方坯尺寸为105mm×105mm; (2)强冷却只适用于断面小的高碳钢小方坯。
特殊钢中的偏析问题
特殊钢中的偏析问题 1绪论 1.1特殊钢的定义 对特殊钢尚无统一的定义和概念，一般认为特殊钢是指具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。 1.2特殊钢的特点及分类 特点：与普通钢相比，特殊钢具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。 分类：我国将特殊钢分成优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金元素大于10％）三大类，其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70％，主要钢种有特殊碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、合金结构钢、滚珠轴承钢、合金工具钢、高合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢，以及高温合金、精密合金、电热合金等。 1.3特殊钢的发展现状 1949年前，中国年产特殊钢仅5000吨左右。1952年特殊钢产量约为3.5万吨，其中合金钢2.5万吨。经过30年的建设，1982年特殊钢产量占全国钢产量的7％。1952～1982年，特殊钢产量平均每年递增15％，其中合金钢递增14％。按1981年产量计，各类特殊钢种的构成比例是:碳素结构钢占15.3％、碳素工具钢占4.3％、合金结构钢占41％、合金工具钢占3.8％、高速工具钢占1.5％、弹簧钢占17％、滚珠轴承钢占 15％、不锈耐酸钢、耐热钢占2％、其他钢种占0.1％。在特殊钢的加工方面，可以生产10000多个规格的特殊钢材，板、管、丝、带、型、盘饼、环等品种基本齐全，合金结构钢、高速工具钢、轴承钢及其制品已经有少量出口。 到1982年，特殊钢生产布局已经展开。为了提高特殊钢产品质量，许多企业采取了先进的检验手段，建立了全面质量管理体系，高速工具钢、滚珠轴承钢、钎子钢、不锈钢冷轧板、小口径地质钢管等产品，已经分别达到或接近国际先进水平。 2偏析概述 铸件(锭)中化学成分不均匀的现象称为偏析。由于金属凝固过程中的选分结晶，导致晶体中的偏析是不可避免的。 2.1偏析问题的产生 在工业上，几乎所有金属都要经过由液态到固态的凝固过程。当合金凝固时，由 于发生溶质的重新分配，先凝固的部分与后凝固的部分成分不同，就产生了溶质的偏 析现象。偏析问题在高温合金中具有普遍性，尤其在合金化程度较高，锭型较大的条 件下更容易发生。 2.2偏析的分类 偏析分为两种： (1)微观偏析—晶粒尺寸范围（包括晶界）里的化学成分不均匀现象。微观偏析：晶内
小方坯质量的特点
小方坯质量的特点 1 小方坯质量的特点 在研究和分析了连铸坯的凝固、传热及其影响因素之后可以看出，铸坯的质量与浇注工艺、设备情况和凝固特点有密切关系，衡量铸坯质量主要有四项指标，即连铸坯的几何形状、表面质量、内部组织和钢的清洁性。 与传统的模铸—开坯工艺生产的产品相比，连铸产品的生产过程是要求更为严格控制的过程．连铸坯的断面形状更接近于最终产品的尺寸．因此，在进一步加工之前不可能进行大量的精整处理。另外，铸坯是在一个基本相同的条件下凝固的。因而在整个长度上的质量是均匀的，其致密性也较钢锭好，但较初轧坯差。 从内部质量看，由于小方坯连铸大多未采取较严格的保护浇注，致使二次氧化夹杂较多，连铸操作过程中造成钢质污染的因素也较模铸时复杂。而且由于铸坯凝固速度快，不利于夹杂聚集和上浮．因此钢液的纯净度是铸坯质量上的重要问题。又由于冷却速度快，柱状晶发达，容易产生“搭桥”现象，造成中心偏析和缩孔。 连铸坯在凝固过程中受到冷却、弯曲、拉矫等，使铸坯经受温度应力和机械应力的作用，很容易产生各种裂纹缺陷。另外，由于设备设计不合理或操作不当，也会造成铸坯缺陷。 但是连铸的突出特点是过程可以控制的因素多，因此可以采取某些保证质量的有效措施而取得改善质量的效果。针对上述特点，充分发挥有利条件，严格控制不利条件，就能得到外形尺寸规整，表面无夹渣、裂纹、内部致密的优质铸坯。 4.3.1 振痕 在浇注过程中，结晶器振动以避免坯壳与结品器之间拈结，结晶器上下运动的结果，造成铸坯４个表面上周期性的横纹痕迹，这些痕迹称为振痕。振痕是坯亮被周期性的拉破又重新焊合的过程造成的。振痕的深度与钢中含碳量有很大关系，一般低碳钢振痕较深，而高碳钢振痕较浅。当结晶器振动状况不佳，钢液面剧烈波动或保护渣选择不当时，会使振痕加深，并可能在振痕处潜伏横裂纹、夹渣和针孔等缺陷。 当振痕浅且很规则时，在进一步加工中不会引起缺陷。当振痕深并存在缺陷时，就会对随后加工和成品造成危害。 为了减少振痕深度，现在连铸机多采用小振福、高振频的振动模式。 4. 3. 2 表面裂纹 按裂纹方向及所处位置，可以分为表面和角部纵裂纹、表面和角部横裂纹及在铸坯表面上常见到的一种无明显方向和位置的成组的晶间裂纹称之为星状裂纹，表面裂纹，轻者需精整，重者可能造成漏钢事故或废品。 1）纵向裂纹 纵向裂纹是沿拉坯方向的裂纹缺陷。这种裂纹一般在结晶器内就已产生，只是裂纹很小。当由结晶器进入二冷区后，微小裂纹逐渐扩展成明显的裂纹．出现裂纹的原因主要是
连铸坯的宏观偏析及控制
连铸坯的中心偏析及控制 摘要:对连铸坯的中心偏析进行研究分析,并且分析影响中心偏析的因素,主要有过热度和鼓肚等因素,从而采用一些措施来降低中心偏析,主要有稳定和降低过热度,控制钢液中碳磷硫的含量,二次冷却工艺,稳定拉速,采用电磁搅拌等措施. 关键字:连铸坯, 过冷度, 中心偏析, 鼓肚成因 1 连铸坯的偏析 铸坯凝固过程中, 表层因激冷生成细小枝晶（激冷层）, 随着表层凝固厚度增加, 铸坯内部向外传热能力降低, 铸坯开始呈现定向凝固, 形成由外向内的长条状树枝晶(柱状晶)。由于选分结晶的原因, 溶质元素向熔池(液相区)积聚, 当柱状晶增长而生成搭桥现象时, 富集溶质元素的钢液被封闭而不能与其它液体交换, 在该处形成C S等元素的正偏析同时, 上部钢液不能补充此处的凝固收缩, 从而伴随有残余缩孔。图1为铸坯凝固过程此形成中心偏析的示意。 图1铸坯凝固形成宏观偏析示意 2 连铸坯的中心偏析形成的机理 1）钢锭中心凝固理论 该理论认为当浇注钢液碳含量超过0.45%(质量分数) 时，即使是中等过热
度的钢液也有柱状晶强烈增长的趋势，在凝固后期由于铸坯断面中心柱状晶的搭桥，当桥下面的钢液继续凝固时，得不到上部钢液的补充，下部区域就形成缩孔、疏松及中心偏析。 2）溶质元素析出与富集理论 该理论认为铸坯从表壳到中心结晶过程中由于钢中一些溶质元素( 如碳、锰、硼、硫或磷) 在固液边界上溶解并平衡移动，从柱状晶析出的溶质元素扩散到尚未凝固的中心，即产生铸坯的中心偏析。 3 影响中心偏析的因素 1）钢水的过热度 过热度是决定等轴晶率大小的一个重要参数。过热度越低，断面上产生的等轴晶率就越大，从而偏析程度就越小,经过统计大量的试验数据表明等轴晶率与过热度的关系如图1所示 图2 等轴晶率与过热度的关系 过热度低时，能提供大量的等轴晶核，生成等轴晶，阻止凝固前期柱状晶的形成，并生成由细小等轴晶组成的大面积等轴晶区。若过热度高，柱状晶区便扩大，甚至产生柱状晶搭桥现象，从而形成中心疏松或缩孔，随之产生严重的中心偏析。 2）电磁搅拌 实践证明，通过搅拌可以有效增加等轴晶区域宽度，不同的搅拌方式在同等过热度情况下等轴晶区域宽度明显不一样。通过搅拌使钢液产生运动，一方面
连铸坯中心偏析控制技术的发展
连铸坯中心偏析控制技术的发展 1电磁搅拌技术 电磁搅拌技术是20世纪60年代开发的一种电磁冶金技术，其实质是借助电磁力的作用，强化铸坯液相穴中钢水的运动，从而改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，达到改善铸坯质量的目的。电磁搅拌按安装位置有：结晶器电磁搅拌(M-EMS)、二冷区电磁搅拌(S-EMS)、凝固末端电磁搅拌(F-EMS)、结晶器及足辊区电磁搅拌(MI-EMS)，为了生产的需要还可以将其任意组合来使用。搅拌形式有：旋转型、直线型、螺旋型。使用电磁搅拌技术，特别是结晶器电磁搅拌和二冷区电磁搅拌，可以显著增加连铸坯的等轴晶率，等轴晶率的提高有利于减少连铸坯的“晶桥”现象，从而减轻铸坯中心偏析。 实际生产中，对于铸坯凝固末端电磁搅拌技术，由于安装位置一定，而浇注钢种、拉坯速度等工艺参数发生变化，使得最佳的搅拌区位置偏离设备的位置，电磁搅拌效果差；同时，在该区域如果搅拌强度过于强烈，会导致铸坯液相穴中的轻相物质(如碳元素)向中心集聚，导致中心偏析更为严重。为此，可以采用长距离的弱搅拌方法或采用行波磁场型的F-EMS技术，使钢水在较大范围内进行上下交换，以改善中心偏析。 另外，冶金工作者还开发出一种水口注流电磁搅拌技术，在浸入式水口对钢液进行电磁搅拌，水口外壁通气冷却，为强化冷却效果，水口外壁开有许多凹槽。该技术中，既能保证钢水温降较大，实现低过热度浇注，又可防止水口堵塞。试验结果表明，该技术可以起到很好地控制铸坯中心偏析的作用。 2 低过热度浇注技术 连铸过程中，采用低过热度浇注时，钢水过冷度减小，临界形核半径变小，形核率高，晶核数量多，铸坯等轴晶率大幅度提高，有利于抑制晶桥的产生及铸坯凝固末端枝晶间钢液的不合理流动。但是，钢水过热度较低时，水口易堵塞，而且钢中夹杂物不易上浮。对于钢液中的夹杂物不易上浮问题，可以采用二次精炼手段及中间包冶金技术，提高钢液纯净度。对于钢水低温浇注时温度波动带来的浇注困难，冶金工作者开发出了中间包等离子加热技术及中间包电磁感应加热技术，可以保持钢液浇注温度的稳定。 3 结晶器插入钢带技术 O. V. Nosochenko和O. B. Isaev等人采用在板坯连铸结晶器插入钢带的技术来控制铸坯中心偏析。其基本原理是在结晶器内插入厚度为1.5mm厚的钢带，将钢带作为冷却剂，利用钢带的吸热和熔化，降低结晶器内钢水的过热度，实现提高铸坯等轴晶率，减小中心偏析程度的目的，同时还可实现微合金化。 该研究表明，钢带的碳含量在0.25%～0.40%时比较合适，应用的实际浇注钢种也多些，这是因为碳含量低于0.1%时，钢带强度亦低，熔点高，会导致结晶器内出现较多的较大未熔碎钢片，给浇注及铸坯质量带来不利影响。 受插入钢带宽度的影响，这一技术用在板坯连铸中较为合适，对方坯连铸而言，因断面尺寸小，应用这一技术存在空间不足的局限性；
钢材带状组织的产生原因及消除方法
钢材带状组织的产生原因及消除方法 摘要本文依据钢材产生的带状组织的基本原理，结合公司生产实际情况，参考有关文献，经过分析，得出了钢材带状组织的产生原因，并依此制定出相应的改进措施。 关键词钢材；带状组织；产生原因 0 引言 钢材存在的带状组织是常见的一种缺陷，然而带状组织缺陷问题却影响了钢铁公司的正常生产经营，一方面在公司内部发生了相当数量的由于带状组织不合所造成的废品，另一方面顾客用户提出产品质量异议，导致退货或索赔，这些都给企业产品信誉和经济效益带来了相当大负面影响。 研究证明亚共析钢冷却室温后，显微组织均是由铁素体和珠光体组成，经完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体与珠光体组成，正常情况下根据钢的含碳量按一定比例以无规律的混合状态存在，钢的含碳量越高，则珠光体量越高，而铁素体量越少，在热轧钢材上获取与轧制方向平行的截面上的试样，显微组织往往能看到沿轧制方向延伸了的交替排列的带状铁素体与带状珠光体的组织，这种组织在合金钢中最常见。 1 带状组织的成因和影响 1）钢中除C以外的合金元素和杂质的偏析，是形成带状组织的原因。因钢液在铸锭结晶形成的化学成分是不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长并逐渐与变形方向一致，因此形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等害杂质时，因硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向延伸，当钢材冷Ar3（冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度）以下时，这些杂质就形成了铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布，当温度继续降低时，珠光体在余下的奥氏体区域中形成，也相应地成条状分布，形成带状组织，成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重； 2）因钢材热加工温度不当引起。钢材在热加工停锻温度（在停锻时锻件的瞬间温度）低于二相区时（Ar1（冷却时奥氏体向珠光体转变开始温度）和Ar3之间），此时铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，还没有分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时带状奥氏体转化为带状珠光体。人们了解到这一点已相当久了。但是却没有弄明白偏析元素是通过什么样的机理使铁素体与珠光体成析出的。某XX公司技术部门对各种偏析层的试样进行了研究，提出了关于带状组织成因的如下推测。该部门认为，向P等提高铁素体开始析出温度的元素，或者像Mn、Ni、Cr等降低铁素体开始析出温度的元素，由于它们沿轧制方向成带状偏析，而引起带状组织，如果P成为带状偏析，就会使偏析部分的铁素体析出温度升高，所以铁素体就在那里成核长大。在铁素体增多的同时，C被排
高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施
高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施 发表时间：2018-10-01T18:25:45.747Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：于波 [导读] 摘要：高强度钢一般含有高碳含量和锰质量分数。 河钢集团承德钢铁股份有限公司板带事业部河北省承德市 067000 摘要：高强度钢一般含有高碳含量和锰质量分数。连铸坯在凝固过程中容易形成碳、锰等元素的枝晶偏析，导致中厚板中心出现严重的带状组织缺陷。带钢结构对钢板的力学性能、成形性和断裂性能有着重要的影响。对于冷轧钢板，带钢结构的存在会使材料表现出很强的各向异性能，导致材料在深加工过程中发生不均匀变形，即沿板宽方向的纵向纤维拉伸不一致，导致二次变形。即使是在应力集中时裂纹的萌生也会影响最终产品的性能。如何减少和消除连铸坯在凝固过程中产生的偏析，是连铸生产亟待解决的问题。基于此，本文对高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施进行分析。 关键词：连铸坯；中心偏析；改善措施 1连铸坯中心偏析的成因 导致连铸坯出现中心偏析的原因主要包括两个方面，一方面是枝晶搭桥形成了小钢锭，另一方面是发生了铸坯鼓肚的问题。在连铸坯凝固过程中，液芯末端会存在一个固液两相混合组成的糊状区。凝固过程中，钢液会收缩向坯壳和拉坯方向，最终形成小孔。位于弯月面的钢液受到地心引力会注入到收缩形成的孔洞当中，通过这种方式可以有效防止疏松和偏析问题的出现。上述为理想状态，但是在实际铸造过程中，由于出现了小钢锭，钢液难以及时形成収缩孔或者难以注入收缩控制红，最终导致偏析问题出现在铸坯中心部位。通过偏析问题出现的过程分析可知，拉坯方向液芯中心线附近的钢液会在钢液凝固过程中出现一定的变化，前沿温度梯度不同是造成凝固波动的主要原因。 2板坯中心偏析的形成机制及控制措施 对板坯偏析的形成机理进行了大量的研究。可以看出，板坯的中心偏析是由凝固过程中溶质元素的分离和结晶和凝固结束附近富集的偏析元素的液流引起的。凝固结束时的钢液流动是由壳体的鼓包和凝固过程中钢液的体积收缩引起的。板坯的中心偏析与钢成分、热性能、几何形状、工艺参数和设备条件密切相关。不同冷却条件下坯料枝晶间的应力对坯料的中心偏析也有重要影响。因此，根据不同的情况，我们需要分析中心偏析的原因。在生产过程中，关键是控制铸坯芯部钢液的不合理流动，促进溶质元素在固-液界面上迁移的各种因素都会加剧偏析，以及促进S输运的各种因素。固体中的OLUT元素将改善偏析。基于上述中心偏析机理，目前控制连铸坯中心偏析的主要思路如下： (1)提高钢液洁净度。凝固过程中，钢液的选分结晶现象不可避免，但是通过提高钢液洁净度，减少易偏析杂质元素(如S、P)的质量分数，一定程度上可以减轻铸坯中心偏析程度。实际生产过程中，可通过二次精炼手段、中间包冶金及浸入式水口设备参数和工艺参数的优化来提高钢液纯净度。 (2)提高铸坯等轴晶比率。等轴晶比率提高，可以抑制柱状晶的发展，防止铸坯枝晶搭桥。由这一思路开发出控制铸坯中心偏析的技术主要有:电磁搅拌、低过热度浇注、结晶器插入钢带、钢水旋流加入及加成核剂等技术。 (3)抑制凝固末端枝晶间富集溶质残余母液的流动，可以改善高碳钢的中心偏析。相应的控制技术主要有:机械轻压下、热轻压下、连续锻压、静磁场技术等。 3控制应用 3.1铸坯保温缓冷 在横截面带钢结构的钢板中，热装和热转移轧制方坯可能存在偏析。板条结构越明显，元素偏析越严重。为了避免这一问题，可以在连铸坯脱线后采取保温措施，将其置于封闭空间一段时间内，避免吹风，并在中心偏析时保证钢坯温度缓慢而不是迅速下降。在元素完全扩散到发送阶段之后。钢中Mn元素经长时间冷处理后，可有效地减少枝晶偏析。在保温和缓慢冷却的过程中，碳原子会均匀扩散，有效地控制了碳和锰的偏析，保证轧制后不会发生偏析。 3.2规范连铸机的辊缝标定操作控制辊缝精度 众所周知，板坯连铸机扇形截面辊缝控制的精度和稳定性是连铸板坯内部质量取得良好效果的前提。如果板坯连铸机的实际辊缝值与风机截面的目标值偏差过大，则连铸坯凝固结束时铸坯中心的体积收缩不能得到有效的补偿，造成铸坯的偏析、气孔和中心裂纹缺陷。如果板坯在工作过程中的机械应力过大，就会产生角向横向裂纹、中间裂纹等裂纹缺陷。但是，由于高温、磨损、变形等诸多因素的影响，连铸机风机段的实际辊缝值会发生一定程度的变化，从而产生一定的偏离目标辊缝值，如： (1)铸造机轧辊生产线在生产过程中复杂的热负荷和机械载荷(轻下压、矫直等)容易引起轧辊磨损、弯曲等，约1.5毫米 (2)轴承与轴承座之间的固有间隙在扇形段的在线循环中也将逐渐增大，从0.1mm到0.3mm不等。 (3)风机截面上、下机架之间的连杆在圆筒载荷作用下发生弹性变形，变形随连杆尺寸和气缸压力的变化而变化，约为0.5~1.0mm。 目前，经过长期的实践和摸索，总结出了一套连铸机风机截面辊缝的维护和操作规范，以保证连铸机连铸过程中在线辊缝控制的准确性。 通过对连铸机风机段的定期补偿和校核，以消除风机截面上下机架间连杆的弹性变形对辊缝偏差的影响，将不同压力下拉杆的形状变量作为扇形段拉杆的补偿值输入连铸机参数控制系统。 采用手持式辊缝计、在线辊缝计和定距块对连铸机风机段实际辊缝与目标辊缝之间的偏差进行周期性标定，以消除连铸机风机段夹紧缸位移传感器的系统误差。 为消除传动辊大间隙对整个辊缝的影响，优化了连铸机风机段驱动辊间隙的标定和控制方法。 3.3轻压下技术 所谓的轻压下技术主要是将一定的压力施加在连铸坯凝固末端从而将铸坯凝固末端的体积收缩进行一定程度的抵消，从而控制凝固收缩，避免钢水在流动过程中发生聚集的问题，进而达到中心偏析控制的目的。轻压下技术根据外力施加的不同可以分为两种类型，分别为机械应力轻压下和热应力轻压下。热应力轻压下主要利用的是热应力，在末端施加强冷，高度冷却铸坯表面凝固末端未知，从而促使凝固坯壳受冷收缩对内部产生一定的压力。此种方法具有一定的局限性，容易受到断面尺寸和钢种的影响，所以如果铸坯过大那么不适合采用