中心偏析原因_危害_评定及预防_上_
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
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
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℃。
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。
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；
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
连铸板坯质量第三讲板坯连铸拉速变化对铸坯质量的影响
?４０?连铸２００１年第４期?技术讲座? 连铸板坯质量 第三讲板坯连铸拉速变化对铸坯质量的影响 卢盛意 （北京科技大学） 摘要拉速变化与辊子弯曲、扇形体张开力、铸坯鼓肚、冶金长度、结晶器热面温度等对板坯质量的不利影响 进行讨论，提出为解决这些问题应采取的措施。 ＴｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆＣ．Ｃ．ｓｌａｂｓ ＬｅｓｓｏｎＴｈｒｅｅ ＥｆｆｅｃｔｏｆｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅｓｏｎｓｌａｂｑｕａｌｉｔｙｉｎＣＣ ＬＵＳｈｅｎｇｙｉ （ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｋｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ） ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｌｅｃｔｕｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃａｓｔｉｎｇｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅｓＯｉｌｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇ，ｂｕｌｇｉｎｇ，Ｓｃ９础ｔ ｏｐｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅ．ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｌｅｎｇｔｈａｎｄｈｏｔｆａｃｅｔｅｒｎｐｅｍｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒａｍｌｄａＳｗｅｌｌａＳｔｈｅｄｅｔｒｋｎｅｎｔａｌｅｆ— ｆｅｃｔｓｏｎｓｌａｂｓ．Ｔｈｅｎｘ！ａｓｕ代墨ａｒｅａｌｓｏｐｕｔｆｏｒ慨ｍｄ幻ｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｄｒｔｓ． １前言 多炉连续浇钢最好是一个拉速Ｖ不变的浇注过程。但在换钢包、换中间罐或换浸入式水口时，或在水口堵塞、漏钢报警等或炼钢和浇钢在时间上不匹配时，不得不在短时间内降低Ｖ乃至停浇。 Ｖ变化在冶金方面对铸坯内的热流分布、结晶器液面的稳定性有影响，使冶金长度和铸坯鼓肚都发生变化。在铸机方面由于热负荷和机械负荷发生变化，因而使支撑辊、驱动辊和扇形段架的挠曲也随之发生变化。 以下介绍ＢＨＰ板坯连铸机与Ｖ变化有关的试验结果及其他相关资料。 ２ＢＨＰ板坯连铸机与Ｖ变化有关的试验结果［１］ＢＩｑＰ的铸机半径为１０．５ｍ，铸机长度为３０ｍ，有１６个扇形段。在扇形段１０和１１之间用激光测距仪来同时测定辊子弯曲和铸坯鼓肚。正常浇注条件下，铸坯应在刚完全凝固之前进入这一区间。在扇形段１０～１４装有张力计，用来测定扇形段的张开力。张开力是扇形段的夹持力与辊子从铸坯内钢水静压力传出的反抗力之差。冶金长度可用扇形段张开力来确定，并用铸坯传热和凝固的数学模型来核对。 １）辊子弯曲 辊子弯曲或铸机未对中将使板坯中心偏析增加。换中间罐时辊子的弯曲情况见图１。 图１停拉时支撑辊的弯曲情况 万方数据
连铸还偏析及其铸轧遗传性研究
连铸还偏析及其铸轧遗传性研究 随着连铸技术的发展和社会的进步,高端用户对钢产品的金相组织和使用性能等方面提出了越来越高的要求。研究和生产实践表明,铸坯偏析等质量缺陷一旦形成,往往很难通过轧钢、热处理等后续环节进行弥补,会遗传给轧材形成异常组织缺陷,并最终导致钢产品出现机械性能不合格或使用寿命降低等质量问题。因此,研究不同类型偏析的形成机制、揭示偏析对后续轧材的遗传性关系可以为有效解决铸轧界面的共性问题提供理论和工艺指导。本研究选取两种典型钢种长材用铸坯(高碳钢和低合金高强石油套管钢)为研究对象,以问题入手通过设计工厂试验、理论研究和实验检测等手段,研究连铸工艺参数对铸坯凝固组织和偏析的影响,进而探讨铸坯偏析与高碳钢盘条或石油套管机械性能、带状组织的关联性,最后提出从连铸工艺源头入手综合提高轧材质量的新思路和工艺路径。高碳钢连铸坯的中心偏析会导致其后续盘条在轧后冷却过程中形成索氏体率低、中心网状渗碳体及中心马氏体等组织缺陷,最终导致盘条韧塑性下降、力学性能不稳定,并在拉拔过程中产生断裂,严重影响生产效率。以高碳70钢小方坯及其热轧盘条为研究对象,通过对小方坯进行低倍酸侵、枝晶侵蚀、成分分析和热状态模拟,并对盘条进行力学性能检测、组织观察等实验,探讨连铸工艺参数(拉速、二冷比水量、轻压下量)对铸坯表观质量、凝固组织和中心偏析的影响,深入讨论铸坯中心碳偏析对其热轧盘条微观组织和机械性能的影响。研究表明,铸坯中心碳偏析(1.02～1.26)明显大于锰偏析(0.98～1.06),且二者变化规律相同,
即中心碳偏析随锰偏析的增大而增大。通过模拟方坯连铸进程可知,在小方坯厚度方向,距铸坯表面20mm处已经不存在回温现象,且距小方坯表面越远,回温越滞后。随拉速增加,铸坯等轴晶率变大、一次枝晶间距稍有增大、铸坯表面处二次枝晶间距增大;二冷比水量增大,铸坯等轴晶率降低、一次枝晶间距和二次枝晶间距均减小。同一铸坯生产的两种规格盘条,Φ6.5 mm盘条的索氏体率明显大于Φ10 mm盘条,心部网状渗碳体少于Φ10 mm盘条,抗拉强度高于Φ10 mm盘条,可能因为Φ6.5 mm盘条对应铸坯在加热炉加热时间长、轧制压缩比大且轧后盘条内部冷速较大。与此同时,随着铸坯中心碳偏析指数的增大,盘条机械性能的稳定性下降,即通条性下降。对于低合金高强石油套管钢,氢致裂纹(HIC)是引起石油套管腐蚀破坏的主要形式,而由点状偏析引起的带状组织缺陷是导致HIC的关键因素。以石油套管P110钢圆坯及其轧管为研究对象,通过对不同工况下的铸坯及相应轧管取样,观察点状偏析向带状组织的演变规律并分析二者在形貌、尺寸、位置和元素偏析率等方面的遗传关系。结果表明,半宏观偏析点仅存在于圆坯等轴晶区内,且随机分布、大小不一。偏析点内是枝晶互相连结的网状结构,且枝晶间距明显小于偏析点外。随结晶器电磁搅拌强度的增大,圆坯等轴晶区比率增大、二次枝晶间距减小、半宏观偏析点的数量和尺寸增大。通过Thermo-Calc软件进行析出相热力学分析,表明P110钢圆坯偏析点处主要析出相是含Mo的碳化物,其类型可能为KSI_CARBIDE、M23C6和MC_SHP相。通过对轧管进行侵蚀和成份检测可知,从圆管内壁到外壁,偏析带的数量减少且带宽减小。有