连铸工艺参数对高碳连铸坯成分偏析的影响

马 昆

（唐钢型线事业部，河北 唐山 063000）

本研究以某钢厂的SWRH382B预应力钢绞线为实验对象，根据该企业生产工艺，首先取300mm铸坯一块，然后从该块铸坯上截取式样一块（30mm），作为低倍检验和成分分析试样。

1 实验方法

在SWRH382B铸坯截面试样上采用2.5mm钻头钻入5mm，取10g～15g钢屑作为成分分析试样，取样方法如图1所示。其中，中心点为5点，4点、6点位置位于距离中心点55mm处，3点、7点位于距中心点38mm处，1点、2点、8点、9点位于距铸坯截面试样边缘5m处。试样的碳偏析指数由如下公式表示：碳偏析指数=（取样点化学成分测定值÷化学成分测定结果的加权平均值）×100%。

图1 取样方法及试样点位置

按照低倍检验试验操作规程，在1：1盐酸溶液中完全侵入截面试样，并升温至75℃，并保温30min后取出。首先，用5%的碳酸钠水溶液清洗试样表面腐蚀产物，然后再用清水对其进行清洁，最后用热风机吹干试样，用电子扫面议对试样进行扫描并获得低倍图像，用于分析试样的低倍检验缺陷，并按照钢材料中心偏析对其进行评级。

2 实验结果分析及工艺优化

2.1 实验结果分析

连铸工艺正常运行的重要条件即为合适的钢水过热度，因此，本研究在连铸工艺参数（比水量、拉速）恒定的条件下，取样过程中考虑了不同钢水过热度，研究试样连铸成坯碳偏析与钢水过热度的关系，如表1所示，为缺陷评级、中心碳偏析以及工艺条件。如图2所示，试样元素偏析指数在不同钢水过热度条件下的结果，图3为低倍缺陷所示，为缺陷评级、中心碳偏析以及工艺条件。如图2所示，试样元素偏析指数在不同钢水过热度条件下的结果。

表1 工艺参数及结果

图2 钢水过热度与中心偏析的关系

图3 低倍检验结果

图2 可见，试样中心碳偏析指数随着钢水过热度的增大而增加，且愈发严重。这是因为，试样组织中的柱状晶随着钢水过热度的增加而迅速长大，枝晶间的溶质元素随着未凝固钢水的而富集，引起了中心偏析严重的问题。由图3可见，在连铸工艺参数（比水量、拉速）恒定的条件下3号和2号的钢水过热度较高，出现了严重的中心缩孔、偏析问题，3号试样的中心缩孔评级达到了2.0，这种缺陷对铸坯的使用寿命和质量都会产生严重的影响。此外，这两个试样还出现了角部裂纹，这可能是因为脱方现象导致的。通常情况下，柱状晶区域是裂纹常发地区，断裂基本沿着晶界延展的。

在钢水过热度和拉速恒定的条件下，如表2所示，为试样成分偏析与二冷比水量的关系以及缺陷评级。如图4所示，试样元素偏析指数在不同二冷比水量条件下的结果，图5为低倍缺陷所示，为缺陷评级、中心碳偏析以及工艺条件。

图5 低倍检验结果

由表2可知，在在钢水过热度和拉速恒定的条件下，随着二冷比水量的增加，试样偏析指数有所下降。可见，随着冷却强度的增加，随着铸坯凝固速率的增加，枝晶生成速度加速，这个过程中会有大量的细密枝晶洗出，最终形成密集的枝晶骨架，对晶体沉淀引起的偏析起到了一定的阻碍作用，降低了缓慢凝固溶质量，对中心偏析起到了抑制作用。

如图5所示，试样的中心缺陷受二冷比水量的增加而未发送明显恶化，但是4号试样在取样过程中钢水过热度较高，还存在明显的中心缺陷。于是，在实验过程中对矫直温度进行了测量，在实验的过程中的该温度均高于试样的理论矫直温度，说明二冷比水量的提高还存在一定的空间。

通过上述研究，可将二冷比水量调整为0.72L/kg，在其他连铸工艺恒定的条件下，研究试样碳偏析与拉速的关系，结果如表3所示。由此可见，5号试样的产生的中心偏析和缺陷较为严重，这是因为5号试样工况下，拉速较低，导致二冷区域内的铸坯停留时间变长，铸坯过冷多导致。6号试样的中心缺陷明显降低，且偏析指数为1.09，可见，在该工况下的钢坯质量较好。

表3 工艺条件及结果

2.2 工艺优化

通过上述实验可知，SWRH382B预应力钢的中心缩孔和中心偏析与钢水过热度、拉速、二冷比水量有很多关系，因此笔者提出SWRH382B预应力钢的整体优化方案，如表4所示。

表4 优化方案

3 结论

综述所示，SWRH382B预应力钢的质量控制可通过增加拉速、提高比水量以及降低钢水过热度来改善；当钢水过热度较大时，匹配和优化二冷比水量和拉速可有效降低铸坯的中心偏析和中心缩孔缺陷。因此，通过本实验将工艺优化为：将钢水过热度控制在20℃以下。如果中间包过热度恒定的情况下，比水量可以拉速进行优化匹配，比水量为0.72L/kg，拉速为1.76m/min。