連鑄輕壓下壓下區(qū)間對(duì)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的影響

陳永生

1 前言

動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)作為解決連鑄坯中心偏析和疏松的有效手段，已進(jìn)行了大量的研究［1-8］。動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的主要工藝參數(shù)有壓下區(qū)間、壓下量和壓下速率［2］，只有合理確定這些工藝參數(shù)，才能達(dá)到消除或減少鑄坯偏析與疏松的目的。由于連鑄生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和高溫鑄坯內(nèi)部情況的不直觀性和多變性，迄今為止還沒(méi)有一個(gè)足夠準(zhǔn)確和令人信服的結(jié)論。大多數(shù)應(yīng)用輕壓下技術(shù)的鋼廠都是根據(jù)自身的生產(chǎn)條件和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)積累數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定符合特定條件的壓下參數(shù)。

壓下區(qū)間是輕壓下技術(shù)的重要參數(shù)之一，直接由鑄坯凝固末端的位置決定，一般以凝固的固相分率fs描述壓下區(qū)間。根據(jù)輕壓下技術(shù)的作用原理，通過(guò)施加機(jī)械力，在鑄坯的凝固末端將已搭橋的樹(shù)枝晶破碎，起到補(bǔ)償冷卻收縮的作用，同時(shí)還能促進(jìn)鋼液沿拉坯方向反向流動(dòng)，防止枝晶間富集溶質(zhì)元素的鋼液向鑄坯中心流動(dòng)。由此可知，如果輕壓下位置在凝固末端之后，就不能對(duì)中心偏析和疏松進(jìn)行控制，因?yàn)橘|(zhì)量缺陷已經(jīng)形成；如果在凝固末端之前，仍有可能發(fā)生中心偏析和疏松，甚至有可能會(huì)更加嚴(yán)重（V形偏析）?？梢?jiàn)，合適的壓下位置對(duì)輕壓下技術(shù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要［3］。本研究在萊鋼型鋼煉鋼廠4#板坯連鑄機(jī)進(jìn)行壓下區(qū)間調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)輕壓下壓下區(qū)間對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，對(duì)改善鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量具有重要意義。

2 壓下區(qū)間選擇的冶金原理

目前冶金工作者對(duì)于中心偏析和疏松發(fā)生在鑄坯凝固末端固液兩相區(qū)已基本達(dá)成共識(shí)［4］，輕壓下技術(shù)的使用就是改善這兩種質(zhì)量缺陷，壓下區(qū)間的確定通常是以鑄坯的固相率fs來(lái)判斷，如圖1所示，在固相線和液相線之間的區(qū)間，q2是一次柱狀晶開(kāi)始生長(zhǎng)區(qū)，固液相均可流動(dòng)；q1是相鄰柱狀晶二次晶臂開(kāi)始并完成相互連結(jié)區(qū)；p為相鄰柱狀晶完全連接區(qū)，認(rèn)為此處柱狀晶間隙中殘留鋼液基本不能流動(dòng)?；谏鲜稣J(rèn)知，確定中心偏析是處于q1狀態(tài)下開(kāi)始形成的。Takahashi和Suzuki等人［5］的研究認(rèn)為，q2和q1分界處的固相分率為0.3～0.4，q1和p分界處的固相分率是0.6～0.7，所以實(shí)施輕壓下最佳區(qū)間應(yīng)在鑄坯中心固相分率為0.3～0.7的位置。另外還要考慮輕壓下的區(qū)間要避開(kāi)鋼種的裂紋敏感區(qū)，一般認(rèn)為裂紋敏感區(qū)為：0.85＜fs＜1。因此壓下區(qū)間在fs＜0.85的區(qū)間內(nèi)。

圖1 鑄坯凝固末端兩相區(qū)示意圖

從生產(chǎn)應(yīng)用看［6-8］，Rautaruukki鋼鐵公司研究發(fā)現(xiàn)，在澆鑄尺寸為210 mm×（1 250～1 475）mm的連鑄坯時(shí)，最佳壓下區(qū)間fs為0.3～0.9；澆鑄尺寸為210 mm×1 825 mm的連鑄坯時(shí)，最佳壓下區(qū)間fs為0.15～0.8。浦項(xiàng)鋼鐵S82尺寸為250 mm×330 mm的方坯壓下位置為fs=0.3～0.7區(qū)域。臺(tái)灣中鋼的大方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)表明，輕壓下能取得很好效果的區(qū)域在fs=0.55～0.75。奧鋼聯(lián)認(rèn)為固相分率為0.3～0.7是最佳動(dòng)態(tài)輕壓下位置。濟(jì)鋼板坯連鑄機(jī)壓下區(qū)間為fs=0.5～0.95。

3 試驗(yàn)方法和方案

采用射釘試驗(yàn)法確定鑄坯厚度，據(jù)此判斷鑄坯凝固行為，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行壓下區(qū)間優(yōu)化試驗(yàn)。連鑄機(jī)為直弧形，弧形半徑10 m，扇形段共14段。試驗(yàn)鋼種為S355J0，鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

主要工藝參數(shù)：

鑄坯斷面尺寸為300 mm×2 200 mm，拉速0.85 m/min，鋼水過(guò)熱度20～30℃。

輕壓下優(yōu)化方案見(jiàn)表2，其中將fs=0.3處設(shè)為壓下起始位置，壓下量均為6 mm。

表1 S355J0試驗(yàn)鋼化學(xué)成分 %

表2 壓下區(qū)間調(diào)整方案

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

要相應(yīng)前移，在壓下量一定的前提下，應(yīng)保持合適的壓下率。同時(shí)，對(duì)比圖2a、圖2b分析可知，在方案2條件下鑄坯中心偏析長(zhǎng)度相對(duì)于方案1縮短67.08 mm，顏色明顯變淺，不連續(xù)性更強(qiáng)，疏松寬度明顯變窄。對(duì)比圖2a和圖2c分析可知，在方案3條件下時(shí)的鑄坯中心偏析長(zhǎng)度相對(duì)于方案1縮短75.6 mm，偏析長(zhǎng)度更短。

硫印試驗(yàn)可顯示鋼錠、連鑄坯中裂紋、偏析線、低倍結(jié)構(gòu)和夾雜物的分布等。

不同的壓下區(qū)間調(diào)整方案對(duì)應(yīng)的鑄坯低倍形貌如圖2所示。

圖2 S355J0鑄坯低倍組織形貌

由圖2a可知，對(duì)照《連鑄鋼板坯低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》，在鑄坯寬度方向上，偏析帶呈斷續(xù)狀分布，為典型的B類(lèi)中心偏析，中心偏析級(jí)別為B類(lèi)1.5級(jí)，中心疏松1.0級(jí)，鑄坯質(zhì)量較差。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：對(duì)于以Q345系列為代表的中碳鋼而言，鑄坯凝固進(jìn)程較長(zhǎng)，這意味著采用輕壓下要更靠近鑄坯終點(diǎn)，方案1沒(méi)有很好地起到輕壓下作用，需要對(duì)輕壓下區(qū)間進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)比圖2b、圖2c分析可知，后者偏析帶長(zhǎng)度更短，偏析帶顏色變淺，但疏松區(qū)有擴(kuò)大的趨勢(shì)。這表明，壓下起始位置前移，對(duì)應(yīng)的壓下終點(diǎn)位置也

5 結(jié)論

5.1 適合輕壓下的區(qū)間（即固相分率fs為0.3～1.0時(shí)）相對(duì)應(yīng)的鑄機(jī)位置為距離彎月面16～19.5 m處，該壓下位置對(duì)應(yīng)鑄機(jī)的6、7、8三個(gè)扇形段。

5.2 輕壓下技術(shù)在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)中已經(jīng)起到重要的作用，雖然某些方面還存在問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)努力，輕壓下技術(shù)將在連鑄中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，在試驗(yàn)確定的壓下區(qū)間內(nèi)實(shí)施輕壓下可以有效地改善鑄坯中心偏析和疏松，提高鑄坯質(zhì)量。

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