200方連鑄坯成分分布原位分析①

2016-09-24 02:32:10周莉萍

現代冶金 2016年2期

關鍵詞：分析

周莉萍

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰　214419)

200方連鑄坯成分分布原位分析①

周莉萍

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰214419)

采用原位統計分布分析的技術, 對200方連鑄坯進行原位分析,掌握連鑄坯橫截面成分分布規律和中心偏析的特性，為連鑄連軋生產線優化工藝參數提供分析測試技術支撐。

連鑄坯；成分分布；原位分析技術；中心偏析的特性

引　言

連鑄坯的冷凝過程是由外至內逐漸冷卻的，由于中心溫度高于邊緣溫度，使得一些低熔點和夾雜元素容易在中心線上形成富集。這種富集現象常常造成最終產品的質量問題。因此，現代冶金工藝都在盡量設法減小這種中心偏析現象。

然而，傳統的分析方法由于采樣等條件的限制，不能進行較大范圍內的成分分布分析；硫印和低倍顯微觀察雖然可以直觀地看到硫偏析的情況，但該方法不僅速度慢、操作過程復雜，所得結果也不是定量的，也無法得到其他元素的分布情況。

本文采用原位統計分布分析的技術，通過對無預燃、連續掃描激發的火花放電所產生的光譜信號進行高速的數據采集和解析，來測定樣品表面不同位置的原始狀態下的化學成分含量以及表面的結構信息，快速、定量檢測樣品各元素偏析情況，掌握連鑄坯橫截面成分分布規律和中心偏析的特性，為連鑄連軋生產線優化工藝參數提供分析測試技術支撐。

1　200方連鑄坯成分分布原位分析

1.1實驗儀器和方法

1.1.1儀器

金屬原位分析系統：OPA-100北京納克分析儀器公司制造。

1.1.2樣品掃描方式和速度

樣品掃描方式為線性掃描，掃描速度為1 mm/s。

1.1.3火花激發參數

激發頻率：480 Hz; 激發電容：7.0 μF; 激發電阻：6.0 Ω; 火花間隙：2.0 mm; 氬氣純度：99.999%;氬氣流量：80 mL/s; 電極材料：45°頂角純鎢電極，直徑3 mm。

1.1.4數據采集和處理

信號采集速度為200 kHz/通道。工作曲線的制作和分析結果的處理采用OPA-100軟件進行處理。

1.2試樣

1.2.1樣品名稱

鋼種:SWRS82B；規格:200方。

1.2.2材料成分

w(C)=0.83%;w(Si)=0.22%；w(Mn)=0.74%;w(P)=0.010%;w(S)=0.012%；w(Cr)=0.24%；w(V)=0.04%。

1.2.3樣品性狀

樣品大小：厚：20 mm，長：200 mm,寬：200 mm,按圖1所示分割成4塊，每塊100 mm×100 mm×20 mm，每塊試樣掃描面積：70 mm×70 mm。

圖1　試樣掃描示意圖

2　試驗結果和分析

2.1200方連鑄坯橫截面各主要化學成分分布

2.1.1碳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

碳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖2所示。從圖2可以明顯看出：連鑄坯橫截面中心碳元素存在負偏析，圍繞中心四周有點狀正偏析，方坯邊緣有負偏析。

圖2　元素C的原位統計分布分析二維成分等高圖

2.1.2硅元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

硅元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖3所示。從圖3可以看出：連鑄坯橫截面硅元素的分布比較均勻，方坯邊緣有輕微負偏析。

圖3　元素Si的原位統計分布分析二維成分等高圖

2.1.3錳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

錳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖4所示。從圖4可以看出：錳元素在連鑄坯橫截面中心存在輕微負偏析，圍繞中心四周有點狀偏析圈，邊緣存在負偏析。

圖4　元素Mn的原位統計分布分析二維成分等高圖

2.1.4磷元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

磷元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖5所示。從圖5可以明顯看出：磷元素在連鑄坯橫截面中心存在負偏析，圍繞四周有點狀偏析，點狀偏析較嚴重。

圖5　元素P的原位統計分布分析二維成分等高圖

2.1.5鉻元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

鉻元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖6所示。從圖6可以明顯看出：連鑄坯橫截面中心鉻元素存在負偏析，周圍中心有輕微點狀正偏析。

圖6　元素Cr的原位統計分布分析二維成分等高圖

2.2200方連鑄坯橫截面各主要化學成分分布數據分析

2.2.14樣品中各元素的統計偏析度分析數據

4樣品中各元素的統計偏析度分析數據(統計偏析度越小越好)如表1所示。

表1　4樣品中各元素的統計偏析度分析數據匯總表

元素統計偏析度試樣1試樣2試樣3試樣4C0.04960.06770.08020.1197Si0.02630.02910.03130.0309Mn0.03850.04160.04590.0396Cr0.02680.03340.03990.0602P0.21320.21990.23890.2276

2.2.24樣品中各元素的統計偏析度分析數據折線圖

4樣品中各元素的統計偏析度分析數據折線圖如圖7所示。

圖7　4樣品中各元素的統計偏析度分析數據折線圖

從200方連鑄坯4樣品中各元素的統計偏析度分析數據可以看出，元素Si，Mn，Cr統計偏析度均小于0.05，元素C統計偏析度在0.05～0.12之間，元素P統計偏析度在0.21～0.24之間，P元素偏析較大。

2.2.34樣品中各元素的統計均勻度分析數據

4樣品中各元素的統計均勻度分析數據(統計均勻度越大越好)如表2所示。

表2　4樣品中各元素的統計均勻度分析結果

元素統計均勻度/%試樣1試樣2試樣3試樣4C0.97830.92700.81170.95956Si0.99830.99100.98480.9896Mn0.90550.88770.82820.8953Cr0.99610.98980.96020.8894P0.64630.62060.53000.6255

2.2.44樣品中各元素的統計均勻度分析數據折線圖

4樣品中各元素的統計均勻度分析數據折線圖如圖8所示。

圖8　4樣品中各元素的統計均勻度分析數據折線圖

從200方連鑄坯4樣品中各元素的統計均勻度分析數據可以看出，元素C，Si，Mn，Cr統計偏析度均在0.8～1.0之間，元素P統計偏析度在0.53～0.65之間，P元素分布均勻性較差。

2.3200方連鑄坯橫截面致密度分析

2.3.1200方連鑄坯橫截面致密度二維圖

200方連鑄坯橫截面致密度二維圖如圖9所示。

2.3.2200方連鑄坯橫截面致密度分布圖

200方連鑄坯橫截面致密度分布圖如圖10所示。從圖10可以看出，連鑄方坯中心線下方材料存在疏松，致密度小于連鑄方坯中心線上方材料。

2.4200方連鑄坯低倍圖片

2.4.1200方連鑄坯低倍圖片

200方連鑄坯低倍圖片如圖11所示。

2.4.2200方連鑄坯低倍數據

200方連鑄坯低倍數據如表3所示。

3　結　論

采用原位統計分布分析的技術可以定量表征連鑄坯橫截面的元素分布及偏析的特性，通過原位統計分布分析二維成分等高圖合成，可以形成200方連鑄坯橫截面整體的元素分布及偏析特性，分析表明，C，P，Cr元素在連鑄方坯橫截面中心存在負偏析，圍繞中心四周有點狀正偏析，方坯邊緣存在負偏析；中央部分偏析較邊緣的偏析更為嚴重；P元素偏析較大；Si，Mn元素在200方連鑄坯橫截面成分分布比較均勻，中央與邊緣成分分布差異不明顯。