38CrMoAl連鑄坯碳偏析的分析與探討

姚長發*，袁成文，王國存

（西寧特殊鋼股份公司，青海西寧，810005）

38CrMoAl連鑄坯碳偏析的分析與探討

姚長發*，袁成文，王國存

（西寧特殊鋼股份公司，青海西寧，810005）

本文針對西寧特殊鋼股份有限公司連鑄機生產38CrMoAl連鑄坯的碳偏析問題進行分析，探討鋼水過熱度、拉速、二次冷卻強度和組合式電磁攪拌對連鑄坯碳偏析影響，并對碳偏析問題提出了改善措施。

碳偏析；二次冷卻；拉速；電磁攪拌

前言

導熱性差、凝固區間大，連鑄坯本身容易產生偏析、疏松和縮孔等缺陷。隨著鋼水二次精煉、保護澆注、二次冷卻、電磁攪拌和輕壓下等技術的發展，結晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌均可有效降低鋼液過熱度對鑄坯凝固組織的影響，提高連鑄坯的等軸晶率。結晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌共同使用，并采用合理的工藝參數，對減輕連鑄坯的中心偏析有利。大量的研究，得出了明確的結論，即隨著過熱度的降低，連鑄坯的偏析逐漸減輕，等軸晶率越高，則偏析越輕。但是關于電磁攪拌和二冷水量等對偏析的影響目前還有爭議。通過分析西寧特殊鋼股份有限公司生產38CrMoA的生產情況和工藝變化情況，分析探討連鑄坯碳偏析的產生原因以及公司進一步改善碳偏析的途徑，為工藝和裝備優化、改進提供依據。

1 工藝條件

生產工藝為60T電爐-65T精煉爐-連鑄機,

2 檢測方法

用KC=w(Cm)/w(C0)表示連鑄坯斷面碳分布的偏析指數,其中,w(C0)為鑄壞斷面所有取樣點的平均碳含量,w(Cm)為其中的最大值。進行碳分布偏析檢測時,用5mm鉆頭取鑄坯屑樣,取樣方法如圖所示,再用紅外碳硫儀分析碳硫成分;

3 取樣規則

連鑄坯取樣分大方坯（410mm×530mm）、小方坯（250mm×280mm），具體取樣規則見圖1、2。

圖2 小方坯（250mm×280mm）取樣點示意圖

4 低倍檢驗數據

表1 低倍檢測數據表

5 試生產數據和結果分析

圖3 內弧→外弧（C值及C偏析度）碳偏析分布圖

內弧→外弧總體 C偏析規律為柱狀晶區域負偏析，內弧至中心等軸晶區域負偏析，其余區域正偏析，外弧至中心正偏析。正偏析度最大點位于鑄坯中心（1.12）。負偏析最大點位于外弧柱狀晶區域（0.88）。

圖4 左側→中心（C值及C偏析度）（左側→中心）碳偏析分布圖

此爐號38CrMoAlA左側→中心總體C偏析規律為柱狀晶區域、等軸晶區域負偏析，其余區域正偏析，正偏析最大點位于中心（1.12），負偏析最大點位于柱狀晶區域（0.88）。

圖5 （C值及C偏析度）（對角→中心）碳偏析分布圖

此爐號38CrMoAlA對角→中心總體C偏析規律為柱狀晶、等軸晶區域負偏析，其余區域正偏析，正偏析最大點位于中心（1.12），負偏析最大點位于等軸晶區域（0.92）。

針對38CrMoAl連鑄坯碳偏析的問題，從鋼液過熱度、二冷參數、拉速及電磁攪拌方式等內容進行了調整，可以從以下幾個方面進行對比分析：一是中間包鋼液過熱度、拉速、二冷強度對比；二是攪拌強度和攪拌方式對比。

5.1 中間包溫度對偏析的影響：

中間包溫度越高，鋼液過熱度越大，鋼液的凝固時間越長，C元素的偏析傾向越嚴重。

表2 中間包溫度對偏析的影響

5.2 二次冷卻強度對偏析的影響

二次冷卻控制坯殼出結晶器后繼續降溫、長厚，確保不漏鋼、不產生裂紋、不鼓肚、不脫方，保持規范良好的外部質量，控制連續致密的內部質量，要求偏析、疏松級別合格，不得有縮孔、裂紋，過強的冷卻容易產生裂紋，一般要求緩冷弱冷卻，但并不是二冷水量越小越好；在過熱度控制較低的條件下，在保證低倍的縮孔、疏松級別合格的前提下，盡量縮短凝固時間，對減輕偏析是有利的。

表3 連鑄生產時不同二冷比水量的偏析情況

5.3 連鑄生產時不同溫度拉速匹配

表4 連鑄生產38CrMoAl時不同溫度拉速匹配的情況

溫度偏高、拉速較快，出現了 21.05%的負偏析超標（偏析指數≤0.95），因而使整批平均偏析指數水平為0.99。4月份同樣溫度水平、拉速較 3月份降低了0.05m/min，使負偏析超標比例降低到 6.12%，但正偏析超標比例增加，出現了 18.36%的正偏析超標（偏析指數≥1.09），因而使整批平均偏析指數水平為1.05。

5.4 電磁攪拌對偏析的作用

現在絕大多數公司已經把電磁攪拌作為連鑄機的基本配置，電磁攪拌對偏析的重要影響是不言而喻的。

表5 大方坯碳偏析標差與電磁攪拌數據表

圖3 大方坯碳偏析與首、末電磁攪拌關系圖

圖4 大方坯碳偏析與首、末電磁攪拌關系圖

上圖可以看出、在末端電磁攪拌不變的情況下，當首端電磁攪拌為500A時，修正碳偏析標準偏差波動范圍在（0.023%～0.032%），對碳偏析影響不太明顯，說明當末端電磁攪拌一致時首端電磁攪拌越強對碳偏析的改善越有利（具體電磁攪拌電流合適值需實踐檢驗）。

6 結束語

從38CrMoAlA（410mm×530mm）鋼坯鉆取試樣結果分析得出，鑄坯整體 C偏析規律為柱狀晶、等軸晶區域負偏析，樹枝晶區域正偏析，中心正偏析，鑄坯正偏析度最大點位于中心，負偏析最大點于柱狀晶、等軸晶區域均有分布，內外弧的負偏析程度一般為外弧柱狀晶區域負偏析程度大于內弧；

分析過程將連鑄工藝參數（過熱度、拉速、水冷等）視為不變量考慮，且檢驗研究試樣樣本較少，故結果可能存在不確定性，可繼續探討。

7 進一步改進碳偏析的措施

（1）進一步加強中間包、鋼包的保溫，從隔熱層、永久層到工作層，都要借鑒其他鋼廠的成功做法，減少包襯散熱降溫；從覆蓋保溫上，加強包蓋的密封和覆蓋劑雙層保溫；為減少澆注前后期溫差，實現穩定的、較低過熱度澆注創造條件。

（2）完成末端電磁攪拌器的定位后，在把二次冷卻強度控制好，對凝固末端進行高強度、高密度冷卻，產生較大的收縮量，從而達到與機械輕壓下相似的效果，增加等軸晶，使芯部壓實，改善中心偏析和疏松。

（3）解決中心偏析的重要手段，關鍵在于凝固末端的準確定位和生產過程中凝固末端的穩定控制，這是解決偏析和穩定鑄坯質量的有效手段。末端上移后，通過逐步調整工藝參數和穩定生產，為澆注組織更加均勻、致密的連鑄坯創造了條件。

[1]徐向東,胡顯軍.煉鋼.組合式電磁攪拌在高碳鋼小方坯連鑄中的應用.2004年第5期

[2]武建民.南方金屬.方坯連鑄機澆注高碳鋼.2003年4月.總第131期

[3]陳超,閻朝紅,康復.寶鋼技術.減少方坯中心偏析的冶金手段.2001年第4期

[4]李國忠,陳鋒,陳偉慶,馮軍,恵榮.煉鋼.M-EMS對中碳鋼連鑄方坯碳偏析的影響2008年2月.第24卷第1期

[5]曾四寶,李洪波,包燕平,劉建華,韓麗娜.高碳鋼連鑄坯偏析問題的分析與探討.2007年爐外精煉年會論文集

Analysis and Discussion on Carbon Segregation of 38CrMoAl Continuous Casting

YAO Changfa*,YUAN Chengwen,WANG Guocun
(Xining Special Steel Company,Qinghai Xining,810005,China)

In this paper,the carbon segregation problem of 38CrMoAl continuous casting slab in Xining Special Steel Co.,Ltd.was analyzed.The effects of superheat,tachometer,secondary cooling strength and combined electromagnetic stirring on the carbon segregation of continuous casting slab were discussed.And the carbon segregation problem has been improved.

carbon segregation; secondary cooling; pulling speed; electromagnetic stirring

TF741

B

1672-9129(2017)04-0077-03

姚長發,袁成文,王國存.38CrMoAl連鑄坯碳偏析的分析與探討[J].數碼設計,2017,6(4):77-79.

Cite：YAO Changfa,YUAN Chengwen,WANG Guocun.Analysis and Discussion on Carbon Segregation of 38CrMoAl Continuous Casting[J].Peak Data Science,2017,6(4):77-79.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.020

2016-12-26；

2017-01-2。

姚長發（1981-），男，本科，青海大學，青海，西寧特殊鋼股份有限公司，研究方向：鋼鐵理化檢驗，檢測設備，鋼鐵材料研究。E-mail:ycf1225@163.com