高碳钢连铸坯凝固过程溶质宏观偏析的数值模型

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连铸板坯宏观偏析的图像分析方法研究

ＫｅｗｏｄＳａＳｇｅａｉｎ，ｔｃｕｅ，ｍａｅ，ａｙｉｇｙｒｓｌｂ，ｅｒｇｔｏＳｒｔｒＩｇＡｎｚｎｕｌ
１前言
２试验材料的准备
板坯的中心偏析与成品的某些质量缺陷有着密不可分的关系，但影响钢板力学性能的均匀不
金茹杨铁城ＭａｔｔｎｗｏｒｎＳｒｄｏｄｉａ
（１首钢技术研究院；２伯明翰大学冶金材料系）
摘
要
本研究采用金相图像分析方法，定量分析板坯厚度方向金相组织的体积百分比含量，得到沿厚度
方向组织的变化。为确定分析区域碳的重量百分比含量，利用组织的晶格常数等进行了组织体积和重量的转
试验采用２０ｍ ×１８０ｍ断面的板坯，２ｍ０ｍ
化学分析成分见表１。
表１试验板坯的钢包分析成分／％
性，而且对焊接性能、耐腐蚀性能等产生不利影
响，还会造成钢板的分层等质量缺陷。对于板坯中心偏析的产生机理及原理已经有很多的研究，
换。利用热力学计算得到了组织摩尔百分比含量与碳含量的关系和相应成分下钢的凝固温度点，以及沿厚度方向板坯碳含量的变化，分析了板坯宏观碳偏析的程度及现象。
关键词板坯偏析组织图像分析
ＳｕｙｏｈｅＩｇａｙｉｅｈｄｏｔｄｎｔｍａｅＡｎｌｓｓＭｔｏｆ
ｒｌｔｎｈｐｂｔｅｎｍｏｅｆａｔｎａｄｃｒｏｏｔｎ，ｓｌｉｃｔｎｔｍｐｒｔｒｎｅｅｔｎｃｅｃｏｔｎｄｅａｉｓｉｅｗｅｌｒｃｉｎａｂｎｃｎｅｔｏｉｆａｉｅｅａｕｅｕｄｒｃｒａｈｍｉａｃｎｅｔａｏｏｄｉｏｉｌｎｃｒｏｏｔｎｏｇｔｉｋｅｓｗｅｅａｌｃｃｌｔｄＴｅｄｇｅｆｃｒｏｃｏｓｇｅａｉｎａｄｉｈｎｍｅｏｅｅａｂｎｃｎｅｔａｎｈｃｎｓｒａｕａｅ．ｈｅｒｅｏａｂｎｍａｒｅｒｇｔｎｔｐｅｏｎｎｗｒｌｌｌｏｓａａｙｅｃｏｄｎｈａｃｌｔｎｒｓｌ．ｎｌｚｄａｃｒｉｇｔｔｅｃｕａｉｅｕｔｏｌｏｓ．

连铸板坯鼓肚变形与宏观偏析的有限元分析

・铸坯质量・连铸板坯鼓肚变形与宏观偏析的有限元分析刘伟涛1,2,M ichel Bellet2,A lban Heinrich2,V ict or D.Fachinotti2(1.中冶连铸北京冶金技术研究院,北京100081,2.巴黎高等矿业学校)摘　要　鼓肚变形及因变形引起的中心线偏析是影响板坯质量的重要因素。

法国冶金部和一些企业组织了优化钢铁生产的项目,采用数值方法研究和优化连铸工艺。

介绍了巴黎高等矿业学校在连铸过程数值仿真方面的研究成果。

FE M M odeli n g on sl ab bulg i n g and macrosegrega ti onL I U W eitao1,M ichel Bellet2,A lban Heinrich2,V ict or D.Fachinotti2(1.Beijing Metallurgical Technol ogy I nstitute(CCTEC),Beijing100081,2.Ecole desM ines de Paris,France)ABSTRACT　Bulging and def or mati on-induced macr osegregati on are essential features for cast slabs,which influence the quality of flat p r oducts.I n order t o op ti m ize casting p r ocess,numerical si m u2 lati on method was adop ted in Ecole desM ines de Paris supported by the M inistry ofMetallurgical I n2 dustry,France,and s ome industrial enter p rises(e.g.A rcel or).FE M modeling used f or better under2 standing on slab s olidificati on and segregati on is intr oduced in this paper.1　前言板坯连续铸造是近几十年钢铁生产的重要技术,钢水经过结晶器中的一次冷却和其后的二次冷却而成形。

高碳钢连铸方坯质量控制

高碳钢连铸方坯质量控制蔡开科1．前言高碳钢制品入钢轨，硬线，钢丝等广泛应用于国民经济各个部门。

对高碳钢制品要求是：抗拉强度高，可承载较重的震动载荷承载能力大，使用安全可靠在高速条件下工作，运转平稳有良好的抗压性，耐磨性，耐腐蚀性等目前高碳钢生产有两件工艺：BOF（EAF）－LF（VD）－bloom大方坯BOF（EAF）－LF－Billet小方坯不管那种工艺，为获得高质量的产品，必须得到高质量的连铸坯。

（1）高的洁净度，非金属夹杂物类型，数量，尺寸分布如表1表1 洁净度要求硬线钢由于夹杂易造成的冷拔断裂如图1图1 夹杂物所致冷拔断裂重轨钢，滚珠钢由于脆性夹杂产生疲劳裂纹而断裂（2）铸坯良好的低倍结构要紧是指中心缺陷（锻孔，疏松，中心偏析）。

硬线钢的杯锥状断裂（图2）是由中心偏析所致图2 杯锥状断口硬线钢劈裂状断口（图3）要紧是由中心疏松缩孔引起的。

图3 劈裂状断口重轨钢由于中心偏析（C.S）而产生轨腰的断裂（图4）图4 钢轨形貌2．铸坯中夹杂物操纵当钢水凝固成固体后，铸坯中夹杂物数量就无法改变了。

因此铸坯中夹杂物决定于炼钢－精炼－连铸的全过程。

炼钢是一个氧化过程，钢中夹杂物可用总氧T[O]来评判：T[O] = [O]D + [O]I出钢时：钢水中[O]I→O T[O] = [O]D＝a[O]脱氧合金化后：[O]D（a[O]）→O T[O] = [O]I由此，可用总氧T[O]来表示钢的洁净度，也确实是夹杂物水平。

为使钢中夹杂物少，必须操纵钢T[O]，为此（1）降低[O]D，转炉终点a[O]（2）降低[O]I，脱氧（夹杂物工程），精炼（3）防止钢水再污染：连铸过程2．1转炉终点氧操纵转炉终点a[O]是产生夹杂物的源头。

重点a[O]决定于：[C]终渣中（FeO）钢水温度图5 转炉终点钢中[C]与a[O]关系关于中高碳钢转炉终点操纵方法：低拉碳增碳法高拉碳补吹法两种方法结果比较于表2表2 低拉碳与高拉碳结果比较由表可知高拉碳法特点：增C量小，成品C波动小终点a[O]低对铁水S，P要求研低拉碳法特点：对铁水S，P要求可放宽些有利于脱S，P终点a[O]高增C量大，碳粉收得率不稳，成品C波动在±0.05％以上两种方法各有优缺点，各厂依照具体条件决定采纳哪种方法。

连铸过程中板坯凝固的数值模拟

(5-18) 这样在物理平面的求解区域边界上规定 ( x, y ) 、 ( x, y ) 的取值方法，就形成了物理平面上的第一类边界条件的Laplace问题。虽然对于这类问题已研究得很成熟，但是由于物理平面上是个不规则区域，于是在物理平面上解这一问题又碰到了不规则边界的困难。
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
QS C PVT
(5-10) 由式(5-9)与式(5-10)等量置换可得
f S C P T / L
(5-11) 此法采用固相率的增加来代替前热的放出，如果 f S 1 ，则表明该领域 V 的凝固结束。
热焓法
凝固过程金属的焓可定义为
H cdT (1 f s ) L
L ——潜热， J / kg ；
f s ——固相率；
T ——温度， C ；
——时间， s ；
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
——导热系数， W /(m K ) ；
x, y ——二维坐标， m 。
对于实用多元和金，要确定固相率和温度的关系，通常可以先采用热分析法求出凝固开始温度 TL （液相线温度）和结束温度 TS （固相线温度），假定如下： (1)假定为线性分布时
式中， L ——补偿对流换热的等效导热系数；
m ——经验常数，钢液导入区， m 4 ~ 8 ；
S ——静止钢液的导热系数。
热物性参数的数值处理方法
由于导热系数、比热和密度是随温度变化的，其处理方法一般有常数法、线形函数法和插值法等，在不同的温度区间内用二次曲线拟合的方法得到温度导热系数、温度-比热之间关系的曲线，来确定导热系数、比热值。对于板坯密度的取值，可在不同相区内取不同的值。 (1) 固相区： S 7.6 10 3 kg / m 3 ；

碳钢连铸坯凝固过程溶质再分配及宏观偏析的研究

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒａｌｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｓｏｌｕｍｏｄｅｌ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ
在碳钢连铸中，由于溶质元素在固相和液相
温宏权博士１９６９年生１９９８年毕业于上海大学现从事钢铁冶金专业电话２６６４８７４９Ｅｍａｉｌｈｑｗｅｎ＠ｂａｏｓｔｅｅｌ．ｃｏｍ
本文在修正的谢尔模型基础上，理论计算并分析碳钢连铸过程中凝固参数、钢水流动、合金成分等对铸坯宏观偏析的影响，探讨电磁搅拌时 “白亮带”偏析的形成机理，目的是寻找抑制铸坯中心偏析的实际对策。
中图分类号：ＴＦ７７７．１文献标志码：Ｂ文章编号：１００８－０７１６（２０１９）０４－００４５－０５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０７１６．２０１９．０４．０１０
Ｓｏｌｕｔｅｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｓｌａｂｄｕｒｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ
中的溶解度不同，铸坯横截面上存在着化学成分分布不均匀现象，即成分偏析。一般来说，钢铸件凝固组织中枝晶间（微米级）的显微偏析通过长时间的高温均匀化热处理基本上可以消除；而宏观偏析即使经过充分变形、热处理也仍然难以彻
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宝钢技术
２０１９年第４期
底去除。宏观偏析会显著降低钢铁产品机械性能和抗腐蚀性能的均匀性，与伴随的ＭｎＳ夹杂物沉淀、中心裂纹等缺陷一起，严重影响钢坯的铸造质量及后续加工和使用性能。按照分布形态的不同，铸坯宏观偏析可分为中心线状偏析、Ｖ型偏析、Ｕ型偏析等。
２０１９年第４期

中高碳钢钢坯偏析小结

中高碳钢钢坯偏析小结
一、偏析理论及偏析研究背景固溶体在结晶时，如果凝固从一端开始顺序进行的话，则可能产生区域偏析。

正偏析：先凝固的外层中溶质元素含量较后凝固的内层低。

负偏析：外层的溶质元素含量反而比内层的溶质元素含量高。

凝固时发生收缩而在树枝晶之间产生空隙加上温度降低，液体气体析出形成压强，把铸件中心溶质浓度较高的液体沿着柱状晶之吸至外层。

方坯形状如图1所示：按照以上理论，2和4区偏析最严重。

图1 图2 取样位置：如图2所示
研究背景：炼钢厂提供资料C 偏=C0/C 熔，C0为方坯几何中心钻样。

C 熔为熔炼样。

C 偏=C0/C1+C2+C3 方坯两条对角线1/4碳含量。

武钢的碳偏析是研究偏析指数，C 偏=C0/C 熔，C0为方坯中最大碳含量位置。

以上方法全部采用钻样，但不能研究其他元素偏析，本研究采用光谱分析全部元素分析。

2、Mn 、P 、S 、含量偏析情况不随钢中碳含量增加而增加。

3、35K 中Al 、Ca 偏析不严重。

4、实际检验数据2、4区元素含量较高，3区中间部位含量较低，1
、5区外壳元素含量基本在中间。

6、C含量波动范围超出国标，性能波动大。

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。

连铸坯的宏观检验分析

连铸坯的宏观检验分析柏才媛摘要：简要介绍了生产中连铸坯宏观检验常用的试验方法，总结了试验室设计中需要注意的难点问题，并对快速硫印试验的应用及设备技术特点作了简要分析。

关键词：连铸坯；宏观检验；酸浸试验；快速硫印试验1 前言连铸生产工艺实质上是钢水从液态向固态的凝固转变过程，该过程是在过冷条件下进行的，经历了形核和核长大，最后才完成结晶。

由于浇注温度、拉坯速度、冷却速度、夹杂物及成分偏析等的影响，产生表面和内部缺陷的机会较多。

评价连铸坯质量，主要应考虑以下几个方面的问题：1) 连铸坯的外观形状和表面质量，主要指连铸坯形状、表面裂纹、夹杂及皮下气泡等缺陷；2) 连铸坯的纯净度，指钢中夹杂物（如氧化物、硫化物等）的含量、形态和分布；3) 连铸坯的内部质量，指连铸坯是否具有正确的凝固结构、以及裂纹、偏析、疏松等缺陷的程度。

根据连铸坯生产中的主要质量问题，应采用不同的检验方法进行评定。

对于连铸坯表面的质量缺陷，如表面裂纹、夹杂物、气泡等，一般用肉眼即可进行观察判断；而对于内部质量，如成分偏析、内部夹杂物及内部裂纹等质量缺陷则需要截取某个特定的断面进行宏观检验，研究成分偏析、夹杂物及缺陷的种类、数量、大小、分布和形状等，才能判定连铸坯质量的好坏。

宏观检验是用肉眼或在不大于十倍的放大镜下，观察试样表面或断面的情况，用以检验钢材组织的不均匀性及宏观缺陷的形式和分布，也称为低倍检验。

宏观检验包括酸浸试验、断口检验、塔形车削发纹试验及硫印试验等，通常是进行试样检验或直接在钢件上检查，其特点是检验面积大，易检查出分散缺陷。

生产中最常用的连铸坯质量评定方法是酸浸试验和硫印试验。

2 酸浸试验酸浸试验是宏观检验中最常用的一种方法。

在钢材质量检验中，按顺序酸浸试验被列为检验项目的第一位。

如果一批钢材在酸浸检验中显示出不允许有的或超过允许程度的缺陷，则其它检验可以不必进行。

酸浸试验用以检查偏析、疏松、夹杂及裂缝等缺陷，可分为热酸浸蚀试验法、冷酸浸蚀试验法和电解酸蚀法三种。

高碳钢连铸坯偏析问题的分析与探讨

2007年炉外精炼年会论文集211高碳钢连铸坯偏析问题的分析与探讨曾四宝1,2)李洪波1,2)包燕平1)刘建华1)韩丽娜1)1)北京科技大学冶金与生态工程学院; 2）济南钢铁集团石横特殊钢厂摘要本文针对石横特殊钢厂R9m连铸机生产SWRH82B、GCr15等高碳钢连铸坯的偏析问题，分析讨论了钢水过热度、拉速、二次冷却强度和组合式电磁搅拌对连铸坯碳偏析影响，并对中心碳偏析问题提出了改善措施。

关键词偏析;钢水过热度;二次冷却强度;拉速;电磁搅拌1 前言对高碳钢来说，由于碳含量较高造成导热性差、凝固区间大，连铸坯本身容易产生偏析、疏松和缩孔等缺陷。

当前轴承钢连铸坯的控制水平普遍要求碳中心偏析指数≤1.15；钢帘线钢对碳偏析有更严格的要求，一般碳中心偏析指数≤1.05，否则在拉丝和扭转过程中容易引起断裂。

最近十几年来，随着钢水二次精炼、保护浇注、二次冷却、电磁搅拌和轻压下等技术的发展，高碳钢连铸技术也相应得到发展。

实际上，影响高碳钢连铸坯偏析的因素很多，如钢液过热度、二冷参数、拉速及电磁搅拌方式等。

关于钢液过热度对偏析的影响，国内外冶金工作者进行过大量的研究，得出了明确的结论，即随着过热度的降低，连铸坯的偏析逐渐减轻。

但是关于电磁搅拌和二冷水量等对偏析的影响目前还有争议。

通过统计分析石横特殊钢厂2006年3~9月份的生产情况和工艺变化情况，探讨了高碳钢(如SWRH82B、GCr15)连铸坯碳偏析的产生原因以及公司进一步改善碳偏析的途径，为工艺和装备优化、改进提供依据。

2 连铸机基本参数流数：4流;铸机半径：R9000/17500mm;流间距：1250mm;结晶器长度：850mm;浇铸断面：150mm×150mm;最大拉速：2.8m/min;电磁搅拌方式：M + F—EMS;二次冷却方式：足辊水冷0段+气雾冷却1、2、3段;浇铸钢种：碳结钢20#、45#、40Cr、ML10~35，20CrMo、高碳钢70#、80#、72A、82B、GCr15焊条钢H08A、H08Mn2SiA等。

连铸凝固过程中的偏析现象及其控制

中心偏析对钢性能的危害
1、降低钢材综合性能奥氏体化后仍有残留，引起淬火回火后的硬度和其他力学性能的局部差异 2、使钢材出现各向异性中心偏枂在板坯的纵向和宽度方向上的分布有很大的变化，导致力学性能各向异性 3、降低钢材的韧性作为冷拔材的硬线钢来说，中心偏枂使它拉丝枀限和延展性降低 4、引起钢材氢脆，降低耐腐蚀性能
电磁搅拌技术（ EMS）
使铸坯内部产生电磁力，对铸坯内部液体实施搅拌，过热液体绕
树枝晶生长前沿流动，使枝晶根部溶化，流动的钢液将枝晶带走
成为核心，另外机械力的作用也可折断正在长大的树枝晶，增加等轴晶晶核。
轻压下技术
20世纪70年代末80年代初，现在已成为连铸关键技术的重要组成部分，被证明是提高产品质量和开发高附加值产品的重要手段，幵被
中心偏析的危害
（1）中心偏析对钢成材的影响 1）造成分层、断口丌合格使钢报废含硫偏高的钢，中心偏枂带内往往有大量硫化物聚集，高熔点夹杂物的变形程度不基体大丌一样，轧制过程造成钢的内部裂纹，大量非金属夹杂物使钢严重分层；含锰偏高的结极钢，易出现锰偏枂，铸态时出现树之间锰的富集，轧态时出现富锰的带状组织，使断口检查丌合偏枂的最佳方法。
一方面压下可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯的横向流动；另一方面，压下可以使液芯中溶质元素富集的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而改善中心偏枂情况。
轻压下技术
对于轻压下所需的压力主要有两种：热应力，即采用铸坯强冷技术，使凝固坯壳向内收缩，产生于机械力压下类似的作用，该法对于大断面、表面裂纹敏感的钢种收效甚微机械应力，即用机械压下的方法补偿铸坯收缩，该法依据设备又可分为辊式轻压下和锻式轻压下

连铸凝固过程中的偏析现象及其控制

3、偏析的危害
2）增加裂纹和疏松的敏感性
合金元素在中心偏析带内浓化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ当铸坯轧后冷却时改变了组织形态，出现马氏体或贝氏体组织，产生对氢脆裂纹的敏感性，通常使钢中的氢向中心偏析带附近的中心疏松聚积，中心偏析区粗大的沉淀物，如MnS、Nb(CN)3也加速了中心裂纹的扩展。中心偏析造成中心裂纹扩展直接与钢截面连通，也会与钢表面连通。裂纹总是沿树枝晶主轴扩展，纵裂纹开口处部位总是沿偏析的厚度和长度方向扩展，造成钢材的报废。
电磁搅拌技术（ EMS）
使铸坯内部产生电磁力，对铸坯内部液体实施搅拌，过热液体绕树枝晶生长前沿流动，使枝晶根部溶化，流动的钢液将枝晶带走成为核心，另外机械力的作用也可折断正在长大的树枝晶，增加等轴晶晶核。
轻压下技术
20世纪70年代末80年代初，现在已成为连铸关键技术的重要组成部分，被证明是提高产品质量和开发高附加值产品的重要手段，并被认为是消除铸坯宏观偏析的最佳方法。
中心偏析的危害
（1）中心偏析对钢成材的影响 1）造成分层、断口不合格使钢报废含硫偏高的钢，中心偏析带内往往有大量硫化物聚集，高熔点夹
杂物的变形程度与基体大不一样，轧制过程造成钢的内部裂纹，大量非金属夹杂物使钢严重分层；含锰偏高的结构钢，易出现锰偏析，铸态时出现树之间锰的富集，轧态时出现富锰的带状组织，使断口检查不合格，且很难消除，只能让钢报废。
4、偏析的控制
减轻偏析的措施
（1）加快铸坯的冷却速度，可以抑制凝固过程中溶质元素的析出，从而减少显微偏析（2）采用合理的铸坯断面，缩短凝固时间，减轻偏析程度（3）降低钢中有害元素、气体及杂质的含量，如硫、磷、砷等（4）降低合金元素的种类或数量，使凝固时固相和液相的密度差减小，以减弱钢液流动，减轻偏析程度 (5)采用合理的浇注工艺。如适当降低浇注温度和浇注速度，有利于减轻偏析；连铸时防止铸坯鼓肚，可消除富集杂质的钢液流入中心空隙，以减少铸坯的中心偏析

高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施

关键词：连铸坯；中心偏析；带状组织
、
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，钢液难以及时形成收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。
第一，辊缝偏差会受到扇形段上下框架间连杆弹性变形的影响，为了消除这种影响可以采取补偿校验连铸机扇形段拉杆、连铸机参数控制系统中输入扇形段拉杆补偿值的方式进行控制。第二，连铸机扇形段夹紧缸位移传感器会存在系统误差，为了消除这种误差的影响，可以定期表动连铸机扇形段实际辊缝与目标辊缝的偏差，比如通过在线辊缝仪、手持辊缝仪的方法。第三，连铸机扇形段驱动辊在线辊缝偏大会影响整体辊缝偏差，为了消除该因素的影响可以标定并控制连铸机扇形段驱动辊辊缝。

连铸工艺参数调整对连铸坯中心偏析的影响

128管理及其他M anagement and other连铸工艺参数调整对连铸坯中心偏析的影响赵紫玉（唐山科技职业技术学院，河北唐山 063000）摘要：中心偏析能够影响铸坯的使用寿命和质量。

本文以钢坯为研究对象，首先从凝固晶桥、空穴抽吸、富集和溶质析出理论研究了中心偏析出现的机理。

然后，以某钢铁企业的铸坯为试验对象，分析了钢水过热度的影响，将该参数控制在20°左右。

将拉速和二冷比水量两个连铸参数相结合，得到了最佳配比，确定了将二冷比水量提高0.04kg/t，将转炉的拉速降低至0.06m/min，为最佳连铸工艺。

关键词：铸坯；连铸工艺；钢水过热度；拉速中图分类号：TF777 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）03-0128-2收稿日期：2020-03作者简介：赵紫玉，女，生于1983年，汉族，河北迁西人，本科，高校讲师，研究方向冶金工程。

高碳硬线钢在预应力金属制品制造领域应用十分广泛，如轮胎钢丝、建筑钢丝绳、钢丝绞线以及应力钢丝等等，其中高碳硬线钢的使用寿命和质量与拉拔强度密切相关。

高碳钢的凝固温度区间较为宽泛，钢材料凝固过程中的糊状区较大，导致连铸坯形成中心缩孔或中心偏析等问题。

文献研究可知，高碳钢线材在冷加工中出现拉拔断裂的主要原因即为中心缩孔或中心偏析。

所以，努力改善连铸坯形成过程中的中心缩孔或中心偏析对高碳钢线材的质量具有重大意义。

1 铸坯中心偏析的形成机理在钢液凝固过程中，固液相中的溶质元素进行再分配，未凝固的钢水溶质元素在快速生长的柱状晶间富集，使得铸坯中的溶质元素不均匀分布，铸坯中心部位的硫元素、磷元素和碳元素等含量较其他位置明显增高。

1.1 凝固晶桥按照该理论，凝固组织中的钢坯柱状晶发展速度较快，随着高碳钢脚注工艺的进行，凝固过程中的铸坯热传导不均匀，使得柱状晶产生了不同的生长速度，铸坯中心位置形成了搭桥，上部的钢液无法及时的补充下部钢液，使得下部钢液收缩形成中心偏析、疏松或者缩孔。

连铸坯宏观偏析数学模型的研究思路

连铸坯微观及宏观偏析数学模型的研究现状冯科徐楚韶陈登福（重庆大学材料科学与工程学院）摘要从宏观偏析理论的两个基础问题（微观偏析及树枝晶间液相流动）入手，采用溶质分配理论并结合传热模型对连铸坯宏观偏析的定量解析方法进行了研究，探讨了建立宏观偏析数学模型的思路。

1 前言连铸坯中典型的宏观偏析是平衡分配因数1<k 的溶质元素在铸坯中心线上的富集（即中心偏析），这已为大量实验和生产实践所证明[1-2]。

究其形成的主要原因，不外乎以下两个因素：① 凝固过程的枝晶生长方式（连铸坯的冷却属于定向强制冷却，但冷却速度并不是很大，其凝固过程可视为近平衡凝固，钢中合金元素的再分配过程按照定向枝晶凝固进行）；② 铸坯横断面液芯内富集溶质液相的流动（伴随凝固过程的体积收缩与凝固末期较大的钢水静压力及坯壳鼓肚都将导致枝晶间浓化液体的流动）。

连铸坯在凝固过程中的偏析行为对其内在质量有着较大的影响，尤其是对于一些质量要求较高的高碳合金钢来说。

因此本文将分别讨论定量宏观偏析理论的两个基础性问题，即微观偏析理论和两相区内枝晶间的液相流动。

并以此为基础，结合连铸传热模型对建立连铸坯宏观偏析数学模型的思路进行了研究，以期在理论上对具体工艺条件下连铸坯横断面上的溶质分配状况进行正确的预测以及将铸机工艺、设备参数与铸坯偏析行为及凝固组织的微观结构有机地联系起来。

2 微观偏析理论2.1 微观偏析的定义微观偏析（也称为显微偏析）是指溶质元素在树枝干与枝晶间分布的不均匀性（通常枝干浓度是均匀的，而枝晶间的溶质浓度变化较大），根据该元素在枝晶间的平均浓度与在枝干上的平均浓度之比值可确定出其平均枝晶偏析系数，在实验室中可以采用低倍浸蚀、硫印和放射性同位素等方法对其进行测试。

2.2 枝晶微观结构及其预测在实际连铸生产条件下，金属合金常在树枝晶界面下凝固，树枝晶结构的特征尺寸包括一次枝晶臂间距1λ和二次枝晶臂间距2λ，其大小是铸坯结构细化程度的标志，其中后者与微观偏析效果密切相关。

管线钢连铸板坯的半宏观偏析和凝固组织

管线钢连铸板坯的半宏观偏析和凝固组织引言管线钢是一种广泛应用于石油、天然气输送以及化工等领域的特种钢材，其质量和性能对于相关行业的安全和可靠运行至关重要。

连铸板坯作为管线钢生产中的重要中间产品，其半宏观偏析和凝固组织对最终产品的性能具有重要影响。

本文将从管线钢连铸板坯的制备过程、半宏观偏析形成机理以及凝固组织结构等方面进行详细探讨。

1. 管线钢连铸板坯制备过程管线钢连铸板坯制备过程包括熔炼、连铸和冷却三个阶段。

1.1 熔炼阶段在熔炼阶段，通过高炉或电弧炉等设备将原料加热融化，并进行精确控制合金元素的配比。

这一阶段的关键是确保合金元素的均匀分布和溶解度，以及去除杂质。

1.2 连铸阶段连铸阶段是将熔融钢液注入连铸机的结晶器中，通过冷却和凝固形成板坯。

在连铸过程中，需要控制浇注速度、结晶器温度和冷却速率等参数，以确保板坯的凝固结构和形状。

1.3 冷却阶段冷却阶段是指板坯从连铸机出口到室温的过程。

在这个过程中，板坯会经历空气冷却或水淬等方式进行快速降温，以达到所需的力学性能和组织结构。

2. 半宏观偏析的形成机理半宏观偏析是指板坯横截面上不同部位化学成分的差异。

其形成机理主要包括凝固分离、重力分离和流动分离三个方面。

2.1 凝固分离凝固分离是由于不同元素在凝固过程中具有不同的凝固温度范围，导致在板坯内部形成化学成分梯度。

例如，在高碳钢中，碳元素会富集在晶界附近，形成碳化物。

2.2 重力分离重力分离是由于密度差异引起的元素偏析。

在连铸过程中，由于密度不同，较重的元素会向下偏离，而较轻的元素则向上偏离。

这种偏析会导致板坯上下部位的化学成分差异。

2.3 流动分离流动分离是由于流体运动引起的元素偏析。

在连铸过程中，钢液会经过各个结晶器区域，其中存在不同速度和流动状态。

这种不均匀的流动状态会导致板坯内部产生化学成分梯度。

3. 凝固组织结构特征凝固组织结构是指管线钢连铸板坯内部的晶粒结构和相组成。

根据凝固速率和冷却条件的不同，凝固组织可以呈现出多种形态。

连铸坯微观及宏观偏析数学模型的研究进展_冯科

连铸坯微观及宏观偏析数学模型的研究进展冯科徐楚韶陈登福孙海峰(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)摘要对连铸坯微观和宏观偏析模型及树枝晶间液相流动的研究进展进行了评述,采用近平衡凝固过程溶质再分配理论并结合连铸传热数学模型对连铸坯微观及宏观偏析的定量解析方法进行了分析。

关键词连铸坯枝晶凝固微观偏析宏观偏析Advance in Research on Mathematic Model of Micro -andMacrosegregation in Concasting BilletFeng Ke,Xu Chushao,Chen Dengfu and Sun Haifeng(College of Material Science and Engineeri ng ,Chongqing Uni versity,Chongqing 400044)Abstract The advance i n research on mathematic model of micro -and macrosegregation and interdendri tic flowing of liquid phase has been reviewed.And the quantitative resolution method in concasting billet is analyzed by solute redistribu -tion theory during near -equilibriu m solidification and concas ting heat transfer model.M aterial Index Concasting Billet,Dendritic Solidification,M icrosegregation,Macrosegregation连铸坯中典型的宏观偏析是平衡溶质分配因数k<1的溶质元素在铸坯中心线上的富集(即中心正偏析),这已为大量实验和生产实践所证明[1~4]。

高碳中锰耐磨钢凝固过程溶质微观偏析模型

高碳中锰耐磨钢凝固过程溶质微观偏析模型
李民;刘洪波;车晓锐;刘颖;张杰;张彩东;田志强;徐浩
【期刊名称】《工程科学学报》
【年(卷),期】2024(46)6
【摘要】通过定向凝固、电子探针(EPMA)、Factsage等多种实验与理论计算相结合的手段对中锰耐磨钢凝固过程溶质元素微观偏析行为进行了系统研究.研究表明在定向凝固试验中当拉速为50μm·s-1时,中锰钢的二次枝晶间距平均值为59.77μm;中锰钢凝固过程组织转变为L→L+γ→γ属于奥氏体凝固模式,无包晶反应的发生,也无铁素体相及其他相的出现;中锰钢定向凝固过程中Mn、Cr在枝晶间的含量明显高于枝晶内,表明Mn、Cr元素发生了明显的正偏析行为;通过对各特征参数求解,构建了中锰钢溶质元素微观偏析模型,发现中锰钢定向凝固过程中Mn元素偏析指数与Brody–Flemings模型符合较好,而Cr元素偏析指数与Clyne–Kurz 模型分布较为一致.
【总页数】8页(P1089-1096)
【作者】李民;刘洪波;车晓锐;刘颖;张杰;张彩东;田志强;徐浩
【作者单位】河钢材料技术研究院;北京科技大学冶金与生态工程学院;北京科技大学工程技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.71
【相关文献】
1.铁碳合金凝固过程微观溶质偏析模型分析
2.高碳钢连铸坯凝固过程溶质宏观偏析的数值模型
3.钢液凝固过程中微观偏析和钛氧夹杂生成的耦合模型
4.镧、磷在稀土碳锰纯净钢凝固过程中的偏析和相互作用
5.钢连铸过程的溶质微观偏析模型
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连铸板坯的应变分析和微观偏板模型

苇３ｊ巷增刊２０００年９月钢铁ＩＲＯＮＡＮＤＳＴＥＥＬＶｏｌ３５．ＳｕｐｐｌＳｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０００连铸板坯的应变分析和微观偏析模型韩志强袁伟霞蔡开科（北京科技大学）摘要针对连铸板坯．建立了ｒ预测内裂纹形成的应变分析模型和研究凝固前沿力学性能分布的微观偏折模型。

在应变分析模型中．通过计算由鼓肚、矫直、支撑辊不对中在凝固前沿造成的拉应变井与内裂纹形成的临界应变相比较，预测板坯是否产生内裂纹。

利用所建立的模型，研究了一台４点矫直弧形铸机所产铸坯的由裂纹。

研究中采用实测的辊齄数据计算由支撑辊不对中产生的应变。

谴过实际铸坯硫印检验验证了模型的可靠性。

在微观偏析模型中，考虑丁铁索体凝固向奥氏体凝固的转化和ＭｎＳ的析出。

采用微观偏析谟型．研究丁钢种成分对凝固前精枝晶间偏析、零强度温度（ＺＳＴ）、零塑性温度（ＺＤＴ）的影响。

结果表明，钢中Ｃ含量对Ｐ的偏析影响很大。

凝固末期残余液相中Ｓ的含量因受Ｍｎ的制约而随Ｃ含量变化不大。

锕中Ｃ含量通过影响钢的凝固方式而影响枝晶间的微观偏析。

关ｔ调连铸板坯由裂纹应变分析微观偏折数学模墅ＳＴＲＡＩＮＡＮＡＬＹＳＩＳＡＮＤｎＩＣＲｏ—ＳＥＧＲＥＧＡＴＩｏＮＭｏＤＥＬＦｏＲＣｏＮＴＩＮＵＯＵＳＬＹＣＡＳＴＳＬＡＢＨＡＮＺｈｉｑｉａｎｇＹＵＡＮＷｅｉｘｉａＣＡｔＫａｉｋｅ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ）ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓｔｒａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋａｎｄａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｍｉｃｒｏ—ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｃａｓｔｓｌａｂｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｎｔｈｅｓｔｒａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒａｉｎａｔｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇｆｒｏｎｔｃａｕｓｅｄｂｙｂｕｌｇｉｎｇ．ｕｎｂｅｎｄｉｎｇ，ａｎｄｒｏｌｌｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａｃｒｉｔｉｃａｌｓｔｒａｉｎｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋｏｆｔｈｅｓｌａｂ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｔｒａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋｉｎｔｈｅｓｌａｂｐｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈａ４－ｐｏｉｎｔｕｎｂｅｎｄｉｎｇｂｏｗｃａｓｔｅｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙｍｅａｓｕｒｅｄｒｏｌｌｇａｐｄａｔａｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｒｏｌｌｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔｓｔｒａｉｎ．Ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｓｕｌｆｕｒｐｒｉｎｔｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｅｄｓｌａｂ．Ｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．ｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｏｆｆｅｒｒｉｔｉｃ／ａｕｓｔｅｎｉｔｌｃｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆＭｎＳｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｉｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｅｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒ＿ｄｅｎｄｒｉｔｉｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｚｅｒｏｓｔｒｅｎｇｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＺＳＴ），ａｎｄｚｅｒｏｄｕｃｔｉｌｉｔｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＺＤＴ）ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｈａｓｓｔｒｏｎｇｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏ—ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｗｈｉｌｅｔｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｓｕｌｆｕｒｈａｓｎｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｍｉｃｒｏ—ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｍａｉｎｌｙｂｙａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌ．ＫＥＹＷＯＲＤＳｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｅａｓｔｓｌａｂ．ｉｎｔｅｒｎａｌｃｒａｃｋ，ｓｔｒａｉｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｉｃｒｏ—ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ．ｍａｔｈｅｍａｌｉｃａｌｍｏｄｅＩ１前言内裂纹是连铸板坯的主要缺陷之一。