优化工艺参数提高冷镦钢08A等轴晶率_还海峰

炉号
平均等轴
平均等轴
炉号
晶率 /%
晶率 /%
炉号
平均等轴 晶率 /%
1- 1895- 8A 8.5 3- 2642
0
2- 6047
13.9
4- 1611- 8A 5.2 2- 2578 5.5
3- 6471
20.8
1- 211- 8A
20
2- 2576 19.3
3- 6960
21.4
2- 725- 8A
编号 技术数据 单位 1 段区 2 段区 3 段区 4 段区
1
段长度
米 0.31 1.9
2.32 4.64
2 喷嘴总行数 行
2
11
12
12
3 每行喷嘴数 个 / 行 4
4
4
4
4 水的分配比率 %
16
42
21
21
5 最小雾化角度 度
90
60
60
60
扁形 全锥形 全锥形 全锥形
6
喷嘴规格
—
雾化 雾化 雾化 雾化
Ⅳ
90.30
4.06 7.99 4.14 3.9 7.29
Ⅴ
89.87
3.88 7.90 4.16 3.2 7.27
Ⅵ
90.11
3.59 7.90 4.15 4.3 7.63
— 730 —
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工程技术
断树枝晶的趋势会越明显，等轴晶率的增加程度将会变得更加显著，这
和工业实验的结果是一致的。 3.4 合金元素铝对等轴晶率的影响 本实验主要通过改变 SWRCH08A 铸坯中的 Als 含量，研究将 Als
心等轴晶区较为明显，枝晶粗大区域较大，有中心的缩孔，等轴晶率为
24%，图 1- (b)为改变一冷水量之后的冷锻钢低倍组织照片，试样柱状晶
发展的程度降低，中心区域组织细密，中心等轴晶区域明显，等轴晶所
占区域明显提高，等轴晶率较之前增加到 38%。由图 1 可以看出，降低
一冷强度到合理的程度，SWRCH08A 的等轴晶率提高了 14%，已明显
（上接第 729 页） 在进行复合材料优化分析时，所有的一维单元使用梁元，二维单元
表 4 实验具体参数
中包 取样 一冷水量
二冷水量（m3/h）
温差
温度 流次 （m3/h） 足辊 一段 二段 三段
1537 Ⅰ
81.71
3.85 6.70 3.65 2.6 7.34
1541 Ⅱ
89.94
3.23 7.74 4.19 4.0 7.43
1545 Ⅲ
90.24
4.51 7.76 4.16 3.1 7.00
13
2- 2577 8.13
3- 4458 16.45
3- 517- 8A 9.75 4- 3117 33
4- 3024
15
3- 1084- 8A 15.65 3- 3480 20.1
3- 4224
16.9
2- 5560
7.5 1- 5559 4.0
2- 5589
10.0
由表 1 可以看出，等轴晶率平均值≤10.0%，约占 43%；10.0%＜等 轴晶率平均值≤20.0%，约占 38%；等轴晶率平均值＞20.0%，约占 19%。 总体而言，SWRCH08A 的等轴晶率集中在 10%左右，等轴晶率不高，为 了进一步提高冷镦钢的综合性能，需要提高其等轴晶率，从而起到改善 热轧盘条的力学性能，提高产品市场竞争力的效果。
1.马钢冷锻钢 08A 的生产现状 冷镦钢要求在保证一定强度的条件下, 还具有良好的塑性和韧性, 以利冷顶锻性能等的提高，所以提高冷镦钢晶粒度,细化晶粒是冷镦钢 是否能够具有优良的综合机械性能的关键之一[3]。表 1 为马钢冷镦钢08A 的等轴晶率统计结果。
表 1 SWRCH08A 等轴晶率统计结果
参考文献
［1］先越蓉.冷镦钢的生产和发展［J］.特殊钢,2005,26(3):31. ［2］张先鸣.我国冷镦钢的现状和发展［J］.金属制品,2009,35(2):45. ［3］庞波,高秀华,邱春林等.影响冷镦钢质量因素的研究［J］.2006,32 (6):32- 33. ［4］宋维锡主编.金属学(修订版［) M］.北京:冶金工业出版社,1989.5: 82- 90,125- 127. ［5］钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法.中华人民共和国国家标准, GB226- 91. ［6］蔡开科主编.浇铸与凝固［M］.北京：冶金工业出版社，1987.11: 43- 64,83- 97.
含量从 0.03%增加到 0.06%时冷镦钢等轴晶率的变化。不同 Als 含量的 SWRCH08A 低倍组织照片见图 4 所示。
图 2- (a) 26%
图 2- (b) 48%
图 2 冷镦钢低倍照片
二冷强度的降低，铸坯冷却速度降低，铸坯热流散失的强度减少，
这就减小了铸坯已有的晶核的长大速度，从而有利于起到细化铸坯晶
表 2 一冷水的水量与进出水温差
初始一冷水量（m3/h） 108 初始一冷水温差（℃） 6.0
改后一冷水量（m3/h）
90
改后一冷水温差（℃） 7.5
铸坯的低倍组织照片见图 1 所示。
图 1- (a) 24%
图 1- (b) 38%
图 1 冷镦钢低倍组织照片
图 1- (a)为没有改变一冷冷却水量的冷镦钢低倍组织照片，试样中
图 3- (b)电流 510A 频率 3Hz
图 3 MEMS 电磁搅拌参数对铸坯低倍的影响
由图 3 可以看出，图 3- (a)为电流 400A、频率 5Hz 时铸坯的低倍组
织照片，可以看出凝固组织柱状晶高度发达，等轴晶区不明显，等轴晶
率为 9%。图 3- (b)为电流 510A、频率 3Hz 时的低倍组织照片，柱状晶较
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优化工艺参数提高冷镦钢 08A 等轴晶率
马鞍山钢铁股份有限公司仓储配送中心 还海峰
［摘 要］本文主要以马钢 2# 连铸机生产的冷镦钢为研究对象，通过工业实验，分析低倍组织，得到提高等轴晶比率的工艺优化参 数。实验结果表明，一次冷却水流量减小了 25%，等轴晶率提高了 14%；二冷强度减小了 18%，等轴晶率提高了 22%；增加电磁搅拌强 度，减小搅拌频率，提高了等轴晶率，电流为 500A，频率为 3Hz 时等轴晶率达到 21%；钢中 Als 从 0.03%增加到 0.06%，等轴晶率从 0 增加为 18%。 ［关键词］冷镦钢 等轴晶率 工艺参数
在 SWRCH8A 钢浇注过程中，铸坯的等轴晶率提高了 14%。软水的流量
降低使铸坯的等轴晶率得到较大提高，所以合理的一冷强度，可以大幅
度地提高铸坯的等轴晶率。
3.2 二冷强度的优化
马钢 2# 连铸机的二次冷却方式采用的是纯水冷却方式，冷却分为
4 个区，具体二冷系统配置参数见表 3 所示。
表 3 二冷系统配置表
粒的作用，使得 SWRCH08A 的凝固组织更加致密，提高了 SWRCH08A
的等轴晶率。工业实验的结果表明，将二次冷却强度由原来的 0.85L/Kg
降低到 0.7L/Kg，在 SWRCH8A 钢浇注过程中，铸坯的等轴晶率提高了
22%，提高的幅度较大，这说明合理的二冷强度，可以大幅度地提高铸
坯的等轴晶率。
3.3 电磁搅拌参数对等轴晶率的影响
连铸机结晶器电磁搅拌系统主要技术参数为外置式，频率 3Hz、
5Hz，电流 400、460A、510A。实验方案见表 5 所示。
表 5 电磁搅拌实验方案
序号
电流
频率
序号
电流
频率
1
510
3
4
500
5
2
460
3
5
460
5
3
400
3
6
400
5
在钢水浇注过热度 15~25℃，浇注速度 2.2~2.9m/min 时，工业实验 的结果表明，电磁搅拌电流越大，频率越小，铸坯的等轴晶率越高。在实 验 条 件 下 ， 频 率 为 3Hz 及 电 流 为 510A 时 ， 铸 坯 等 轴 晶 率 最 大 ， SWRCH08A 能达到 20%以上。部分试样的低倍组织照片见图 3 所示。
图 4- (a) Als，0.06%
图 4- (b) Als，0.03%
图 4 低倍组织照片
图 4- (a)为 Als 含量为 0.06%的低倍组织照片，中心等轴晶区较大
且中心组织较致密，等轴晶率为 18%，图 4- (b)为 Als 含量为 0.03%的低
倍组织照片，组织粗大，柱状晶高度发展，等轴晶区域几乎没有，等轴晶
冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产互换性较高的标准件用钢。由于 它是在常温下利用金属塑性加工成型，材料内部组织严密、产品的机械 性能好、加工材料损失少、生产效益高、能量消耗低、产品尺寸精度高、 表面光洁度好，所以冷镦钢被广泛用于螺栓、螺帽、螺钉的制作[1][2]。
本文主要对马钢 2# 连铸机生产的小方坯冷镦钢 08A 进行了工业 性实验，研究了优化一次冷却水流量、二次冷却强度、电磁搅拌参数、微 合金化元素加入量等工艺参数，对提高冷镦钢等轴晶率的影响。
大。电流强度为 510A、频率为 3Hz 时，方坯断面的低倍照片等轴晶测定
结果表明此时铸坯等轴晶率达到 21%。
(4)对 SWRCH08A 而言，钢中 Als 的增加对形成等轴晶有利。Als 含
量从 0.03%增加到 0.06%，等轴晶率从 0 增加到 18%。
图 3- (a)电流 400A 频率 5Hz
(1)对 SWRCH08A 而言，一冷软水流量由 108m3/h 调整到 90m3/h 时
铸坯的等轴晶率提高了 14%。
(2)二冷比水量（L/Kg）从 0.85 降到 0.7。中心等轴晶率在冷却水减小
的情况有所提高，增加了 22%。适当的二次冷却水量是有利于提高铸坯
的等轴晶率的。
(3)结晶器内电磁搅拌的电流强度越大频率越小，铸坯等轴晶率越
率为 0。由图 4 可以看出，钢中 Als 的含量的增高对形成等轴晶拥有较
明显的优势，等轴晶率较高。
Als 的含量增加，能够为晶核的长大提供更多的形核核心，有助于
等轴晶的形核和长大，增加等轴晶区域所占比例[4]。
4.结论
通过现场工业性实验，研究了影响冷镦钢等轴晶率的因素，提出了
提高等轴晶的措施，得到如下结论：
越细小；同时长大速度越小，则在长大过程中将会形成更多的晶核，因 而晶粒也将越细小[4]。所以，在钢液凝固过程中采取措施促进形核如结 晶器内电磁搅拌技术和微合金化技术等；在晶核形成之后，采取措施抑
制晶核长大，从而起到细化晶粒，提高冷锻钢等轴晶率的效果如降低一 次冷却和二次冷却的强度等。
在工业试验中，优化工艺参数的前后都将取试样。试样采用冷酸浸 蚀法处理断面，冷蚀液成分为含 10%~40%（体积比）硝酸水溶液[5]。酸蚀 处理之后，分析试样低倍组织照片，对方坯断面的低倍照片等轴晶区域
进行测量，计算出所占整个断面的面积比率，即等轴晶率。 3.优化工艺参数 3.1 一次冷却水流量的优化 在连铸开浇后的第四炉取原始样；在第五炉进行试验操作，3 流一
冷软水由 108m3/h 调整到 90m3/h，其余各流不变；第五炉不取样；第六炉 在六个流上取样。记录调整一冷水流量之后，一冷水的进出水温度差， 见表 2 所示。
地改善了冷镦钢的等轴晶比率，提高了产品的机械性能。
由于一冷强度的降低，降低了初生坯壳的厚度，有利于热量通过初
生坯壳散出[6]，使铸坯能够形成更多的形核核心，形核核心的增多，使得
冷镦钢的凝固组织更加致密，晶粒得到细化，等轴晶率大幅度的提高。
实验结果表明，将结晶器冷却水流量由原来的 108m3/h 降低到 90m3/h，
将二次冷却的比水量进行调整，由原始比水量为 0.85L/Kg，降低到 比水量为 0.7L/Kg。实验中各流的具体参数见表 4 所示。
铸坯的低倍组织照片，见图 2 所示。 图 2- (a)为二冷比水量为 0.85L/Kg 时的低倍组织照片，柱状晶较为 发达，等轴晶所占比例不高，为 26%；图 2- (b)为二冷比水量调整到 0.7L/Kg 时的低倍组织照片，柱状晶所占区域明显降低，等轴晶比例较 高，为 48%。由此可以看出，减小二次冷却强度，冷镦钢中心等轴晶率有 较明显的增加。
为发达，中心有等轴晶区，等轴晶Biblioteka Baidu为 21%。
结晶器电磁搅拌(M- EMS)技术能够打断正在生长的柱状晶、末端枝
晶，折断而游离的树枝晶将作为新的形核核心，形核核心的增多，会明
显提高凝固组织的致密程度，扩大铸坯中心等轴晶区[6]。电磁搅拌的电
流强度越大，频率越小，说明在大电流强度下作用的时间越长，这种打
2.影响因素及分析方法 钢液凝固过程是液体形核长大成固体的过程，在这个过程中决定
晶体长大方式和长大速度的主要因素是晶核的界面结构和界面附近的 温度分布状态、潜热的释放及逸散条件。这两者的结合，就决定了晶体 长大的形态。金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的，晶粒 的大小取决于金属的形核率和长大速度的相对大小。形核率越大，则单 位体积中的晶核数目越多，每个晶粒的长大余地越小，因而长成的晶粒