齿轮钢大方坯宏观碳偏析及形成机制_许伟阳

齿轮钢大方坯宏观碳偏析及形成机制

许伟阳1,曹志刚1,3,颜慧成1,仇圣桃1,徐瑞军2,杨庚潮2,刘　建2,吴清明2

(1.钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心先进钢铁流程及材料国家重点实验室,

北京100083;2.湖南华菱湘潭钢铁有限公司,湖南湘潭411101;3.西安建筑科技大学

冶金工程学院,陕西西安710055)

摘　要:通过对华菱湘潭钢铁有限公司生产的断面尺寸为300mm×430mm的20CrM nTiH2大方坯进行碳成分分析和低倍组织检查,研究碳成分偏析与低倍组织的对应关系,探讨了偏析的形成机理。结果表明:柱状晶、CET区为正偏析,等轴晶区为负偏析,中心为正偏析,整个轴向呈“W”型分布,碳含量与低倍组织呈现明显的对应关系,说明碳偏析与凝固是密切相关的。

关键词:连铸;大方坯;碳宏观偏析;CET

中图分类号:T F777.2　文献标识码:B　文章编号:1002-1043(2011)05-0063-05

Macro-segregation in cast bloom of gear steel and its formation mechanism XU Wei-y ang1,CAO Zhi-gang1,3,YAN Hui-cheng1,QIU Sheng-tao1,

XU Rui-jun2,YANG Geng-chao2,LIU Jian2,W U Qing-ming2

(1.The State Key Laboratory of Advanced Processes and Products for Iron and

Steel,Natio nal Enginee ring Research Center of Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute,Beijing100081,China;2.H unan Xiangtan Iron and Steel Co.,Ltd.,Xiang tan411101,China;3.School of Me tallurgy Engineering,Xi’an University of A rchitecture&Technolo gy,Xi’an710055,China)

Abstract:The present paper mainly researched on the carbon macro-seg regatio n and etched m acro structures of cast bloom of gear steel20CrM nTiH2pro duced by Xiangtan Steel with cross section of300mm×430m m in o rder to find out the relatio ns betw een the carbon macro-seg regatio n and etched macro structure and the form ation mechanism of carbo n macro-seg reg atio n.The results show that the segregation deg ree w as po sitiv e in co lum nar zone and columnar-to-equiaxed transition(CE T)boundaries,negative in e-quiax ed zone and positive again in the center o f cast bloom.The carbo n seg regation dis-tribution mo rpholog y turned o ut to be W style.The carbo n co ntent show s a clear rela-tion w ith the etched macrostructure and it indicates that carbon m acro-segrega tion is re-lated closely w ith solidification.

Key words:continuous casting;blo om;carbon m acro-seg reg ation;CE T

钢中碳的偏析指数大,极易发生偏析,枝晶间碳微观偏析在后续轧钢热处理时能够减轻,但大尺寸范围的碳宏观偏析则无法得到改善[1],所以在连铸生产中必须对钢中碳元素的偏析进行有效控制,以减轻碳偏析对后续加工生产及成品质量的影响。

20CrM nTiH2钢对碳的均匀性要求很高,湘潭钢铁有限公司(以下简称湘钢)在初期生产中大规格圆钢低倍曾一度出现碳宏观偏析偏高现象,主要表现为横断面圆周方向上碳成分不均匀,加工成齿热处理后平直度偏差大,齿轮啮合不好。经过调研,发现是连铸坯的碳偏析引起的。本文

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2011年　10月第27卷第5期

炼　钢

S teelmaking

Oct.2011

Vol.27　No.5

作者简介:许伟阳(1988-),男,钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心,硕士生,从事连铸坯质量控制研究。

针对湘钢2009年生产的20CrM nTiH2大方坯齿轮钢,对方坯横截面碳成分进行检测分析,并结合低倍侵蚀组织,探讨大方坯宏观碳偏析及可能的控制手段。

1　生产工艺状况

1.1　设备状况

湘钢宽厚板厂生产20C rM nTiH2齿轮钢的工艺流程为:BOF→LF→VD→CC。连铸机主要工艺参数如表1所示。需要指出湘钢的这台连铸机是国内首家引进的方坯、板坯两用的,直弧铸机有2m左右的垂直段,铸机的静压头较高,结晶器处采用外置旋转电磁搅拌。

1.2　过程工艺参数控制

1.2.1　炼钢成分控制

湘钢宽厚板厂生产的20CrMnTiH2齿轮钢化学成分如表2所示。生产过程中进行窄成分控制。

1.2.2　连铸浇铸工艺

以1050556-3炉次为例,20C rM nTiH2浇铸工艺参数如表3所示。结晶器的振幅和振频分别为6mm和143r/min。

表1　方坯连铸机的主要技术参数

项目性能或参数

连铸机机型直弧形,带液芯多点连续矫直,方板兼用流数3流

弧半径10m

中间包类型梯型中间包

结晶器类型直结晶器

结晶器铜板长度900mm

结晶器液面控制放射性元素Co60

浇铸断面300mm×430mm

结晶器振动方式液压振动

表2　20C rM nT iH2的化学成分

标准

w B/%

C Si M n P S Cr T i

国标0.17～0.230.17～0.370.80～1.10≤0.035≤0.0351.00～1.230.04～0.10内控0.18～0.210.20～0.300.95～1.15≤0.020≤0.0151.05～1.200.05～0.07

表3　20Cr M nTiH2连铸工艺参数

中包钢水温度/℃中包钢水过热度/℃拉速/(m min-1)比水量/(L kg-1)电磁搅拌频率电磁搅拌电流1523～153111～190.750.272.5H z400A

2　取样及碳成分分析

2.1　取样方案

跟踪20CrMnTiH2齿轮钢生产,炉号为10505886-3,钢水浇铸完成后,在长铸坯上沿拉坯方向截取一定长度的铸坯样。

2.2　制样与分析

1)对铸坯样横向切片,获得的试样,进行刨平、铣光。

2)调配一定溶度的硝酸酒精溶液,对试样进行低倍侵蚀。

3)低倍侵蚀后,进行碳偏析检测时。用Υ5 mm的钻头,转眼取样。每次钻孔时,先去除表皮,然后钻取约1g的样,进行化学分析,得到钢中的碳含量。20CrM nTiH2的取样位置如图1所示,分8个方向,由在首的数字表示;每个方向上取若干点,用数字1～4表示,分别为各个方向上由中心到表面距离的1/4、1/2、3/4及表皮下10mm处。字母O表示中心点,B是等轴晶与柱状晶的交界处(CET

)。

图1　20CrM nT iH2的取样位置图

3　结果及分析

3.1　低倍组织

20CrM oTiH2低倍组织如图2所示。激冷层不明显,柱状晶从边部往中心方向生长,中心部分出现等轴晶区,且在等轴晶区有明显的疏松(图中的小黑点),等轴晶比例约为30%。柱状晶在

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