减轻C偏析的方法

减轻碳偏析的方法

高碳钢用于制作高强度的预应力钢丝和钢绞线，广泛应用于公路、铁路桥梁、海港码头、电站、大坝、工业民用建筑等领域，是一种高附加值产品，近年来，其需求量逐年攀升，所以高碳钢具有广泛的市场前景，而高碳钢在后续连续拉拔成单丝的过程中，压缩比可高达84%，这就要求原始的盘条成分化学均匀，钢的纯净度高，金属夹杂物含量低且无大型夹杂，连铸坯中心偏析和中心缩孔小，线材的表面质量好，不能有折叠、耳子等缺陷，组织性能均匀稳定等。应该控制连钢、精炼、连铸、轧制、拉拔等各个生产环节，综合优化工艺，减轻偏析。

1.0炼钢

生产工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→喂丝→软吹→保护浇铸，炼钢过程主要控制连铸坯中心偏析、中心缩孔及夹杂物，从以下下面几个环节控制。

精炼部分：

（1）成分控制，在铸坯结晶过程中，钢液中的溶质元素在固液相界上的溶解并未平衡移动，C、S、P等易偏析元素以柱状晶粒析出，排到尚未凝固的钢液中，随着结晶过程的进行，这些易偏析元素被富集到铸坯中心或者凝固末端区域，从而产生铸坯中心偏析。

由于出钢过程增碳量大，为达到LF精炼成分的目的，对钢中硅、

锰成分分别用硅铁和锰铁调整，用含碳合金球或碳芯线微调碳成分。硅是促进石墨化作用最强的合金元素，硅促进石墨化的能力，是镍的3倍，是铜的5倍。无论在液态或者固态的钢中，硅与铁结合的作用都比碳强。钢水中含有硅，就会使碳的溶解度降低。因此含硅量越高，碳含量相应的越低，就会有更多的碳被排挤出来。碳含量降低，铸坯碳偏析就会得到明显的改善。

（2）温度控制，由于高碳钢液相线温度低，因而其过程温度低，但是温度过低会造成化渣困难，所以要求LF炉第一次升温温度不能过低。

（3）夹杂物控制，为改变夹杂物的形态和分布，在钢水离开LF站之前，利用含钙包芯线对钢水进行钙处理，钙处理后，为保证夹杂物充分上浮，必须对钢包液进行较长时间的软吹氩，软吹氩时间要求不少于8min。

连铸部分：

（1）浇注温度，浇注温度高，铸坯易产生柱状晶或者穿晶组织，造成中心疏松、缩孔和偏析加剧。浇铸温度高还会使得液芯变长，导致

铸坯坯壳发生鼓肚现象，在铸坯中心产生具有负压抽吸作用的空穴，使凝固末端富集溶质元素的钢液被吸入铸坯中心。也是导致铸坯产生中心偏析的一个重要的原因。而浇铸温度过低易造成中包水口冻结，迫使浇铸中断，不利于钢中夹杂物的上浮。并可能恶化铸坯表面质量，因此，要严格控制浇注温度。钢包、中间包永久层里加装保温材料，减少钢包、中间包钢水降温，稳定浇铸过程钢水温度。中间包钢水面采用双覆盖渣，底层为碱性保护渣，起保护和净化钢水的作用，上层加炭化稻壳，起保温作用。控制钢水过热度20~30℃为宜。

（2）拉速制度，拉速过高，铸坯在结晶器内停留时间变短，延长了钢水的凝固时间，使铸坯液芯变长，推迟了等轴晶的形核和长大，扩大了柱状晶区，促使柱状晶搭桥，增加了小钢锭结构形成的机会，还会发生铸坯鼓肚，加重了中心偏析和缩孔，而拉速过低可能使钢水回炉量过高而影响生产效率和产量，因此要从生产效率和拉速平衡的角度考虑，既不影响产量，又能保证连铸坯的质量。此外拉速的稳定有利于连铸坯的内部质量和表面质量。浇铸过程中拉速的变化会导致连

铸坯凝固结构的不均匀，增加保护渣卷入的几率。

（3）连铸冷却工艺，二次冷却条件直接影响铸坯质量的好坏，固液界面上的冷却条件严重影响固液两相区微观组织的生长，若二次冷却太弱，铸坯表面温度就会过高，铸坯液芯加长，抑制柱状晶生长，增加等轴晶区，坯壳抵抗因钢水静压力引起的鼓肚变形能力减弱，从而促进中心偏析的形成和扩展。而二次冷却太强，使钢液中的元素没有足够的时间进行选分结晶，因此有利于偏析的改善，但是会加重中心缩孔。

比水量与铸坯组织枝晶间距的关系如下图，由图可看出，随着比水量的增加，冷却速率增大，一次枝晶间距和二次枝晶间距减少。这主要是由于当二次冷却强度增大时，钢液凝固速度增加，溶质原速度析出和扩散减小，树枝晶组织细小致密化。阻碍了枝晶间溶质向中心富集，减小中心偏析。在相同比水量的情况下，随着铸坯厚度的增加，冷却速率逐步减小，但是到铸坯中心位置，不同比水量的冷却速率基本相同。

根据公式计算出结晶器坯壳厚度：

H=K*（L/V）1/2

式中：K—凝固系数，取值27；

L—结晶器有效长度，900mm；

V—拉速，1.9m/min；

计算结晶器坯壳厚度为18.6mm，实际状态下，有涉及冷却效率的问题，铸坯尚有75%的厚度为液相或固相混合相。采用强冷缩小二

次枝晶间距的效果有限，所以将强冷区域延长，最大程度的利用了强冷的冷却效率，有效缩短了二次枝晶间距，对抑制高碳钢的中心偏析起到了明显的改善作用。

（4）电磁搅拌工艺，连铸使用电磁搅拌技术，能减少铸坯皮下气泡，非金属夹杂物缺陷的产生，改善铸坯铸坯表面质量，增加微细等轴晶，减轻中心偏析，缩孔和疏松，防止结晶器内的不均匀凝固。根据搅拌位置不同，电磁搅拌分为结晶器电磁搅拌（MEMS）、二冷电磁搅拌（SEMS）以及凝固末端电磁搅拌（FEMS）。实践表明，高碳钢必须采用M+S+F三段搅拌才能使铸坯中心偏析和疏松得到显著改善。

（5）保护浇铸，全程保护浇铸，钢包到中间包采用长水口加密封环，中间包加覆盖剂，中间包到结晶器之间采用浸入式水口，结晶器采用高碳钢专用保护渣。

（6）轻压下技术，炼轧厂铸机无轻压下设备，不具备轻压下功能，可以借助拉矫辊实施，用拉矫辊实施轻压下，有两个问题必须首先研究解决。①拉矫机夹棍和液压系统的能力是否满足轻压下的要求；②不同拉速下铸坯凝固末端的位置及轻压下的最佳位置。

2.0轧制

高碳钢轧制流程：加热炉→粗、中、预精轧、精轧机→水冷→吐丝机→斯太摩尔风冷线→集卷→打捆→成品入库，轧制过程主要控制线材表面质量，索氏体化率及渗碳组织，从以下方面控制：

（1）加热炉，控制加热炉内气氛，采用低加热，尽可能减少坯料在炉内高温段停留时间，以防止表面脱碳，为了保证铸坯中心碳的充分扩散，在不增加盘条表面脱碳、氧化铁皮的前提下，适当延长铸坯在炉内的时间，一般选择铸坯加热时间不小于150min，铸坯出炉（均热段）温度为960℃~1050℃。

（2）粗、中、预精轧和精轧机，采用低温开轧，获得小的奥氏体晶粒，高碳钢变形抗力大，粗、中、预轧机应均匀分配压下量，避免单机架压下过大，保证合理的活套量及连轧常数。终轧温度是影响产品性能的主要因素之一，提高终轧温度，钢的抗拉强度呈上升趋势，这是由于终轧温度提高，有利于高碳钢中碳化物的溶解，增加了奥氏体的稳定性。但是终轧温度越高，奥氏体晶粒长大趋势越严重，引起钢的断面收缩率下降，塑性降低，奥氏体晶粒大小直接影响到相变后的组织和晶粒尺寸，因此保证适宜的终轧温度，可使产品获得满足使用要求的组织和强度均一性，实验表明，终轧温度为950℃，钢的强度、塑性匹配较好，另外，为了避免轧件表面出现划伤和折叠，全线应该采用无扭转轧制。

（3）吐丝机，轧后冷却过程中，吐丝机温度的控制对线材性能的影响非常重要，在对高碳钢的控制冷却过程中，希望抑制铁素体的析出，