弹簧钢小方坯成分偏析改善实践
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Ｓｔｅｅｌ，Ｊｉａｎｇｓｕ／Ｓｈａｓｔｅｅｌ（ＩＲＩＳ），ＳｕｚｈｏｕＪｉａｎｇｓｕ２１５６２５，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｈａｓｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌｂａｒ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｂｉｌｌｅｔ１５０ｍｍｂｙ１５０ｍｍ， ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｃａｓｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｗａｔｅｒｆｌｏｗ，ｓｕｐｅｒｈｅａｔ ａｎｄｆｉｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ（ＦＥＭＳ） ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｃ． ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆｂｉｌｌｅｔｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｈｏｔａｃｉｄｅｔｃｈｉｎｇ，ｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｒｂｏｎｓｕｌｆｕｒａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓｐｅｅｄｗａｓ２．１ｍ／ｍｉｎ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｗａｔｅｒｆｌｏｗｗａｓ０．４５Ｌ／ｋｇ，ＦＥＭＳｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｓ４００Ａ／１０ Ｈｚ，ｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｎｅａｒｔｈｅｂｉｌｌｅｔｃｅｎｔｅｒｃｏｕｌｄｂｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ，ｃｅｎｔｅｒｐｏｓｉｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ ｃｏｕｌｄｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｕｎｄｅｒ１．１５ ａｎｄ ｌｉｔｔｌｅｃｅｎｔｅｒｓｈｒｉｎｋａｇｅｃｏｕｌｄ ｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｓｐｒｉｎｇｂａｒｗａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄａｆｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
第 ４０卷 第 １期 ２０１８年 １月
上 海 金 属 ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１ Ｊａｎ，２０１８ ５１
弹簧钢小方坯成分偏析改善实践
周 力１ 左龙飞２ 马建超１ 许正周１
（１．淮钢特钢股份有限公司，江苏淮安 ２２３００２；２．江苏省（沙钢）钢铁研究院，江苏苏州 ２１５６２５）
针对偏析对弹簧钢性能的影响开展了研究。张玉 权［２］在 ７０Ｓｉ３ＭｎＡ弹簧钢中发现了合金铁素体， 并发现改变热处理工艺并不能改变合金铁素体的 形态，认为合金铁素体是弹簧钢中 Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ等元 素的偏析导致的，合金铁素体的存在导致弹簧钢 剪切模量和冲击值降低。黄贞益等［３］研究了连铸 坯偏析在热轧盘条中的组织遗传性，发现偏析带 组织为非索氏体，其强度高、塑性差，在轧制过程
【关键词】 弹簧钢 中心偏析 负偏析 电磁搅拌
ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎＳｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＳｐｒｉｎｇＳｔｅｅｌＢｉｌｌｅｔ
ＺｈｏｕＬｉ１ ＺｕｏＬｏｎｇｆｅｉ２ ＭａＪｉａｎｃｈａｏ１ ＸｕＺｈｅｎｇｚｈｏｕ１ （１．ＨｕａｉｇａｎｇＳｐｅｃｉａｌＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＨｕａｉａｎＪｉａｎｇｓｕ２２３００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＩｒｏｎａｎｄ
作者简介：周力，男，硕士，助理工程师，主要从事特殊钢冶炼与连铸研究，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｕｊｉｎｍｉｎｇｙｒ＠１２６．ｃｏｍ
５２
上 海 金 属
第 ４０卷
中易导致微裂纹和孔洞产生。而孟耀青［４］、邢献 强等［５］的研究均表明，弹簧钢线材的中心偏析将 导致其抗拉强度及断面收缩率降低。总之，轧材 偏析将对弹簧钢的力学性能产生重要影响，而降 低连铸坯偏析是改善轧材偏析的必要途径。
目前改善连铸坯偏析的主要方法有低过热度 浇注技术、电磁搅拌技术以及轻压下技术等。大 量研究及生产实践表明：凝固末端电磁搅拌是改 善小方坯中心偏析的最为有效的方法 。 ［６９］ 但为 使末端电磁搅拌发挥最佳效果，一般要求末端电 磁搅拌位置处固相率 ｆｓ为 ０．１～０．２或凝固率为 ０．７～０．８，因此必须通过调整拉速、比水量、过热 度等连铸参数满足上述要求。
【摘要】 化学成分偏析对弹簧钢棒材的力学性能、显微组织均匀性等均有重要影响。为 改善某钢厂 １５０ｍｍ×１５０ｍｍ弹簧钢小方坯的成分偏析，采用热酸腐蚀分析铸坯低倍组织、碳 硫仪分析铸坯化学成分分布并结合传热数学模型，研究了拉速、比水量、过热度、电磁搅拌参数 等连铸工艺 参 数 对 铸 坯 成 分 偏 析 的 影 响。 结 果 表 明，控 制 拉 速 为 ２．１ｍ／ｍｉｎ、比 水 量 为 ０．４５Ｌ／ｋｇ、末端电磁搅拌参数为 ４００Ａ／１０Ｈｚ，可消除铸坯中心附近区域的负偏析，将中心正偏 析度控制在 １．１５以下，且中心缩孔极为轻微。采用优化工艺后wenku.baidu.com弹簧钢棒材组织均匀性明显 改善。
国内某钢厂生产弹簧钢棒材时频发显微组织 异常的问题，分析认为是由偏析导致的。为了改 善弹簧钢小方坯的偏析，利用传热数学模型、热酸 腐蚀及碳硫分析等方法，研究了拉速、比水量、过 热度及末端电磁搅拌参数等对连铸坯凝固组织及 化学成分偏析的影响，确定了生产弹簧钢小方坯
【Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ】 ｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌ，ｃｅｎｔｅｒｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｒｒｉｎｇ
弹簧钢广泛应用于铁路、汽车等交通运输领 域。因弹簧长期在冲击、振动及交变应力下使用， 要求弹簧 钢 有 高 的 力 学 性 能 （特 别 是 弹 性 极 限、 强度 极 限、屈 强 比）、抗 弹 减 性 能、抗 疲 劳 性 能。 但是在弹簧的加工和使用过程中，弹簧发生断裂 时有发生。弹簧钢芯部力学性能较差是造成弹簧 发生断裂的原因之一，而造成弹簧钢芯部性能较 差的主要原因是化学元素的偏析［１］。冶金工作者
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｈａｓｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌｂａｒ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｂｉｌｌｅｔ１５０ｍｍｂｙ１５０ｍｍ， ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｃａｓｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｗａｔｅｒｆｌｏｗ，ｓｕｐｅｒｈｅａｔ ａｎｄｆｉｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ（ＦＥＭＳ） ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｃ． ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆｂｉｌｌｅｔｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｈｏｔａｃｉｄｅｔｃｈｉｎｇ，ｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｒｂｏｎｓｕｌｆｕｒａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓｐｅｅｄｗａｓ２．１ｍ／ｍｉｎ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｗａｔｅｒｆｌｏｗｗａｓ０．４５Ｌ／ｋｇ，ＦＥＭＳｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｓ４００Ａ／１０ Ｈｚ，ｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｎｅａｒｔｈｅｂｉｌｌｅｔｃｅｎｔｅｒｃｏｕｌｄｂｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ，ｃｅｎｔｅｒｐｏｓｉｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ ｃｏｕｌｄｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｕｎｄｅｒ１．１５ ａｎｄ ｌｉｔｔｌｅｃｅｎｔｅｒｓｈｒｉｎｋａｇｅｃｏｕｌｄ ｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｓｐｒｉｎｇｂａｒｗａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄａｆｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
第 ４０卷 第 １期 ２０１８年 １月
上 海 金 属 ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１ Ｊａｎ，２０１８ ５１
弹簧钢小方坯成分偏析改善实践
周 力１ 左龙飞２ 马建超１ 许正周１
（１．淮钢特钢股份有限公司，江苏淮安 ２２３００２；２．江苏省（沙钢）钢铁研究院，江苏苏州 ２１５６２５）
针对偏析对弹簧钢性能的影响开展了研究。张玉 权［２］在 ７０Ｓｉ３ＭｎＡ弹簧钢中发现了合金铁素体， 并发现改变热处理工艺并不能改变合金铁素体的 形态，认为合金铁素体是弹簧钢中 Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ等元 素的偏析导致的，合金铁素体的存在导致弹簧钢 剪切模量和冲击值降低。黄贞益等［３］研究了连铸 坯偏析在热轧盘条中的组织遗传性，发现偏析带 组织为非索氏体，其强度高、塑性差，在轧制过程
【关键词】 弹簧钢 中心偏析 负偏析 电磁搅拌
ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎＳｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＳｐｒｉｎｇＳｔｅｅｌＢｉｌｌｅｔ
ＺｈｏｕＬｉ１ ＺｕｏＬｏｎｇｆｅｉ２ ＭａＪｉａｎｃｈａｏ１ ＸｕＺｈｅｎｇｚｈｏｕ１ （１．ＨｕａｉｇａｎｇＳｐｅｃｉａｌＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＨｕａｉａｎＪｉａｎｇｓｕ２２３００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＩｒｏｎａｎｄ
作者简介：周力，男，硕士，助理工程师，主要从事特殊钢冶炼与连铸研究，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｕｊｉｎｍｉｎｇｙｒ＠１２６．ｃｏｍ
５２
上 海 金 属
第 ４０卷
中易导致微裂纹和孔洞产生。而孟耀青［４］、邢献 强等［５］的研究均表明，弹簧钢线材的中心偏析将 导致其抗拉强度及断面收缩率降低。总之，轧材 偏析将对弹簧钢的力学性能产生重要影响，而降 低连铸坯偏析是改善轧材偏析的必要途径。
目前改善连铸坯偏析的主要方法有低过热度 浇注技术、电磁搅拌技术以及轻压下技术等。大 量研究及生产实践表明：凝固末端电磁搅拌是改 善小方坯中心偏析的最为有效的方法 。 ［６９］ 但为 使末端电磁搅拌发挥最佳效果，一般要求末端电 磁搅拌位置处固相率 ｆｓ为 ０．１～０．２或凝固率为 ０．７～０．８，因此必须通过调整拉速、比水量、过热 度等连铸参数满足上述要求。
【摘要】 化学成分偏析对弹簧钢棒材的力学性能、显微组织均匀性等均有重要影响。为 改善某钢厂 １５０ｍｍ×１５０ｍｍ弹簧钢小方坯的成分偏析，采用热酸腐蚀分析铸坯低倍组织、碳 硫仪分析铸坯化学成分分布并结合传热数学模型，研究了拉速、比水量、过热度、电磁搅拌参数 等连铸工艺 参 数 对 铸 坯 成 分 偏 析 的 影 响。 结 果 表 明，控 制 拉 速 为 ２．１ｍ／ｍｉｎ、比 水 量 为 ０．４５Ｌ／ｋｇ、末端电磁搅拌参数为 ４００Ａ／１０Ｈｚ，可消除铸坯中心附近区域的负偏析，将中心正偏 析度控制在 １．１５以下，且中心缩孔极为轻微。采用优化工艺后wenku.baidu.com弹簧钢棒材组织均匀性明显 改善。
国内某钢厂生产弹簧钢棒材时频发显微组织 异常的问题，分析认为是由偏析导致的。为了改 善弹簧钢小方坯的偏析，利用传热数学模型、热酸 腐蚀及碳硫分析等方法，研究了拉速、比水量、过 热度及末端电磁搅拌参数等对连铸坯凝固组织及 化学成分偏析的影响，确定了生产弹簧钢小方坯
【Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ】 ｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌ，ｃｅｎｔｅｒｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｒｒｉｎｇ
弹簧钢广泛应用于铁路、汽车等交通运输领 域。因弹簧长期在冲击、振动及交变应力下使用， 要求弹簧 钢 有 高 的 力 学 性 能 （特 别 是 弹 性 极 限、 强度 极 限、屈 强 比）、抗 弹 减 性 能、抗 疲 劳 性 能。 但是在弹簧的加工和使用过程中，弹簧发生断裂 时有发生。弹簧钢芯部力学性能较差是造成弹簧 发生断裂的原因之一，而造成弹簧钢芯部性能较 差的主要原因是化学元素的偏析［１］。冶金工作者