连铸圆坯成分偏析分析及控制措施

连铸圆坯成分偏析分析及控制措施

为掌握大断面连铸圆坯的成份偏析情况，为后续生产提供指导，技术中心与质检科对铸造一车间8月10日生产的φ350mmQ345B、9月9日生产的φ400mm35钢连铸坯进行了取样，分析了铸坯化学成份及存在的成分偏析问题，提出了相应的预防控制措施。现将分析结果汇报如下：

1、连铸坯成分分析

1.1、φ350mmQ345B取样及成份分析

1.1.1、成份分析

取样炉号：ZD14108083。钢种：Q345B。生产日期：2014年8月10日。

对连铸坯按照图1的点位进行取样分析，分析结果见表1。

表1 φ350mm Q345B连铸坯成分分析结果

备注：成品成分为中间包钢水样成分分析结果。

图1 φ350mm Q345连铸坯成分分析点分布

1.1.2、偏析度分析

偏析度计算：Cc/C0＝[（1#+2#+3#+4#+5#+6#+7#+8#+9#）/9]/5#。

碳偏析度：上下＝0.164/0.13=1.262，左右＝0.16/0.13=1.231；

硅偏析度：上下＝0.279/0.27=1.033，左右＝0.27/0.27=1.000；

锰偏析度：上下＝1.288/1.21=1.064；左右＝1.26/1.21＝1.041；

磷偏析度：上下＝0.0103/0.009=1.144；左右＝0.009/0.009＝1.000；

硫偏析度：上下＝0.004/0.0019=2.105；左右＝0.004/0.0021＝1.905。

1.1.3、偏析规律

从偏析分析结果看，此炉φ350mmQ345B连铸坯成份偏析存在以下规律：

⑴、偏析度从大到小依次为硫、碳、磷、锰、硅，偏析最大元素为硫元素。成份偏析中，C的最大偏差为+0.06%，Si的最大偏差为+0.02%，Mn的最大偏差为+0.19%，P的最大偏差为+0.005%，S的最大偏差为+0.003%，其中C、Si、Mn、P元素为负偏析，S元素为正偏析，

⑵、成分偏析的部位主要是二分之一半径及铸坯中心部位，即2、3、5、7、8、c、

e、g点，外其他部位的成分比较接近，且能代表整个铸坯的平均成分。

由于硫磷含量低，其偏析可以不考虑，该钢种应重点解决铸坯二分之一半径处及铸坯中心部位的碳、锰偏析问题。

1.2、φ400mm35#钢取样及成份分析

取样炉号：ZD14109078。钢种：35#钢。生产日期：2014年9月9日。对连铸坯按照图2的点位进行取样分析，分析结果见表2。

表2 φ400mm 35钢连铸坯成分分析结果

备注：成品成分为中间包钢水样成分分析结果。

图2 φ400mm 35#钢铸坯成分分析点分布

偏析度计算：Cc/C0＝[（1#+2#+3#+4#+5#+6#+7#+8#+9#）/9]/5#。

碳偏析度：上下＝0.344/0.34=1.012，左右＝0.35/0.34=1.029；

硅偏析度：上下＝0.20/0.20=1.000，左右＝0.20/0.20=1.000；

锰偏析度：上下＝0.587/0.57=1.030；左右＝0.574/0.57＝1.007；

磷偏析度：上下＝0.015/0.012=1.25；左右＝0.014/0.012＝1.17；

硫偏析度：上下＝0.004/0.004=1.00；左右＝0.004/0.004＝1.00。

1.1.3、偏析规律

从偏析分析结果看，此炉φ400mm35#钢连铸坯成份偏析存在以下规律：

⑴、成份偏析中，存在较大偏析的元素有碳、锰、磷，其它元素基本没有偏析。C 的最大偏差为+0.09%，Mn的最大偏差为+0.05%，P的最大偏差为+0.006%。偏析度从大到小依次为磷、碳、锰，从成份偏差严重程度看，偏析最大元素为碳元素。

⑵、成分偏析中，碳偏析的部位主要集中在铸坯激冷层及三分之一半径处，即1、

2、3、8、9、a、b、g、h点，有正偏析，也有负偏析，而除此之外其他部位的成分比较接近，且能代表整个铸坯的平均成分。

可见，该钢种应重点解决激冷层碳偏析问题。

2、偏析产生原因分析

偏析是钢中化学成分不均匀现象，是钢液凝固过程中溶质再分布的必然结果，目前还没有办法能完全消除偏析现象。连铸圆管坯是由外向内逐步冷却，其偏析具体表现是钢坯内外或上下各部位之间的化学成分存在差异，其中以C和S这些原子半径小，平衡分配系数小于1的元素表现最为明显，其它元素的原子半径大，成分波动相对小得多。

一般情况下，碳含量沿坯料半径方向由外向内逐渐增大，但由于电磁搅拌时的驱动力作用，在坯料外表面存在一定程度的C负偏析，中间到心部因液相向固相转变中的溶质元素扩散充分，因此碳含量沿坯料半径方向产生了如表1中的先升后降现象。

生产过程中，钢水温度、连铸拉坯速度，二次冷却强度及电磁搅拌均对铸坯成份偏析产生不同程度的影响。

3、铸坯成分偏析控制措施

通过以上分析，针对我司连铸生产实际情况，为降低铸坯成份偏析，生产应采取以下措施：

3.1、降低钢水过热度

目前我司连铸生产过程中，中间包钢水温度控制相对较高，这是造成铸坯成份偏析较严重的一个主要原因。

当前铸造一车间钢水温度影响因素主要有两个方面：

一是钢包、中间包保温效果差，造成整个生产线钢水温度控制不稳定，波动大。

二是生产节奏不稳定，为保证连铸正常生产，经常出现降拉速、吊高温现象。

因而解决钢包和中间包的保温问题，稳定生产节奏，是当前控制中间包钢水过热度的重点，只有通过严格控制中间包钢水过热度，保持恒温恒速拉坯，才能最终达到稳定铸坯内部质量的目的。

3.2、适当降低拉速

对一些中高碳钢、高合金钢连铸，通过采取适当降低拉速的措施，可以有利于减轻铸坯成分偏析。

3.3、增强二次冷却

对低碳钢及普通碳素结构钢，铸坯二冷增加冷却强度，可以使铸坯迅速凝固，减小铸坯成份偏析量。我司连铸机目前主要采取高拉速制度，冷却强度也相应进行了调整，但目前主要是按不同规格进行控制，下步重点要按不同钢种进行冷却强度控制。

3.4、采用电磁搅拌

通过电磁搅拌的外力作用可使铸坯内部钢水产生强制流动，打断柱状晶晶梢，抑制柱状晶继续生长，打断的晶梢在液芯重新溶解而降低钢水过热度，促使液芯温度均匀，部分晶梢还可成长为等轴晶区，从而减轻铸坯偏析程度。

目前，对铸造一车间来说，重点要掌握电磁搅拌的合适强度，强度太弱，起不到搅拌的效果。下步，在质检具备设备条件后，要通过对铸坯低倍结晶组织进行分析，来进一步完善电磁搅拌制度，达到降低铸坯成份偏析、提高铸坯实物质量的目的。

铸锻公司技术中心

2014年10月2日