连铸还偏析及其铸轧遗传性研究

连铸还偏析及其铸轧遗传性研究

随着连铸技术的发展和社会的进步,高端用户对钢产品的金相组织和使用性能等方面提出了越来越高的要求。研究和生产实践表明,铸坯偏析等质量缺陷一旦形成,往往很难通过轧钢、热处理等后续环节进行弥补,会遗传给轧材形成异常组织缺陷,并最终导致钢产品出现机械性能不合格或使用寿命降低等质量问题。因此,研究不同类型偏析的形成机制、揭示偏析对后续轧材的遗传性关系可以为有效解决铸轧界面的共性问题提供理论和工艺指导。本研究选取两种典型钢种长材用铸坯(高碳钢和低合金高强石油套管钢)为研究对象,以问题入手通过设计工厂试验、理论研究和实验检测等手段,研究连铸工艺参数对铸坯凝固组织和偏析的影响,进而探讨铸坯偏析与高碳钢盘条或石油套管机械性能、带状组织的关联性,最后提出从连铸工艺源头入手综合提高轧材质量的新思路和工艺路径。高碳钢连铸坯的中心偏析会导致其后续盘条在轧后冷却过程中形成索氏体率低、中心网状渗碳体及中心马氏体等组织缺陷,最终导致盘条韧塑性下降、力学性能不稳定,并在拉拔过程中产生断裂,严重影响生产效率。以高碳70钢小方坯及其热轧盘条为研究对象,通过对小方坯进行低倍酸侵、枝晶侵蚀、成分分析和热状态模拟,并对盘条进行力学性能检测、组织观察等实验,探讨连铸工艺参数(拉速、二冷比水量、轻压下量)对铸坯表观质量、凝固组织和中心偏析的影响,深入讨论铸坯中心碳偏析对其热轧盘条微观组织和机械性能的影响。研究表明,铸坯中心碳偏析(1.02～1.26)明显大于锰偏析(0.98～1.06),且二者变化规律相同,

即中心碳偏析随锰偏析的增大而增大。通过模拟方坯连铸进程可知,在小方坯厚度方向,距铸坯表面20mm处已经不存在回温现象,且距小方坯表面越远,回温越滞后。随拉速增加,铸坯等轴晶率变大、一次枝晶间距稍有增大、铸坯表面处二次枝晶间距增大;二冷比水量增大,铸坯等轴晶率降低、一次枝晶间距和二次枝晶间距均减小。同一铸坯生产的两种规格盘条,Φ6.5 mm盘条的索氏体率明显大于Φ10 mm盘条,心部网状渗碳体少于Φ10 mm盘条,抗拉强度高于Φ10 mm盘条,可能因为Φ6.5 mm盘条对应铸坯在加热炉加热时间长、轧制压缩比大且轧后盘条内部冷速较大。与此同时,随着铸坯中心碳偏析指数的增大,盘条机械性能的稳定性下降,即通条性下降。对于低合金高强石油套管钢,氢致裂纹(HIC)是引起石油套管腐蚀破坏的主要形式,而由点状偏析引起的带状组织缺陷是导致HIC的关键因素。以石油套管P110钢圆坯及其轧管为研究对象,通过对不同工况下的铸坯及相应轧管取样,观察点状偏析向带状组织的演变规律并分析二者在形貌、尺寸、位置和元素偏析率等方面的遗传关系。结果表明,半宏观偏析点仅存在于圆坯等轴晶区内,且随机分布、大小不一。偏析点内是枝晶互相连结的网状结构,且枝晶间距明显小于偏析点外。随结晶器电磁搅拌强度的增大,圆坯等轴晶区比率增大、二次枝晶间距减小、半宏观偏析点的数量和尺寸增大。通过Thermo-Calc软件进行析出相热力学分析,表明P110钢圆坯偏析点处主要析出相是含Mo的碳化物,其类型可能为KSI_CARBIDE、M23C6和MC_SHP相。通过对轧管进行侵蚀和成份检测可知,从圆管内壁到外壁,偏析带的数量减少且带宽减小。有

超过75%以上的偏析带集中于圆管内壁区域,与圆坯的中心等轴晶区相对应。圆坯点状偏析与圆管带状偏析处Mo、Mn、Cr元素分布规律相似,但偏析比相差不大,说明热加工对半宏观偏析的减轻效果有限。结合实验和模拟结果,提出通过调控连铸工艺参数改善铸坯点状偏析进而减轻轧管带状组织缺陷、提高氢致裂纹抗力的新思路,相关成果可为解决石油套管钢的共性缺陷问题提供理论指导。