含锰钢连铸坯中心偏析缺陷分析及改善措施

图 2 连铸坯中心等轴晶区枝晶形态 Fig. 2 Dendrite morphology of casting
slab equiaxed crystal zone
表 3 电磁搅拌对铸坯凝固组织影响参数对比 Table 3 Parameters comparison of effects on casting slab solidification structure of electric magnetic stirring
含锰的碳素结构钢连铸坯在凝固过程中极易形 成锰元素的枝晶偏析, 导致钢板中心形成严重的带 状组织缺陷。带状组织对钢板的力学性能、成形性 能和断裂行为均会产生显著的影响[ 1] 。对冷轧钢板 而言, 带状组织的存在, 将会使材料显示出强烈的各 向异性能, 造成深加工时的不均匀变形, 即沿板宽方 向上纵向纤维延伸不一致, 形成二次变形[ 2] , 甚至在 应力集中处萌生裂纹源[ 3] , 影响最终产品的使用性 能。因此在冶炼工艺上, 预防或降低连铸坯的枝晶 偏析, 对消除带状缺陷具有普遍的理论意义及工程 价值。本文对某生产线生产的含锰碳素钢带由于带 状组织缺陷, 造成力学性能不合的问题进行了钢的
将热轧板冷轧 4 道次, 轧成 0. 9 m m 钢带。沿 钢带 1 000 m 长度上每间隔 100 m 取样观察金相组 织, 其结果, 钢带 1、2 的组织中仍断续分布着严重程 度不等的带状组织, 其纤维条带严重, 经高温加热、 水冷后, 冷轧钢带的金相组织转变成索氏体+ 铁素 体。观察发现, 受到组织遗传因素的影响, 在热轧板 1、2 带状组织严重位置, 其转变产物仍呈带状分布, 只是随纤维条带的消失有所减轻, 典型的显微组织 见图 6 和 图 7, 而钢带 3、4 经高 温加热、水冷处理 后, 仅断续存在有 1~ 2 级的带状组织; 钢板 21、41 中的带状组织基本消失, 典型的显微组织见图 8 和 图 9。
( A ngang T echnolog y Center, Anshan 114009, L iao ning , China)
Abstract: T o r eso lv e the pr oblem of ser io us banded or ientat ion defects of cold ro lled steel st rips caused by center segr egation of continuo us cast slab. M easures such as cast ing temperature to co nt rol continuo us casting and incr easing electric mag net ic st irr ing ( EM S) w ere taken to impro ve the defects. T he result show s that measur es o f lo w superheat casting at the r ang e of 1 510~ 1 520 e and increasing electric mag net ic st irr ing at the end o f so lidification can effectively increase molt en steel liquidit y, nucleation effect and break dendr ite directio nal seg reg ation so as to r eliev e centra l dendrit e seg reg ation in continuous cast slab and eliminate cold r olled st rips defects. Key words: seg reg ation; banded structur e; dendrite; defect
# 52 #
物理测试
第 29 卷
( a) Mn; ( b) Si; ( c) P。 图 3 连铸坯中心等轴枝晶区 Mn、Si、P 元素电子探针面分布图 Fig. 3 EPMA profile for Mn、Si 、P in the casting slab equiaxed crystal zone
图 4 连铸过热度对铸坯中心枝晶偏析的影响图 Fig. 4 Eff ect of superheat casting on dendrite segregation
in the casting slab center
2. 3 电磁搅拌对枝晶偏析的作用 选取初始条件相同的两块铸坯试 样 2、4, 在浇
连铸工艺改进的研究, 旨在从源头上遏制带状组织 的形成, 改善最终产品的加工和使用性能。
1 试验材料与研究方法
1. 1 试验材料 试验研究的材料为含锰的碳素结构钢, 化学成
分( 质量分数, % ) 见表 1。 试验材料的常规生产工艺如下: 铁水预处理
y 转炉冶炼 y LF ( ANS) 炉外精炼 y 弧形连铸机浇 铸成 1 550 m m @ 230 mm 截面 连铸坯 y 热轧成 3 mm 钢板 y 冷轧成 0. 9 mm 钢带 y 在线 加热 + 控 冷热处理 y 成品钢带。
第 29 卷第 1 期 2011 年1月
物 理测试 Physics Examinat ion and T esting
Vo l. 29, N o. 1 Jan. 2011
含锰钢连铸坯中心偏析缺陷分析及改善措施
张鹏远, 隋晓红, 李 平, 谢广群, 苏洪英
( 鞍钢技术中心, 辽宁 鞍山 114009)
表 1 试验材料的 化学成分
Table 1 Chemical composition of experimental material
元素 含量
C 0. 2~ 0. 3
Si 0. 1~ 0. 2
Mn 1. 58~ 1. 82
P 0. 014
S 0. 009
%
A lS 0. 045
作者简介: 张鹏远( 1960 ) ) , 男, 硕士, 高级工程师; E-mail: zh angpengyuan007@ 163. com; 收稿日期: 2010-05-19
摘 要: 对含锰碳素结构钢连铸坯中心偏析导致 冷轧钢带形 成严重 带状组织 缺陷的 问题, 试验采 取控制 连铸的 浇 注温 度、增加电磁搅拌等措施加以改善。结果表明: 采用 1 510~ 1 520 e 温度范围的低过热度浇注、在凝固末期 增 加电 磁搅拌等措施, 可有效增加连铸末期中心钢水的流动 性和形核效应, 打破 M n 等元素在枝 晶间的定 向偏聚, 达 到减轻连铸坯中心偏析, 消除冷轧钢带带状组织 缺陷的效果。 关键词: 偏析; 带状组织; 枝晶; 缺陷 文献标志码: A 文章编号: 1001- 0777( 2011) 01- 0050- 04
在中心枝晶偏析区域取样进行 EPMA 成分面分 析结果显示: 在凝固的枝晶间隙位置主要偏聚元素是 Mn、Si 和 P。枝晶间距越宽, 偏析越明显( 图 3) 。
图 1 连铸坯坯壳晶、柱状晶区枝晶形态 Fig. 1 Dendrite morphology of casting slab
shell crystal and cylindrical crystal
Analysis of Improving Center Segregation Defect in Manganese Steel Continuous Cast Slab
ZH ANG P eng- yuan, SUI Xiao- hong, L I Ping , XIE Guang- qun, SU H ong- y ing
铸末期分别采取加电磁搅拌与不加电磁搅拌处理, 取样进行对比分析, 低倍组织缺陷检验结果显示: 两 种铸坯的宏观中心疏松缺陷几乎没有区别, 但中心 偏析缺陷有明显改善, EP MA 对铸坯中心区 域凝 固组织中晶间元素偏析的测定情况见图 5。
由图 5 及表 3 可见, 在连铸过程中, 采用电磁搅 拌后, 铸坯中心等轴晶率大大提高, 宏观中心偏析缺 陷减轻, 枝晶间 M n 元素的微观偏析也明 显改善。 其偏析值降低约 0. 1% 。可以认为, 电磁力的作用 使铸坯中心未凝固钢水单位面积内结晶晶核增多, 枝晶间各溶质 元素在凝固前沿的扩散 也成弥散状 态, 最易形成偏析的 M n 元素的扩散也趋于向各个 方向的均匀分布。大大 缓解了宏观中 心偏析的程 度。
表 2 含锰钢连铸试验工艺参数
Table 2 Technology parameters of manganese
steel continuous cast test
试验铸坯编号 1 2 2- 1 3 4 4- 1
中包温度/ e 1 530 1 525 1 525 1 520 1 510 1 510
浇铸方法 常规浇铸 常规浇铸 电磁搅拌 常规浇铸 常规浇铸 电磁搅拌
二冷强度系数 1. 0 0. 9 0. 9 0. 9 0. 8 0. 8
将不同连铸工艺浇铸的连铸坯取样做低倍热 酸蚀检验, 评定宏观偏析等级。又在近中心部位截 取 20 mm @ 20 m m 的金 相试 样进 行枝 晶 偏析 的 EPMA 面分析, 比较偏析结果, 再从 热轧、冷轧、控 冷各段取金相试样, 利用金相光学显微镜观察枝晶 偏析演化成带状组织的过程。探讨减轻枝晶偏析对 提高最终成品质量的效果。
试样编号
1 2 2- 1 3 4 4- 1
电磁搅拌 强度系数
0 0 1. 5 0 0 1. 8
中心等轴 晶率/ %
6. 0 8. 0 23 7. 6 8. 5 27
中心偏析/ 级
1. 5 1. 5 0. 5 1. 0 1. 0 0. 5
中心疏松/ 级
1. 0 0. 5 0. 5 0. 5 1. 0 1. 0
图 5 电磁搅拌对连铸坯中心枝晶偏析的影响图 Fig. 5 Effects of electric magnetic stirring on dendrite
segregation in the casting slab center
2 试验Baidu Nhomakorabea果分析讨论
2. 1 连铸坯的凝固组织及其枝晶偏析分析 采用冷、热酸蚀的方法, 对试验钢连铸坯横截面
试样进行低倍组织缺陷、树枝晶组织形态检验, 结果 铸坯中心部位存在不同程度的疏松、偏析缺陷。偏 析呈断续分布, 连铸坯低倍凝固组织是: 表面为细等 轴晶, 近表面为细长枝晶, 接着为近似平行排列的柱 状晶, 枝晶间距由外表向中心逐渐变宽, 中心为粗等 轴晶。未经电磁搅拌处理的铸坯其柱状晶几乎生长 至中心, 而经过电磁搅拌的铸坯中心形成了明显宽 度不等的等轴晶区。典型的凝固枝晶形态见图 1 和 图 2, 低倍缺陷及中心等轴晶率检验结果见表 3。
第1期
张鹏远等: 含锰钢连铸坯中心偏析缺陷分析及改 善措施
# 51 #
1. 2 试验研究方法 多项研究表明: 铸坯的枝晶偏析是造成板材带
状组织的根本原因[ 4-5] 。而连铸坯枝晶偏析的形成 主要取决于铸坯凝固过程中的高温特性、冷却状态 及设备状况。连铸凝固时的电磁冶金作用同样可以 影响偏析的程度。因此试验从连铸工艺着手, 结合 现场实际, 选取 6 块试验钢连铸坯试样, 按表 2 所列 连铸工艺参数进行改善中心偏析的连铸试验。主要 从控制浇铸温度、改善凝固时钢水的流动状态两个 方面入手寻求改善钢板带状组织的最佳效果。
2. 2 过热度对枝晶偏析的影响 试验对不同过热度的试样 1、2、3、4 进行了电子
探针枝晶偏析的对比面分析, 统计分析结果见图 4。 可见浇注的中包温度在 1 510~ 1 520 e 之间, 随过 热度升高, 枝晶间元素偏析量加大, 分析认为: 这是 因为钢水过热度高时, 凝固的固液相线较宽, 凝固的 冷却时间长, 溶质元素有充分的时间远程扩散, 在凝 固组织形成较粗大的树枝晶壁的过程中, 更多的元 素就有条件富集于枝晶间界, 形成明显的正偏析区 域。造成铸坯严重的宏观中心偏析缺陷。