国内外2205双相钢连铸坯凝固组织及碳偏析分析

以国内外两家先进不锈钢生产企业的2205双相不锈钢连铸方坯为研究对象,对比分析了其相应的凝固组织特征和宏观碳偏析分布。研究发现,国外2205连铸坯凝固组织柱状晶较为发达,柱状晶比例为76%,宏观碳偏析总体较低;而国内2205连铸坯等轴晶占主要部分,等轴晶比例为58%,存在严重的中心碳偏析。通过进一步对比国外样品柱状晶区和等轴晶区的致密度得出,柱状晶区平均致密度为0.89,高于等轴晶的0.84,高致密度的凝固组织对降低宏观偏析有利。因此,为了获得较为均匀的连铸坯成分和较低的宏观偏析度,合理的柱状晶和等轴晶比例非常重要。     

中等厚度连铸板坯中心宏观偏析特性研究

精确了解连铸板坯偏析分布的特征,对连铸的工艺控制以及提高连铸坯检测效率有很好的指导价值。本文采用金属原位分析仪对中等厚度连铸板坯的宏观偏析特征进行了系统地研究。结果表明:铸坯中心偏析成岛状出现在中心线附近,且彼此孤立,中心成分起伏波动大;最大偏析的出现位置有一定的偶然性,有时偏离中心线;正偏析元素在整个中心等轴状晶区域内平均含量比较高,波动剧烈,但偏析程度变化在该区域没有明显的趋势;柱状晶组织向等轴状晶的过渡区为严重偏析的高发区域,不同枝晶的生长方式使该区域出现重偏析带。     

电磁搅拌对中碳钢碳偏析的影响研究

依据320 mm×425 mm断面中碳钢大方坯的试验数据,研究不同电磁搅拌工艺参数对连铸坯碳偏析的影响,探讨在不同工况下碳偏析的形成机理。结果表明,同时使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌与末端电磁搅拌上移,等轴晶率是未使用电磁搅拌的2. 46倍,而且能够改善铸坯柱状晶与等轴晶间过渡区域的正偏析和中心区域负偏析;只使用末端电磁搅拌,等轴晶率是未使用末端电磁搅拌的1. 27倍,而对于铸坯柱状晶与等轴晶间过渡区域的正偏析和中心区域负偏析,并不一定总能起到改善作用,有时甚至会加剧偏析程度;末端电磁搅拌的工艺参数和位置对中心区域负偏析有影响。     

连铸板坯宏观偏析特性

应用金属原位分析仪,对铸坯的成分偏析状况进行了分析.铸坯试样为120 mm中等厚度连铸坯.分析结果发现:铸坯中心偏析成岛状出现在中心线附近,且彼此孤立,中心成分起伏波动大,最大偏析一般在中心位置;正偏析元素(k＜1)在整个中心等轴枝晶区域内含量均比较高(即偏析值较大);柱状晶组织向等轴状晶的过渡区为严重偏析的高发区域.     

连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响

以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性。研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring, M-EMS)电流由0增加到800 A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析。采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求。同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition, CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高。大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加。同时指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸?轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态。      

PMO凝固均质化技术在20CrMnTi齿轮钢上的应用

 为了解决20CrMnTi齿轮钢在生产过程中铸坯柱状晶发达及铸坯元素分布不均匀等缺陷,运用上海大学研发并已在连铸生产中取得理想效果的脉冲磁致振荡(pulsed magneto oscillation,简称PMO)凝固均质化技术对连铸20CrMnTi齿轮钢矩形坯进行均质化处理。结果表明,经PMO处理的20CrMnTi齿轮钢铸坯中心等轴晶率增加1倍左右,中心碳偏析指数从1.22降为1.04。金属原位分析仪元素面扫描检测发现,PMO处理铸坯的各元素分布更加均匀,连铸坯宏观偏析得到有效控制。该技术为今后提高连铸坯内部质量提供了一种新方法。     

结晶器电磁搅拌对60Si2CrVAT弹簧钢凝固组织与中心偏析的影响

针对某厂60Si2CrVAT弹簧钢小方坯连铸坯存在的中心等轴晶率低以及比较严重的中心碳偏析等质量问题,系统研究了不同电磁搅拌工艺参数对断面150mm×150mm结晶器内磁场特性的影响,并通过工业试验研究了结晶器电磁搅拌(M-MES)电流和频率对宏观凝固组织和铸坯碳偏析的影响。研究结果表明:结晶器电磁搅拌(M-MES)电流增大,中心等轴晶率提高,铸坯中心碳偏析减小;搅拌频率对等轴晶率和铸坯中心碳偏析的影响呈非线性;优化最佳匹配的电磁搅拌电流和频率分别为340A和3.5Hz时,中心等轴晶率从21%增加到33%,中心碳偏析指数从1.22降低到1.05,消除了中心缩孔,铸坯内部质量有明显的改善。     

中心偏析控制对型钢低温韧性的影响

 为了研究不同凝固组织形态(等轴晶比例)对连铸方坯宏观偏析及型钢力学性能的影响,通过工业试验改进连铸工艺改变连铸坯凝固组织结构。结果表明,大幅提高柱状晶比例可以有效控制连铸坯中心偏析并降低中心偏析影响区域面积,同时明显减少轧材中珠光体体积分数,提高组织均匀性,断后伸长率提高10%,韧脆转变温度从0降低到-40 ℃,因此,控制连铸坯偏析程度可实现优良低温韧性,这表明通过控制铸坯均匀性发展E级或更高韧性级别的技术可行。     

板坯连铸机二冷区电磁搅拌对中心偏析的影响

通过酸蚀检验铸坯低倍试样和钻孔分析元素的偏析指数,研究了板坯连铸机二冷区电磁搅拌技术对板坯连铸中心偏析的影响。研究表明:二冷区电磁搅拌可以显著提高铸坯的等轴晶率,减轻铸坯中心偏析。     

降低过热度对方坯凝固组织的影响

结晶器内钢液过热度的降低可以促进柱状晶向等轴晶的转变和提高等轴晶率,从而有利于铸坯组织的均质化。基于上述原理,设计和制造了可用于降低钢液过热度的冷却水口,并在方坯连铸机上进行了工业试验,分析了低过热度技术对方坯凝固组织的影响。结果表明:采用冷却水口以后,结晶器内钢液过热度的下降幅度可达14℃,铸坯的等轴晶率提高了8%~24%,中心偏析和缩孔严重程度有所降低。     

二冷电磁搅拌对无取向硅钢连铸坯质量的影响

研究了二冷电磁搅拌参数对无取向硅钢XG800 WR连铸板坯等轴晶率、中心偏析及白亮带的影响。结果表明,搅拌电流从0A增加到400 A,铸坯等轴晶率由19.6%增至26.5%;搅拌频率从0Hz增加到8 Hz,等轴晶率由21.7%增至26.1%。随搅拌电流增加,铸坯中心S、Si、Mn的偏析度先减小而后增加;搅拌强度过大,铸坯出现白亮带,白亮带处Si、Mn、S产生负偏析,S的负偏析最大,相应会导致铸坯中心S、Si、Mn元素的正偏析显著增加。综合考虑增加铸坯等轴晶率和减轻中心偏析以及避免产生白亮带,选取350 A/6 Hz的电磁搅拌参数为最佳。     

二冷区辊式电磁搅拌在包钢板坯连铸机的应用

叙述辊式二冷区电磁搅拌(400 A,1～16 Hz)在包钢Q345B、Q550D、Q345E钢(200～300)mm×(1 200～2 300)mm板坯连铸机上的应用效果。生产实践表明,当连铸工艺相同时,采用电磁搅拌工艺后,板坯的内部质量得到了显著改善,中心等轴晶率由平均9.7%增加到30.3%,中心碳偏析指数由1.17降到1.01,A类中心偏析所占的比率由平均5.1%降到0.6%。     

Study on Intermediate Crack in Continuous Casting Slab of Medium Carbon Steel

According to the analysis of the macro and micro characteristics of the center of continuous casting blooms by acid wash, SEM, metallographic and scanning-type electron microscope, there was a serious segregation and some shrinkage cavities in the slab; Cracks occurred at the end of the columnar crystal and spread along the boundary of the primary dendrite. At the crack enriched a large number of impurity elements, carbon, phosphorus, sulfur, whose crystal boundary segregation is the internal factor of the intermediate cracks. Determining the originated location of intermediate cracks and calculating the total strain in this area during solidification process of slab, it is found that the load is the ex- ternal factor of cracks’ generation and expansion.     

Study on Mitigating Center Macro‐Segregation During Steel Continuous Casting Process

In the current paper, Methods of enlarging the area for the distribution of segregation solutes were introduced to mitigate center macro‐segregation in steel billets and steel slabs during continuous casting process, which cost less and have significant effect. The location of center macro‐segregation is relative to the shape of liquid‐core at the solidification end during steel continuous casting. A method of dissymmetrical cooling on different surfaces, by which the area for the precipitation of segregation solutes was enlarged, was introduced to mitigate the center macro‐segregation in billets during continuous casting process. Method of optimizing the uniformity of solidified shell in the transverse direction was introduced to mitigate the center macro‐segregation in steel slabs. The uniform cooling intensity along the transverse direction guaranteed a regular solidification end in the continuous casting slab, which aided in the effective application of dynamic soft reduction technology. A relevant 2‐D heat transfer model was developed for the optimization of uniform solidification. The current method was applied to the industrial slab continuous casting using the heat transfer model. The results indicated a better industrial slab quality with much less center macro‐segregation after the use of the method.     

两种连铸新技术

本文介绍连铸连续锻压和低过热度浇铸，二次强冷两种新技术的原理，方法，工艺参数及工业试验结果。前者是在铸坏最后凝固部位施加机械能，排除浓化钢液，破坏粒状晶的成长；后者是在浇铸水口中冷掉大部分钢水过热温度和对铸坏进行强冷的浇铸技术。两者都能做到改善中心偏析，增加等轴晶等提高铸坏质量的效果。     

基于有限元法对GCr15轴承钢280 mm x325 mm铸坯凝固组织的模拟与分析

基于有限元法按照二维凝固传热模型对拉速0.6m/min和0.5 m/min,钢水过热度30℃和10℃以及比水量0.25 L/kg和0.20 L/kg连铸的GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯进行凝固组织模拟,研究连铸工艺参数对铸坯组织的影响。结果表明,当过热度由10℃增大到30℃时,铸坯等轴晶和混晶区域面积由70%降低到55%,过热度对铸坯凝固组织的影响非常显著;拉速由0.6 m/min降低到0.5 m/min,柱状晶平均增长6.5 mm,但是由柱状晶向等轴晶转变的过渡区域减小,可以减轻溶质元素在此区域的富集;将比水量由0.25 L/kg降低到0.20 L/kg,铸坯柱状晶和等轴晶区域没有明显的区别,所以降低比水量对铸坯凝固组织没有明显的影响。     

电磁搅拌技术在连铸上的应用

在连铸坯凝固过程中,由于冷却速度很快,造成铸坯凝固时柱状晶的发展,往往产生＂搭桥＂现象,导致铸坯内缩孔、偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。为解决以上问题,电磁搅拌技术应运而生,采用电磁搅拌装置,有利于改善连铸坯的凝固组织,从而改善铸坯表面及内部质量。本文介绍了电磁搅拌的主要类型、设备组成及其应用效果。