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1、高碳钢连铸方坯中心偏析薛正良 李正邦 张家雯摘 要：综述了高碳钢连铸方坯中心偏析的成因和控制方法,分析了电磁搅拌和接近液相线温度的低过热度浇铸技术对消除或改善高碳钢连铸方坯中心偏析的作用和效果。指出低过热度浇铸和二次水膜强化冷却是解决高碳钢连铸方坯中心偏析的有效途径,并可提高拉坯速度。关键词：连铸坯 中心偏析 高碳钢 低过热度CenterlineSegregationinContinuousCastHigh-CarbonSteelBilletXueZhengliang LiZhengbang ZhangJiawen(CenterIron
2、&SteelResearchInstitute)Abstract：Theformationmechanismandcontroltechnologyofcenterlinesegregationincontinuouscasthigh-carbonsteelbilletsarereviewedinthispaper.Theeffectsofelectromagneticstirringandlowsurperheatcastingatnearliquidustemperatureoneliminatingorimprovingthece
3、nterlinesegregationinhigh-carbonsteelbilletsarealsoanalyzed.Itisputforwardthatcastingatnearliquidustemperatureandinternsivesecondarycoolingaretheeffectivewaytosolvethecenterlinesegregationincontinuouscasthigh-carbonsteelbillets,whichalsocanincreasecastingspeed.Keywords：c
4、ontinuouscastbillet centerlinesegregation high-carbonsteel lowsuperheat▲ 中心偏析是连铸坯中最常见的宏观缺陷,由于它不能通过后续的轧制或退火处理来消除,因而对材料的机械性能和加工性能产生有害的影响。对含碳量大于0.45%(质量百分数)的高碳钢种,当过热度大于15℃,并以较高的拉速浇铸成截面小于160mm×160mm的小方坯时,将产生十分严重的碳、硫中心偏析［1］。新一代结构材料的研制对钢材成分的均匀度提出了更为严格的要求。因此,减轻或消除连铸坯中心偏析成为具有重要
5、现实意义的课题。1 中心偏析的成因及其控制方法 钢液在凝固过程中,溶质元素在固液相间发生再分配,柱状晶的生长使枝晶间未凝固钢水的溶质元素得到了富集。而钢坯的鼓肚和液相穴末端的凝固收缩使中心产生强大的抽吸力。根据小钢锭理论,上部钢水受晶桥阻隔不能对下部凝固收缩进行及时补充,致使柱状晶枝晶间富集溶质的残液向中心流动形成中心偏析［2、3］,对方坯而言,在凝固区域末端的铸坯鼓肚量小于铸坯的凝固收缩量［4］。因此,方坯的中心偏析主要起因于铸坯凝固末端固液两相区(也称糊状区)的凝固收缩。 连铸坯的中心偏析和中心疏松等宏观缺陷可以通过增加铸坯断
6、面上等轴晶比例来避免或改善,大量研究表明,当铸坯断面上等轴晶率达到35%～40%以上才能基本消除中心偏析［5、6］。生产中获得等轴晶常用的方法有电磁搅拌技术和低过热度浇铸技术,并适当降低浇铸速度。对特殊钢方坯的连铸,趋向于选择中型断面(4000～90000mm2)的铸坯［7］。而对板坯则主要采取防止鼓肚、补偿凝固收缩,以消除或减轻糊状区钢液的流动的方法来消除中心偏析。如各种形式的轻压下技术［8］、受控平面压下法［9］、连续锻压法［10］等。2 电磁搅技术 电磁搅拌技术能提高铸坯断面上的等轴晶率,从而有效改善中心偏析。根据电磁搅拌器安装
7、位置的不同可分为结晶器内搅拌(M-EMS)、二冷区搅拌(S-EMS)和液相穴末端搅拌(F-EMS)。 结晶器内搅拌的主要作用是均匀钢液温度,提高凝固壳厚度的均匀性,促使夹杂物上浮和凝固界面上气泡的分离［11、12］。结晶器内搅拌提高等轴晶率的原因被认为是钢液的强制对流使枝晶末端折断或熔断,成为等轴晶核。此外,根据日本学者大野笃美提出的等轴晶形核的“结晶游离论”［13］,在电磁搅拌的作用下,弯月面处将产生等轴晶晶核的游离。但是,不管以哪种形式产生的等轴晶晶核,它们只有在液相线温度下才能稳定存在。若钢水过热度较高通过M-EMS仍然不能获得
8、较高的等轴晶比。二冷区搅拌(S-EMS)的作用是使两相区内柱状晶枝晶破碎,有利于减轻“晶桥”现象,促进等轴晶凝固组织的形成［11］。液相穴末端搅拌(F-EMS)有利于减轻“晶桥”现象外,还能减轻大方坯中等轴
