大方坯连铸42crmoah钢皮下夹杂物控制

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1、冶金之家网站大方坯连铸42CrMoAH钢皮下夹杂物控制庞聪1，唐萍1，陈树军1，徐益峰2，凌超2，周志伟2(1.重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044；2.苏州苏信特钢有限公司技术中心，江苏苏州215151)摘要：针对苏钢42CrMoAH钢大方坯(260mm×340mm)浇注存在的铸坯皮下夹杂物问题，分析了夹杂物的主要类型及其来源，研究了精炼渣组成对钢洁净度的影响，同时讨论了连铸工艺条件对铸坯皮下40mm以内的夹杂物数量、尺寸、组成的影响。研究表明：铸坯中的夹杂物主要来源于以A12O3为主的脱氧产物及以MnO·Cr2O3，FeO·Cr2O3等尖晶石类为主的二次氧化产物；由于精炼

2、渣吸收A12O3夹杂物能力不足，再加上拉速低等因素导致结晶器内钢液上循环流弱，不利于脱氧及二次氧化产生的微小夹杂物在结晶器内碰撞聚合后上浮、排除，以致铸坯中尺寸为20～50μm的夹杂物达到总量的45%左右；采取提高精炼渣炉渣碱度、ω(CaO)/ω(A12O3)值，及采用双侧孔型水口以加强结晶器内上循环流等措施后，铸坯皮下20～50μm的夹杂物降低了64%。关键词：42CrMoAH钢；大方坯；皮下夹杂物；洁净度；上循环流42CrMoAH合金结构钢是苏钢的主要产品之一，它主要用于制作机车牵引用大齿轮、汽车后轴、石油深井钻杆接头等各种机械的重要部件[1]，其生产工艺流程为100tEAF→1

3、00tLF→100tVD→5流方坯弧型连铸机，浇注断面为260mm×340mm。目前该类钢生产的总体质量水平能满足市场要求的质量标准，超声探伤合格率和客户成品合格率大于95%，但还不能满足市场对质量的严格要求，其主要问题为铸坯皮下夹杂物。皮下夹杂物是由于钢液中上浮的夹杂物被初生的凝固坯壳捕捉所致[2-3]，其数量主要取决于钢液在结晶器内的流动特征和钢液的洁净度水平。关于铸坯皮下的定义，研究者们[4-7]常把距铸坯表面15～20mm以内的范围作为铸坯皮下。而本研究对应的是方坯弧型连铸机，夹杂物会在内弧侧1/4～1/5厚度(皮下26～33mm)聚集[2，8]。因此，本文对铸坯皮下的范围进

4、行了延伸，讨论了铸坯内弧皮下40mm以内的夹杂物数量、尺寸及组成特征；在确定了夹杂物来源的基础上，研究了精炼渣组成对控制钢水洁净度，以及连铸工艺参数对铸坯皮下夹杂物的影响，这对了解形成铸坯皮下夹杂物的影响因素及控制有重要意义。1研究方法表1为42CrMoAH钢的成分控制范围，表2反映了苏钢浇注该类钢种的连铸工艺参数。本文主要采用X射线荧光分析、金相显微分析、扫描电镜(带能谱仪)、氧氮分析等方法，研究了精炼渣组成对钢水洁净度的影响，连铸过程稳态和非稳态(开浇、换包、终浇过程)连铸条件下42CrMoAH钢铸坯的洁净度水平，以及连铸工艺参数拉速、浇注温度、水口插入深度对其的影响。根据夹杂物

5、的聚集特点，研究在每个铸坯样横断面靠近内弧一侧以及窄边中心线上切取7个观察面为20mm×15mm的金相样，研究铸坯皮下40mm以内的夹杂物情况。取样位置详见图1所示。冶金之家网站金相分析中，不同尺寸的夹杂物数量统计采用了目前国内外应用广泛的计算方法，其计算公式如式(1)所示[2]：式中：I为单位面积上当量直径为B的夹杂物数量，个/mm2；di为不同尺寸夹杂物的平均直径，μm；ni为各级夹杂物的个数，i=1，2，3，…；B为夹杂物的当量直径，取7.5μm；D为视域直径，100倍时取2000μm；N为视域数，取50个；有效观察尺寸为5μm以上。根据文献[2，9]报道，对于棒线材，钢中夹杂

6、物尺寸超过20μm就会对钢材使用性能造成不同程度的危害；而大于50μm的夹杂物主要是外来夹杂物，一般数量较少且偶然分布。因此，本研究将夹杂物尺寸分为3级，即5～20μm，20～50μm，大于50μm。2结果分析与讨论2.1夹杂物类型及来源表3为42CrMoAH钢连铸稳态和非稳态过程，铸坯样金相分析和氧氮分析结果的平均值水平。根据金相显微分析和扫描电镜能谱分析，铸坯中的夹杂物类型主要有：1)弥散分布的脱氧产物Al2O3夹杂物，如图2(a)所示，尺寸为5～30μm，其中5～20μm的微小夹杂物数量占夹杂物总量的50%左右(表3)；2)20～50μm的夹杂物主要包括聚合长大的Al2O3夹杂

7、物，和由脱氧产物Al2O3或铝酸钙为核心的二次氧化产物MnO·Cr2O3、FeO·Cr2O3尖晶石类复合夹杂物，如图2(b)所示，其数量约占总量的45%；3)由保护渣等带来的外来夹杂物，如图2(c)所示，尺寸多在50μm以上，占夹杂物总量的6%以下。而非稳态条件下夹杂物总量较稳态增加30%以上，由表3所示增加量主要表现在20μm以上的二次氧化及外来夹杂物。冶金之家网站由此，目前的夹杂物缺陷问题主要表现在脱氧产物的排除及钢水的二次氧化控制。故本文从精炼过程中