輕壓下技術(shù)對(duì)連鑄坯中心偏析的影響

1、輕壓下技術(shù)對(duì)連鑄坯中心偏析的影響作者：田陸 周雄文 陳海云 魯清遠(yuǎn) 張玲玲    來(lái)源：中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)目前國(guó)內(nèi)鋼材普遍存在的問(wèn)題是中心質(zhì)量較差，而后續(xù)工藝也無(wú)法使在凝固過(guò)程中形成的中心缺陷得到較大的改善。絕大部分連鑄坯受到現(xiàn)有冶煉設(shè)備及工藝的限制，其化學(xué)成分不穩(wěn)定，導(dǎo)致連鑄坯內(nèi)部偏析、疏松、縮孔等缺陷嚴(yán)重，對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度、韌性等指標(biāo)有很大影響。其中，中心偏析導(dǎo)致的危害尤為嚴(yán)重，例如，鑄坯中心偏析區(qū)域出現(xiàn)在棒材或線材的中心，將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在熱處理、中間退火過(guò)程中呈不均勻轉(zhuǎn)變，并在下一步加工工序中出現(xiàn)脆性區(qū)和提前損壞，成為廢品。 動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)直接作用在連鑄坯凝固

2、過(guò)程中，能夠極大地改善連鑄坯的中心缺陷，減少鑄坯中心偏析，生產(chǎn)高質(zhì)量鋼材。 中心偏析的形成原理 目前，經(jīng)實(shí)踐論證一致認(rèn)為，中心偏析發(fā)生在凝固末端的固液兩相區(qū)內(nèi)，是由于兩相區(qū)也就是溶質(zhì)元素富集區(qū)的濃化液相流動(dòng)造成的。凝固末端兩相區(qū)分布如圖1： 圖1 凝固末端兩相區(qū)分布圖由圖 1可知，從液相區(qū)到坯殼，鋼液雜質(zhì)含量越來(lái)越大。A區(qū)凝固收縮引起的體積變化可以通過(guò)左端非濃化液相鋼液來(lái)補(bǔ)充，B區(qū)的凝固收縮引起的體積變化由A區(qū)的濃化鋼液來(lái)補(bǔ)充，C區(qū)凝固收縮的體積變化得不到鋼液補(bǔ)充，因?yàn)镃區(qū)的相鄰枝晶互相“搭橋”阻礙了B區(qū)的鋼液向C區(qū)流動(dòng)。這樣的結(jié)果是：A區(qū)有非濃化鋼液補(bǔ)充體積收縮，均勻了內(nèi)部組織；B區(qū)有A區(qū)的

3、濃化鋼液的補(bǔ)充體積收縮，造成了B區(qū)富集溶質(zhì)元素，形成中心偏析。 輕壓下對(duì)中心偏析影響的原理 1 輕壓下技術(shù)概述 輕壓下技術(shù)是在容易形成鑄坯中心偏析的凝固末端實(shí)施一定的壓下量，使容易形成偏析及疏松的地方的非濃化鋼液均勻流動(dòng)，一方面消除或減少了因鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙，從而防止晶間富集溶質(zhì)的鋼液向鑄坯中心橫向流動(dòng)；另一方面輕壓下所產(chǎn)生的擠壓作用還可以促使液芯中心富集溶質(zhì)的鋼液沿拉坯方向反向流動(dòng)，使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，達(dá)到改善中心偏析的目的。 圖2 輕壓下的設(shè)備示意圖2 輕壓下對(duì)中心偏析的影響機(jī)理 連鑄凝固過(guò)程中心偏析的形成機(jī)理歸結(jié)于被擠壓時(shí)產(chǎn)生的變形量。鑄坯

4、在凝固初期迅速形成坯殼，視凝固末端為平衡態(tài)，則此時(shí)固相和液相的含量是可以確定的。當(dāng)鑄坯在瞬間受到外力壓縮時(shí)，鑄坯厚度的減少有向中心緊壓殘余的液體的作用，使殘余的液體在中心部位積累，殘余液體的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在壓縮過(guò)程中，緊挨固相分?jǐn)?shù)最低的地方，因而，流程的減短是最低的。在固相分?jǐn)?shù)在較小的區(qū)域?qū)嵓恿艘欢ǖ膲嚎s量之后，局部積累的液相的量減少了，最終形成的中心偏析的指數(shù)也隨之下降。 3 輕壓下改善鑄坯中心偏析的效果 該工藝直接作用在凝固時(shí)產(chǎn)生缺陷的過(guò)程中，對(duì)鑄坯中心部位主要有以下三個(gè)方面的作用效果： (1) 破碎“晶橋” 通過(guò)施加機(jī)械力，將己“搭橋”的樹枝晶破碎，改變周期出現(xiàn)“小鋼錠”結(jié)構(gòu)的凝固進(jìn)程，使得鑄

5、坯上端的液體可以自由的補(bǔ)充到下端，從而補(bǔ)償由于液、固兩相密度差造成的體積收縮，減少中心偏析程度。 (2) 補(bǔ)償冷卻收縮 考慮到熱脹冷縮原理，連鑄過(guò)程中由于鑄坯整體溫度下降，會(huì)導(dǎo)致體積收縮。由于鑄坯各部分的冷卻條件很難均勻，鑄坯內(nèi)未凝固區(qū)可能會(huì)形成負(fù)壓，吸聚富含溶質(zhì)的鋼液導(dǎo)致中心偏析的產(chǎn)生。通過(guò)施加正確的變形力，使鑄坯的變形率可以補(bǔ)償冷卻收縮率，就能有效減輕中心偏析的程度。 (3) 減小“鼓肚”量 輕壓下技術(shù)多使用密排小直徑分節(jié)輥來(lái)完成。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)在客觀上減小了輥間距，從而有效的減小了連鑄坯產(chǎn)生“鼓肚”的可能性和形成的鼓肚量。 輕壓下減少中心偏析的理論計(jì)算 假設(shè)輕壓下時(shí)鑄坯厚度的減少瞬間完成的

6、，并且已知實(shí)施輕壓下時(shí)兩相區(qū)的固相率和坯殼厚度，那么就可以計(jì)算在實(shí)施一定壓下量后的鑄坯中心偏析量（7）。 在連鑄過(guò)程中，坯殼內(nèi)的鋼水流動(dòng)、液相區(qū)的湍流擴(kuò)散和兩相區(qū)內(nèi)的枝晶間流動(dòng)、鋼液凝固過(guò)程、鋼的熱物理特性、化學(xué)成分、鑄坯尺寸、工藝操作參數(shù)等都會(huì)對(duì)鑄坯內(nèi)的溶質(zhì)元素的再分配產(chǎn)生很大的影響，從而直接影響到中心偏析的形成。因此，在一定設(shè)備工藝條件下，我們?cè)趯?duì)連鑄過(guò)程中鋼液的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)行為進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，分析了實(shí)施輕壓下時(shí)鑄坯中心偏析的計(jì)算。 假設(shè)鑄坯的凝固過(guò)程是線性變化的（8）。 Ce* Se = Ci *Si - (s / l) CSj*Sj （1） 式中，Ce 中心偏析量，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；

7、Se 中心偏析區(qū)域，平方厘米； Ci 凝固區(qū)入口溶質(zhì)的量，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； Si 凝固區(qū)入口處未凝固區(qū)域的面積，平方厘米； s 凝固后固相的密度，克/立方厘米； l 凝固前的液相密度，克/立方厘米； CSj 凝固區(qū)固相內(nèi)的溶質(zhì)量，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； Sj 凝固區(qū)固相的面積，平方厘米； CSj = - Aj * Vj +Cj （2） 式中，CSJ 凝固區(qū)固相中溶質(zhì)的量，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； Aj 溶質(zhì)在鋼液中的累積因子，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，分鐘/立方厘米； Vj 凝固區(qū)液相的流動(dòng)速度，立方厘米/分鐘； Cj 進(jìn)入凝固區(qū)J前固相質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 Vj = Sj * Vc * vj （3） vj = （w * i * hi）*

8、Vc （4） 式中，Sj 凝固期液相的面積，平方厘米； Vc 拉速，厘米 / 分鐘； 凝固收縮率； vj 固/液界面輕壓下率，立方厘米/分鐘； w 方坯厚度； i 輕壓下系數(shù)。 Ce * Se = D + (s / l) Aj * Sj * Vj （5） 式中，D = Ci * Si - (s / l) Cj* Sj （6） 最大偏析尺寸 = * Ce * Se（7） 式中，Aj 表示凝固期溶質(zhì)的平均累積速度； Vj 表示凝固期液相的平均流速； 比例常數(shù) 通過(guò)式(7)可以得到在實(shí)施輕壓下時(shí)鑄坯中心偏析量。 生產(chǎn)實(shí)踐 日本NKK公司，在使用輕壓下之前，鑄坯中心的碳偏析度為1.54，使用后降低至1

9、.12；韓國(guó)浦項(xiàng)鋼廠使用輕壓下之后鑄坯中心偏析指數(shù)從1.65降低至1.05；武鋼二煉鋼采用輕壓下技術(shù)后B類中心偏析發(fā)生率降低54.88%。 大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，輕壓下能夠使鑄坯中心偏析量降低一個(gè)等級(jí)。 RAM動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，采用了衡陽(yáng)鐳目公司最新開發(fā)的鑄坯凝固模型、動(dòng)態(tài)輕壓下控制模型和伺服執(zhí)行系統(tǒng)等，對(duì)鑄坯的中心偏析進(jìn)行數(shù)值模擬，精確地對(duì)鑄坯凝固末端實(shí)施動(dòng)態(tài)輕壓下，從而降低了鑄坯中心偏析、疏松的程度，大大提高了鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量。 結(jié)論 (1) 鑄坯凝固末端輕壓下過(guò)程直接作用在兩相區(qū)域內(nèi)，兩相區(qū)受到壓縮，枝晶間富含溶質(zhì)的液相被擠出，相對(duì)于鑄坯向液芯方向流動(dòng)。 (2) 由于富含溶質(zhì)的液相被擠出， 輕壓

10、下之后鑄坯中心區(qū)域由兩相區(qū)內(nèi)被壓縮的固相及殘留的液相構(gòu)成。由于固相溶質(zhì)濃度較低，液相流出引起中心區(qū)域偏析指數(shù)下降。 (3) 假設(shè)輕壓下時(shí)鑄坯厚度的減少瞬間完成的，根據(jù)實(shí)施輕壓下時(shí)兩相區(qū)的固相率和坯殼厚度，可以計(jì)算出在實(shí)施一定壓下量后的鑄坯中心偏析量。(end) (投稿) (如果您是本文作者，請(qǐng)點(diǎn)擊此處) (2007-8-9，閱讀1290次)查看更多相關(guān)文章：·鑄坯角部橫裂產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施 newmaker (2007-7-27)·高速方坯連鑄結(jié)晶器冶金理論問(wèn)題探討 柴清風(fēng) (2007-7-27)·基于現(xiàn)場(chǎng)總線的連鑄機(jī)控制系統(tǒng) newmaker (2007-7-3)·串行通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冶金自動(dòng)化監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用 newmaker (2007-6-26)·面向冶金工業(yè)各工藝過(guò)程的專用控制系統(tǒng) newmaker (2007-6-25)·鋼包整體耐火材料的不定形化技術(shù)介紹 newmaker (2007-6-20)·簡(jiǎn)析中外鋼鐵企業(yè)的環(huán)保差異 newmaker (2007