電磁攪拌對板坯質量及中厚板力學性能的影響

徐黨委 安亮亮 楊俊鋒

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

電磁攪拌對板坯質量及中厚板力學性能的影響

徐黨委 安亮亮 楊俊鋒

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

分析了板坯連鑄機電磁攪拌對板坯質量及中厚板力學性能的影響。從鑄坯低倍檢測可以看出電磁攪拌使用后鑄坯內部中心偏析明顯改善，中間裂紋得以消除;采用電磁攪拌輥安裝在一段末和二段末的方式，負偏析帶寬度由原來的10 mm減小到了5 mm左右，正、負偏析帶上的成分與熔煉成分相差較小。從軋制鋼板結果表明:負偏析帶在軋制過程中具有遺傳性;負偏析帶及周圍區域的化學成分在允許波動范圍之內，電磁攪拌對中厚板的強度性能影響不大，而延伸合格率有所提高。

二冷電磁攪拌 負偏析帶 排布方式 力學性能

0 前言

隨著鋼材性能要求更加嚴格以及厚規格鋼板的廣泛應用，安鋼第一煉軋廠板坯不能滿足生產高質量鋼板要求，存在中間裂紋及中心偏析等內部質量缺陷。為改善鑄坯中心偏析、消除中間裂紋和提高鑄坯質量，一煉軋板坯連鑄機安裝使用了二冷區電磁攪拌。筆者通過對鑄坯低倍檢驗、軋材拉伸試驗及金相組織分析等手段，研究了二冷電磁攪拌對板坯內部質量及中厚板性能的影響。

1 二冷區電磁攪拌原理

連鑄二冷區電磁攪拌借助電磁攪拌產生的電磁力作用來強化鑄坯中凝固鋼液的運動，從而改變鋼液凝固過程中的流動，傳熱及遷移過程;有效改善鑄坯的內部組織結構，增加等軸晶率比例，減輕中心偏析，消除中心縮孔和裂紋［1］。

安鋼第一煉軋廠板坯連鑄機采用輥式電磁攪拌方式如圖1所示，兩根攪拌輥對置，一流用兩對，形成蝴蝶形電磁流場，連鑄機和電磁攪拌設計參數見表 1、表2。

圖1 二冷電磁攪拌蝴蝶形流場示意圖

表1 連鑄機設計參數

表2 電磁攪拌設計參數

2 二冷電磁攪拌對鑄坯內部質量的影響

2.1 電磁攪拌對鑄坯質量的影響

鑄坯內部質量宏觀分析有硫印檢測和低倍檢驗兩種方法，筆者主要對鑄坯橫截面、四分之一和二分之一處縱截面進行低倍檢驗。為比較電磁攪拌對鑄坯質量的影響，在船體結構用鋼AH32鋼種(Al含量大于0.020%)上進行了對比試驗。從鑄坯低倍分析得到:使用電磁攪拌后鑄坯內部質量明顯改善，其中間裂紋和中心偏析明顯減輕;沒有使用電磁攪拌鑄坯四分之一和二分之一處縱截面中心偏析均為A類，偏析3.0級，并有明顯的裂紋存在;使用電磁攪拌鑄坯縱向四分之一和二分之一處的中心偏析減輕到0.5級、無中間裂紋，具體如圖2所示。

圖2 電磁攪拌試驗前后低倍對比

對使用電磁攪拌鑄坯進行熱浸蝕試驗時，發現有兩種情況的微裂紋存在:一種是內弧側負偏析帶以內仍是柱狀晶，微裂紋沿柱狀晶晶間產生;另一種是內弧側等軸晶區的微細裂紋。這兩種裂紋產生區域雖晶型組織不同，但本質原因都是冷卻強度大、攪拌強度弱引起鑄坯矯直過程產生應力造成的。第一種比第二種危害更大，鑄坯經過電磁攪拌輥時，鑄坯液芯的凝固前沿仍存在有較大的溫度梯度，導致柱狀晶繼續生長;由于柱狀晶的晶間平直結合力弱，這和沒有使用電磁攪拌時的柱狀晶一樣，在矯直過程中沿柱狀晶晶間開裂產生裂紋。第二種微裂紋產生在等軸晶區，形成的主要原因也是冷卻強度大和攪拌強度弱，使得等軸晶區過早形成。這樣在矯直時等軸晶區處于低強度、低塑性狀態，導致微裂紋的產生。消除微裂紋的方法是減小二冷區的冷卻強度，同時適當提高電磁攪拌的功率。

2.2 電磁輥排布對鑄坯質量的影響

電磁攪拌輥的排布對鑄坯內部質量有重要的影響，一煉軋板坯連鑄機電磁輥的排布方案設計有兩種:一是將兩對電磁攪拌輥排布在一段末和二段初;二是將兩對電磁攪拌輥排布在一段末和二段末。從兩種排布的鑄坯低倍對比結果來看:兩種排布方式所產生的負偏析帶寬度和偏析成分含量均有一定的變化，第一種排布的負偏析帶寬度在10 mm左右，正、負偏析帶上的成分與熔煉成分相差較大，第二種排布的負偏析帶寬帶在5 mm左右，正、負偏析帶上的成分與熔煉成分相差較小。攪拌輥排布形式的變化大大改善交替存在正負偏析帶的數量和程度，又進一步消除中心偏析，保證足量大的等軸晶區域，避免產生中間裂紋。

圖3 電磁攪拌輥不同排列位置的鑄坯低倍

2.3 電磁攪拌與輥縫

收縮輥縫能有效阻止鋼液發生縱向流動，從而減輕或消除V型偏析，改善中心偏析;與電磁攪拌合理的搭配，能夠起到更好的效果。使用電磁攪拌的低合金高強度結構用鋼AH60鑄坯低倍，其橫剖面存有嚴重的點狀偏析，從縱剖面看是V型偏析，同時中心偏析也存在。這是由于鑄坯中心區域凝固末期富含低熔點元素的鋼液發生了縱向流動造成的，要減輕中心偏析和V型偏析除增加電磁攪拌強度，還要堅持輥縫制度，避免鋼液在凝固末期流動。

3 電磁攪拌對鋼材組織結構及性能的影響

鑄坯內部質量影響著鋼材產品的機械性能，特別對延伸性能影響比較大，筆者通過金相分析、拉伸試驗、統計等手段，分析了電磁攪拌對鋼材組織結構及性能的影響。

3.1 電磁攪拌對組織的影響

對規格為15mm厚的Q345qC鋼板試樣經拋光、熱侵蝕金相分析如圖4所示。從觀察到的組織圖可知:距上、下表面厚度1/4處，各觀察到一條負偏析帶，負偏析帶處的鐵素體(F)晶粒稍粗，負偏析帶兩側組織的晶粒度差別在0.5級。

圖4 Q345qC負偏析帶附近組織圖

3.2 電磁攪拌對性能的影響

3.2.1 電磁攪拌對拉伸性能的影響

為了解電磁攪拌鑄坯內部負偏析帶對軋材性能的影響，特對厚規格鋼板進行分層拉伸試驗，試樣編號為:1#、2#和 3#;1#和 2#試樣使用電磁攪拌，3#試樣沒有使用電磁攪拌。將1#、2#和3#試樣沿厚度方向進行分層拉伸試驗，取樣位置分別對應鑄坯的內弧表層、內弧負偏析帶處(內弧四分之一處)、中心、外弧負偏析帶處(外弧四分之一處)和外弧表層，試樣厚度為5mm，寬度為20mm的拉伸試樣;將其拉伸性能與整體試樣的性能數據進行對比，整體試樣的性能數據見表3所示，分層試樣的性能如圖5所示。

由圖5可看出:電磁攪拌對中厚板的力學性能影響不大，這與吳夜明的研究結果相一致［2］。板坯使用電磁攪拌產生負偏析帶，但負偏析帶及其周圍區域的化學成分變化在允許波動范圍之內;而未使用電磁攪拌板坯中心偏析程度嚴重，造成分層延伸性能波動較大。

表3 1#、2#和3#試樣整體力學性能數據

圖5 分層試樣的拉伸試驗力學性能分布

3.2.2 電磁攪拌對鋼板延伸合格率的影響

鑄坯內部質量影響著鋼材產品性能，特別對鋼材的延伸性能影響比較大。為了解電磁攪拌對其性能的影響，對延伸性能的影響，對使用電磁攪拌前后鑄坯所軋成材的延伸性能進行了統計見表4。使用電磁攪拌后所有鋼種延伸合格率均有不同程度的提高，鍋爐壓力容器用鋼Q345R和低合金高強鋼結構用鋼(Q390以上)改善尤為明顯。

表4 不同鋼種的延伸合格率對比

從對不同規格鋼板延伸合格率的統計來看:二冷電磁攪拌使用后，其延伸合格率都有不同程度的提高，尤其20 mm～50 mm中、厚規格鋼板的延伸合格率增加較大，見表5。

表5 不同規格延伸合格率對比

4 結論

1)板坯使用二冷電磁攪拌之后，鑄坯內部質量得到明顯改善，中心A類偏析明顯下降，中間裂紋得以消除;同時，采用不同電磁輥的排布方式，得到的攪拌效果也不同。安鋼第一煉軋廠板坯連鑄機的電磁攪拌輥排布采用第二種方案后，負偏析帶寬度由第一種方案的10.0mm減小到了5.0mm左右，正、負偏析帶上的成分與熔煉成分相差較小。消除微裂紋的方法是減小二冷區的冷卻強度，同時適當提高電磁攪拌的功率。

2)收縮輥縫能夠有效阻止鋼液發生了縱向流動，從而減輕或消除V型偏析，改善中心偏析;與電磁攪拌合理的搭配，能夠起到更好的效果。

3)從對鋼板試樣的金相分析、拉伸試驗結果表明:負偏析帶在軋制過程中具有遺傳性;負偏析帶及周圍區域的化學成分在鋼種化學允許波動范圍之內，分層試樣的力學性能與整體性能的差別不大，而對沒有使用電磁攪拌的試樣，其屈服強度和抗拉強度波動不大，而延伸性能波動較大。

4)對使用電磁攪拌前后鑄坯所軋成材的延伸性能統計表明:使用電磁攪拌后，所有鋼種的延伸性能都有所提高，而高級別鋼種的延伸性能合格率提高的更加顯著。

［1］ 董珍，劉平，云霞.電磁攪拌在包鋼圓坯鑄機上的應用研究［J］.包鋼科技，2008，34(4);20 ～22

［2］ 吳夜明，姚留枋.電磁攪拌對鑄坯化學成分偏析影響機理［J］.特殊鋼，1999，(3);13～16

EFFECT OF EMS ON THE INTERNAL QUALITY OF CONTINUOUS CASTING SLAB AND THE MECHANICAL PROPERTIES OF MEDIUM AND HEAVY STEEL PLATE

Xu Dangwei An Liangliang Yang Junfeng

(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

The paper describes the effect of secondary cooling zone electromagnetic stirring(S－EMS)on the internal quality of slab and mechamical properties of heavy plate.Macro inspection shows that center segregation and internal crack have been improved and eliminated，after the secondary cooling zone electromagnetic stirring devie are fixed and applied.The width of negative segregated zone will reduce from 10mm to 5mm.And the difference of chemical composition between negative segregated zone and molten steel is relatively small when the electromagnetic stirring rolls of secondary cooling zone are installed at the terminals of the first and second zone.Analysis to steel shows the negative segregated zone has heredity during rolling，the chemical compositions of the negative segregated zone and its adjacent area are within the required range，the effect of secondary cooling zone electromagnetic stirring on strength of plate is small，but elongation improved.

Secondary cooling zone electromagnetic stirring(S－EMS)Negative segregated zone Layout method Mechanical properties

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2011—9—12