連鑄輕壓下壓下區間對鑄坯內部質量的影響

陳永生

1 前言

動態輕壓下技術作為解決連鑄坯中心偏析和疏松的有效手段，已進行了大量的研究［1-8］。動態輕壓下技術的主要工藝參數有壓下區間、壓下量和壓下速率［2］，只有合理確定這些工藝參數，才能達到消除或減少鑄坯偏析與疏松的目的。由于連鑄生產過程的復雜性和高溫鑄坯內部情況的不直觀性和多變性，迄今為止還沒有一個足夠準確和令人信服的結論。大多數應用輕壓下技術的鋼廠都是根據自身的生產條件和經驗，通過積累數據或經驗來設定符合特定條件的壓下參數。

壓下區間是輕壓下技術的重要參數之一，直接由鑄坯凝固末端的位置決定，一般以凝固的固相分率fs描述壓下區間。根據輕壓下技術的作用原理，通過施加機械力，在鑄坯的凝固末端將已搭橋的樹枝晶破碎，起到補償冷卻收縮的作用，同時還能促進鋼液沿拉坯方向反向流動，防止枝晶間富集溶質元素的鋼液向鑄坯中心流動。由此可知，如果輕壓下位置在凝固末端之后，就不能對中心偏析和疏松進行控制，因為質量缺陷已經形成；如果在凝固末端之前，仍有可能發生中心偏析和疏松，甚至有可能會更加嚴重（V形偏析）。可見，合適的壓下位置對輕壓下技術來說至關重要［3］。本研究在萊鋼型鋼煉鋼廠4#板坯連鑄機進行壓下區間調整試驗，對輕壓下壓下區間對鑄坯質量的影響進行分析，對改善鑄坯的內部質量具有重要意義。

2 壓下區間選擇的冶金原理

目前冶金工作者對于中心偏析和疏松發生在鑄坯凝固末端固液兩相區已基本達成共識［4］，輕壓下技術的使用就是改善這兩種質量缺陷，壓下區間的確定通常是以鑄坯的固相率fs來判斷，如圖1所示，在固相線和液相線之間的區間，q2是一次柱狀晶開始生長區，固液相均可流動；q1是相鄰柱狀晶二次晶臂開始并完成相互連結區；p為相鄰柱狀晶完全連接區，認為此處柱狀晶間隙中殘留鋼液基本不能流動。基于上述認知，確定中心偏析是處于q1狀態下開始形成的。Takahashi和Suzuki等人［5］的研究認為，q2和q1分界處的固相分率為0.3～0.4，q1和p分界處的固相分率是0.6～0.7，所以實施輕壓下最佳區間應在鑄坯中心固相分率為0.3～0.7的位置。另外還要考慮輕壓下的區間要避開鋼種的裂紋敏感區，一般認為裂紋敏感區為：0.85＜fs＜1。因此壓下區間在fs＜0.85的區間內。

圖1 鑄坯凝固末端兩相區示意圖

從生產應用看［6-8］，Rautaruukki鋼鐵公司研究發現，在澆鑄尺寸為210 mm×（1 250～1 475）mm的連鑄坯時，最佳壓下區間fs為0.3～0.9；澆鑄尺寸為210 mm×1 825 mm的連鑄坯時，最佳壓下區間fs為0.15～0.8。浦項鋼鐵S82尺寸為250 mm×330 mm的方坯壓下位置為fs=0.3～0.7區域。臺灣中鋼的大方坯連鑄機生產表明，輕壓下能取得很好效果的區域在fs=0.55～0.75。奧鋼聯認為固相分率為0.3～0.7是最佳動態輕壓下位置。濟鋼板坯連鑄機壓下區間為fs=0.5～0.95。

3 試驗方法和方案

采用射釘試驗法確定鑄坯厚度，據此判斷鑄坯凝固行為，在此基礎上進行壓下區間優化試驗。連鑄機為直弧形，弧形半徑10 m，扇形段共14段。試驗鋼種為S355J0，鋼的化學成分見表1。

主要工藝參數：

鑄坯斷面尺寸為300 mm×2 200 mm，拉速0.85 m/min，鋼水過熱度20～30℃。

輕壓下優化方案見表2，其中將fs=0.3處設為壓下起始位置，壓下量均為6 mm。

表1 S355J0試驗鋼化學成分 %

表2 壓下區間調整方案

4 試驗結果及分析

要相應前移，在壓下量一定的前提下，應保持合適的壓下率。同時，對比圖2a、圖2b分析可知，在方案2條件下鑄坯中心偏析長度相對于方案1縮短67.08 mm，顏色明顯變淺，不連續性更強，疏松寬度明顯變窄。對比圖2a和圖2c分析可知，在方案3條件下時的鑄坯中心偏析長度相對于方案1縮短75.6 mm，偏析長度更短。

硫印試驗可顯示鋼錠、連鑄坯中裂紋、偏析線、低倍結構和夾雜物的分布等。

不同的壓下區間調整方案對應的鑄坯低倍形貌如圖2所示。

圖2 S355J0鑄坯低倍組織形貌

由圖2a可知，對照《連鑄鋼板坯低倍組織缺陷評級圖》，在鑄坯寬度方向上，偏析帶呈斷續狀分布，為典型的B類中心偏析，中心偏析級別為B類1.5級，中心疏松1.0級，鑄坯質量較差。產生這一現象的原因是：對于以Q345系列為代表的中碳鋼而言，鑄坯凝固進程較長，這意味著采用輕壓下要更靠近鑄坯終點，方案1沒有很好地起到輕壓下作用，需要對輕壓下區間進行調整。

對比圖2b、圖2c分析可知，后者偏析帶長度更短，偏析帶顏色變淺，但疏松區有擴大的趨勢。這表明，壓下起始位置前移，對應的壓下終點位置也

5 結論

5.1 適合輕壓下的區間（即固相分率fs為0.3～1.0時）相對應的鑄機位置為距離彎月面16～19.5 m處，該壓下位置對應鑄機的6、7、8三個扇形段。

5.2 輕壓下技術在現代連鑄生產中已經起到重要的作用，雖然某些方面還存在問題，但經過努力，輕壓下技術將在連鑄中發揮越來越重要的作用。

5.3 現場生產實踐表明，在試驗確定的壓下區間內實施輕壓下可以有效地改善鑄坯中心偏析和疏松，提高鑄坯質量。

參考文獻：

［1］ 田陸，黃郁君，楊建桃.輕壓下在板坯連鑄中的生產實踐［J］.連鑄，2011（Z）：107-109.

［2］ 林啟勇，蔣歡杰.連鑄坯動態輕壓下的壓下參數分析［J］.材料與冶金學報，2004（4）：261-265.

［3］ 錢宏智，張家泉，崔立新，等.非平衡固相線及其對連鑄輕壓下有效區間影響的研究［C］//中國金屬學會連鑄分會2009年連鑄工藝技術研討會，2009.

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