动态轻压下改善帘线钢中心偏析①

徐国庆， 谭建平， 冀秀梅， 葛秀欣

(1.江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏 江阴　214400; 2. 中冶京诚工程技术有限公司，北京　100176)



动态轻压下改善帘线钢中心偏析①

徐国庆1， 谭建平1， 冀秀梅1， 葛秀欣2

(1.江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏 江阴214400; 2. 中冶京诚工程技术有限公司，北京100176)

介绍了帘线钢的连铸轻压下试验及对比数据，找出了最佳轻压下参数，以改善连铸坯内部疏松及偏析，最终改善帘线钢盘条的偏析。

帘线钢； 连铸坯； 碳偏析指数； 拉拔

引　言

江阴兴澄特种钢铁有限公司布局品种结构调整，改造完成一条7机7流方圆坯连铸机，方坯主要规格为200 mm×200 mm、240 mm×240 mm，生产的主要品种有轴承钢、帘线钢、管坯钢、弹簧钢等，该连铸机由中冶京诚工程技术有限公司设计，配备了液面自动控制、液压振动、电磁搅拌、轻压下等功能。

帘线钢盘条用于生产子午轮胎橡胶骨架帘线、胶管钢丝过程中，盘条需经过粗拉、中拉、湿拉共几十道次拉拔，产成直径0.15～0.38 mm的黄铜细丝， 再经过捻股而成[1]所需产品。生产过程对钢的纯净度、组织和性能有很高要求，盘条表面缺陷和内部缺陷都会导致拉拔或捻股时断丝。高碳钢盘条断裂问题前人已分析较多[2～5]，连铸坯内部偏析是盘条粗拉断丝的主要原因。

1　轻压下试验

1.1试验条件

连铸机条件为：连铸机为R12 m全弧形，连续矫直，连铸坯断面为240 mm×240 mm；采用全封闭无氧化保护浇注、结晶器液面自动控制、二冷气雾冷却、(M + F) - EMS复合式电磁搅拌、液面自动控制、末端轻压下等技术。

主要工艺参数：试验钢种SWRH82A，化学成分如表1所示；拉速1.0 m /min；二冷比水量0. 4 L /kg；钢水过热度20～35 ℃；轻压下总压下量11 mm；结合不使用轻压下连铸坯作对比试验，机架位置分布如表2所示。

表1　SWRH82A化学成分/%

表2　机架位置分布

1.2试验过程

开浇后待连铸坯进入拉矫机时开始进行辊缝标定，测出每个机架辊缝后，先给每个机架设定固定压下量，采集压力传感器压力反馈信息，并及时统计分析连铸坯内部凝固情况，结合凝固传热模型的在线计算结果，设置分配好的压下量。

试验过程中分别安排取对比试验纵剖样，样长600 mm，进行纵剖样低倍及间隔2 cm钻样分析，如图1所示。

图1纵剖样取样示意图

1.3压下位置

经多年研究，目前一致认为，中心偏析和疏松发生在凝固末端的液固两相区内。凝固末端两相区如图2所示。

图2　连铸坯凝固末端两相区示意图

采用中心固相率(fs)来划分两相区分布，由图2可知，从fs=0到fs=1处，钢液的杂质元素含量越来越大。q2区内由于固相率小，流动阻力小，凝固收缩可以通过左端非浓化钢液的流动来补偿。q1区内凝固收缩可得到q2区内浓化钢液的补充，但由于在q1内固相率较大，流动阻力变大，补充不充分。而在p区内残余浓缩钢液被枝晶网封闭起来，凝固收缩时将得不到q1区钢液的补充。因此，q2区流动将不会造成中心偏析的形成，反而均匀了该区内的溶质分布。q1区的收缩形成的负压将导致富集杂质元素钢液的集中，从而促进中心偏析的形成。p区的凝固收缩因没有钢液的补充将形成疏松。经分析确定，本试验的压下位置中心固相率fs为0.3～0.85。

2　结果及讨论

2.1轻压下对偏析的影响

从所取的纵剖样低倍图来看，未使用轻压下明显存在中心线偏析，并且存在小缩孔。而使用轻压下的中心线偏析消失，但也有小缩孔，这说明后面的补缩压下量还不足，可以考虑后面机架加大压下量。同时连铸坯低倍试样四边未发现任何皮下裂纹，试样未见中间裂纹，说明压下率选择合理。使用轻压下的纵剖样低倍如图3所示，未轻压下的纵剖样低倍如图4所示。

图3　使用轻压下的纵剖样低倍图

图4　未轻压下的纵剖样低倍图

通过对纵剖样低倍中心线钻样分析，得出碳偏析指数。其定义为CSI=Ci/Co，其中CSI为碳偏析指数，Ci为取样点的分析成分，Co为熔炼成分。图5为两纵剖样中心线碳偏析分布情况，可见使用轻压下的明显优于未轻压下的，使用轻压下的碳偏析指数在0.93～1.08之间，而未轻压下的碳偏析指数在0.83～1.29之间。

图5　碳偏析指数对比

2.2过热度对偏析的影响

连铸过热度是保证连铸产量和连铸坯质量的关键工艺参数之一，在生产中如果连铸钢水过热度太低，水口易发生堵塞甚至冻结；而连铸钢水过热度太高，则使连铸坯中心偏析加重，甚至诱发拉漏事故，或者因形成的坯壳较薄而出现裂纹，并使柱状晶得到发展。因此，连铸钢水的过热度直接影响钢水凝固情况，进而影响凝固后的连铸坯表面质量、初生坯壳生长的均匀性以及连铸坯的内部质量。但统计分析得出，帘线钢生产过热度控制在20～35 ℃内，连铸坯碳偏析指数没有明显变化，如图6所示。

图6　偏析指数与过热度的关系

2.3凝固末端位置确定

待连铸坯进入拉矫机后给每个机架相同的压力进行辊缝标定，目的是为消除机架的机械间隙，准确给定压下量。标定结束后先给每个机架设定固定压下量，采集压力传感器压力反馈，具体数值如表3所示。根据压力反馈基本可以判断出第8机架为连铸坯凝固末端位置。

3　结束语

(1)压下量为11 mm，其碳偏析指数为0.93～1.08之间，并且未见中间裂纹。而不使用轻压下其碳偏析指数为0.83～1.29之间，可见轻压下改善中心偏析效果良好。

表3　压力反馈

(2)过热度控制在20～35℃内，连铸坯碳偏析指数没有明显变化。

(3)通过压力反馈可以得知连铸坯凝固情况，设置合适压下量等关键参数进行凝固末端轻压下。

[1]殷瑞钰．钢的质量现代进展[M]．北京：冶金工业出版社.1995.

[2]夏木阳，刘建平．非金属夹杂物对钢丝性能的影响[J].金属制品，2001，27(1):44．

[3]程德朝，孙玉强，石成刚．优质高碳钢线材中夹杂物研究[J]．金属制品，2005，(5):33—36．

[4]文辉，李长荣。中高碳钢线材中非金属夹杂物控制技术[J]．金属制品，2009，(5):53—56．

[5]郭大勇，马成，洪树利，等．过共析钢中TiN夹杂形成热力学分析[J]．金属制品，2010，(5):56—58．

2016-05-18

徐国庆(1970—)，男，高级工程师。电话：13961681329

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