高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施

于波

摘要：高强度钢一般含有高碳含量和锰质量分数。连铸坯在凝固过程中容易形成碳、锰等元素的枝晶偏析，导致中厚板中心出现严重的带状组织缺陷。带钢结构对钢板的力学性能、成形性和断裂性能有着重要的影响。对于冷轧钢板，带钢结构的存在会使材料表现出很强的各向异性能，导致材料在深加工过程中发生不均匀变形，即沿板宽方向的纵向纤维拉伸不一致，导致二次变形。即使是在应力集中时裂纹的萌生也会影响最终产品的性能。如何减少和消除连铸坯在凝固过程中产生的偏析，是连铸生产亟待解决的问题。基于此，本文对高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施进行分析。

关键词：连铸坯；中心偏析；改善措施

1连铸坯中心偏析的成因

导致连铸坯出现中心偏析的原因主要包括两个方面，一方面是枝晶搭桥形成了小钢锭，另一方面是发生了铸坯鼓肚的问题。在连铸坯凝固过程中，液芯末端会存在一个固液两相混合组成的糊状区。凝固过程中，钢液会收缩向坯壳和拉坯方向，最终形成小孔。位于弯月面的钢液受到地心引力会注入到收缩形成的孔洞当中，通过这种方式可以有效防止疏松和偏析问题的出现。上述为理想状态，但是在实际铸造过程中，由于出现了小钢锭，钢液难以及时形成収缩孔或者难以注入收缩控制红，最终导致偏析问题出现在铸坯中心部位。通过偏析问题出现的过程分析可知，拉坯方向液芯中心线附近的钢液会在钢液凝固过程中出现一定的变化，前沿温度梯度不同是造成凝固波动的主要原因。

2板坯中心偏析的形成机制及控制措施

对板坯偏析的形成机理进行了大量的研究。可以看出，板坯的中心偏析是由凝固过程中溶质元素的分离和结晶和凝固结束附近富集的偏析元素的液流引起的。凝固结束时的钢液流动是由壳体的鼓包和凝固过程中钢液的体积收缩引起的。板坯的中心偏析与钢成分、热性能、几何形状、工艺参数和设备条件密切相关。不同冷却条件下坯料枝晶间的应力对坯料的中心偏析也有重要影响。因此，根据不同的情况，我们需要分析中心偏析的原因。在生产过程中，关键是控制铸坯芯部钢液的不合理流动，促进溶质元素在固-液界面上迁移的各种因素都会加剧偏析，以及促进S输运的各种因素。固体中的OLUT元素将改善偏析。基于上述中心偏析机理，目前控制连铸坯中心偏析的主要思路如下：

(1)提高钢液洁净度。凝固过程中，钢液的选分结晶现象不可避免，但是通过提高钢液洁净度，减少易偏析杂质元素(如S、P)的质量分数，一定程度上可以减轻铸坯中心偏析程度。实际生产过程中，可通过二次精炼手段、中间包冶金及浸入式水口设备参数和工艺参数的优化来提高钢液纯净度。

(2)提高铸坯等轴晶比率。等轴晶比率提高，可以抑制柱状晶的发展，防止铸坯枝晶搭桥。由这一思路开发出控制铸坯中心偏析的技术主要有:电磁搅拌、低过热度浇注、结晶器插入钢带、钢水旋流加入及加成核剂等技术。

(3)抑制凝固末端枝晶间富集溶质残余母液的流动，可以改善高碳钢的中心偏析。相应的控制技术主要有:机械轻压下、热轻压下、连续锻压、静磁场技术等。

3控制应用

3.1铸坯保温缓冷

在横截面带钢结构的钢板中，热装和热转移轧制方坯可能存在偏析。板条结构越明显，元素偏析越严重。为了避免这一问题，可以在连铸坯脱线后采取保温措施，将其置于封闭空间一段时间内，避免吹风，并在中心偏析时保证钢坯温度缓慢而不是迅速下降。在元素完全扩散到发送阶段之后。钢中Mn元素经长时间冷处理后，可有效地减少枝晶偏析。在保温和缓慢冷却的过程中，碳原子会均匀扩散，有效地控制了碳和锰的偏析，保证轧制后不会发生偏析。

3.2规范连铸机的辊缝标定操作控制辊缝精度

众所周知，板坯连铸机扇形截面辊缝控制的精度和稳定性是连铸板坯内部质量取得良好效果的前提。如果板坯连铸机的实际辊缝值与风机截面的目标值偏差过大，则连铸坯凝固结束时铸坯中心的体积收缩不能得到有效的补偿，造成铸坯的偏析、气孔和中心裂纹缺陷。如果板坯在工作过程中的机械应力过大，就会产生角向横向裂纹、中间裂纹等裂纹缺陷。但是，由于高温、磨损、变形等诸多因素的影响，连铸机风机段的实际辊缝值会发生一定程度的变化，从而产生一定的偏离目标辊缝值，如：

(1)铸造机轧辊生产线在生产过程中复杂的热负荷和机械载荷(轻下压、矫直等)容易引起轧辊磨损、弯曲等，约1.5毫米

(2)轴承与轴承座之间的固有间隙在扇形段的在线循环中也将逐渐增大，从0.1mm到0.3mm不等。

(3)风机截面上、下机架之间的连杆在圆筒载荷作用下发生弹性变形，变形随连杆尺寸和气缸压力的变化而变化，约为0.5~1.0mm。

目前，经过长期的实践和摸索，总结出了一套连铸机风机截面辊缝的维护和操作规范，以保证连铸机连铸过程中在线辊缝控制的准确性。

通过对连铸机风机段的定期补偿和校核，以消除风机截面上下机架间连杆的弹性变形对辊缝偏差的影响，将不同压力下拉杆的形状变量作为扇形段拉杆的补偿值输入连铸机参数控制系统。

采用手持式辊缝计、在线辊缝计和定距块对连铸机风机段实际辊缝与目标辊缝之间的偏差进行周期性标定，以消除连铸机风机段夹紧缸位移传感器的系统误差。

为消除传动辊大间隙对整个辊缝的影响，优化了连铸机风机段驱动辊间隙的标定和控制方法。

3.3轻压下技术

所谓的轻压下技术主要是将一定的压力施加在连铸坯凝固末端从而将铸坯凝固末端的体积收缩进行一定程度的抵消，从而控制凝固收缩，避免钢水在流动过程中发生聚集的问题，进而达到中心偏析控制的目的。轻压下技术根据外力施加的不同可以分为两种类型，分别为机械应力轻压下和热应力轻压下。热应力轻压下主要利用的是热应力，在末端施加强冷，高度冷却铸坯表面凝固末端未知，从而促使凝固坯壳受冷收缩对内部产生一定的压力。此种方法具有一定的局限性，容易受到断面尺寸和钢种的影响，所以如果铸坯过大那么不适合采用此项技术。机械应力轻压下指的是将机械力施加在凝固末端，促使此处产生一定的压力。凝固末端轻压下技术根据控制角度的不通过可以分为动态轻压下技术和静态轻压下技术。董涛轻压下是根据连铸参数的变化，调整轻压下辊缝值，从而保证钢水浇筑过程中能够发挥最大的作用。

3.4压下量与压下速率

为了防止富溶质钢液的流动，必须保证还原能完全补偿钢液的体积收缩。它能补偿凝固结束时的综合凝固收缩，有效地抑制中心偏析和中心松动，避免铸坯内部裂纹，压铸产生的反作用力应在铸造机风机段的允许载荷范围内。减少率是单位时间(mm/min)的减少量。此外，还原速率还会影响铸坯的应变和应变速率。在钢坯凝固阶段结束时，最佳还原速率略大于综合凝固收缩量，最佳还原速率应与凝固速率相同，还原速率过小，V形偏析无法消除，如果还原速率过大，将形成A型偏析。以230mm厚板坯高强度钢为例，其轻缩度约为6m-8mm，与普通拉深速度相对应的压下速率约为0.85mm/min。

结语

综上所述，铸坯的质量受到连铸坯中心偏析问题的影响，一旦发生中心偏析那么在加工中很难生产出高质量的产品，为此，需要加强对中心偏析的控制。本文就高强钢连铸板坯中心出现中心偏析的原因和问题进行了分析，并且就改善中心偏析的方法提出了自己的一些看法，希望具有一定的价值。

参考文献

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