连铸坯中心偏析的研究_孙群

中等厚度连铸板坯中心宏观偏析特性研究
中等厚度连铸板坯中心宏观偏析特性研究
精确了解连铸板坯偏析分布的特征,对连铸的工艺控制以及提高连铸坯检测效率有很好的指导价值.本文采用金属原位分析仪对中等厚度连铸板坯的宏观偏析特征进行了系统地研究.结果表明:铸坯中心偏析成岛状出现在中心线附近,且彼此孤立,中心成分起伏波动大;最大偏析的出现位置有一定的偶然性,有时偏离中心线;正偏析元素在整个中心等轴状晶区域内平均含量比较高,波动剧烈,但偏析程度变化在该区域没有明显的趋势;柱状晶组织向等轴状晶的过渡区为严重偏析的高发区域,不同枝晶的生长方式使该区域出现重偏析带.
作者：徐红伟张立方园陈其伟 XU Hong-wei ZHANG Li FANG Yuan CHEN Qi-wei 作者单位：徐红伟,陈其伟,XU Hong-wei,CHEN Qi-wei(安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽马鞍山,243000) 张立,方园,ZHANG Li,FANG Yuan(宝钢研究院,上海,201900)
刊名：冶金分析ISTIC PKU英文刊名：METALLURGICAL ANALYSIS 年，卷(期)：2007 27(10) 分类号：O657.31 关键词：连铸板坯宏观偏析等轴枝晶原位分析。

管线钢连铸坯中心偏析分析与探讨连铸坯在冶金工业中的作用越来越重要，由于它的性能更为优越，它的市场需求也越来越大。

在连铸坯加工上，特别是在钢管行业，钢管连铸坯的中心偏析变形（CCD）问题成为影响钢管质量的主要原因，因此，对管线钢连铸坯中心偏析的分析和探讨研究，对于改善钢管质量、提高生产效率具有重大意义。

管线钢连铸坯中心偏析是由内部及外部条件引起的，它是由连铸坯粘结性、坯料物理特性和温度分布不均等因素综合影响形成的。

这些具体原因包括连铸参数调节，坯料材质及配比，冶炼温度，熔铁质量及流动性，连铸机的结构及水箱的形状等。

首先，在连铸坯制备过程中，冶炼参数调整是控制连铸坯中心偏析的主要因素。

一些研究表明，当转炉的钢液温度值增加时，铸坯中心偏析值会相应的增大，而当转炉温度降低时，中心偏析值会相应减小。

其次，连铸坯材料及配比是影响连铸坯中心偏析的重要因素。

一些研究表明，当坯料材料浓度增加时，钢管连铸坯的中心偏析值会随之增大；同时，当坯料的含氧量降低时，钢管连铸坯的中心偏析值也会相应减小。

再者，连铸机结构形式及水箱形状是控制连铸坯中心偏析的重要因素。

一些研究报道称，当连铸机结构变形时，钢管连铸坯的中心偏析值会随之增大，而当水箱形状正常时，钢管连铸坯的中心偏析值会相应减小。

最后，熔铁质量及流动性也是影响连铸坯中心偏析的重要因素。

一些研究报道称，当熔铁质量及流动性减少时，钢管连铸坯的中心偏析值会随之增大，而当熔铁质量及流动性增加时，钢管连铸坯的中心偏析值会相应减小。

根据以上分析，就管线钢连铸坯中心偏析的控制原因而言，可以总结出以下措施：1.强对连铸钢液温度的控制，有效控制钢管连铸坯的中心偏析；2.意连铸坯材料及其配比，控制合理的氧化比和粘结性；3. 严格控制连铸机生产，使其结构尽可能接近正常状态；4.善熔铁质量和流动性，保证熔铁质量的稳定性。

以上就是分析和探讨管线钢连铸坯中心偏析的结论，有了上述措施，可以起到改善管线钢连铸坯质量、提高生产效率的作用，也能够帮助企业提高市场竞争力。

连铸坯的中心偏析及控制摘要:对连铸坯的中心偏析进行研究分析,并且分析影响中心偏析的因素,主要有过热度和鼓肚等因素,从而采用一些措施来降低中心偏析,主要有稳定和降低过热度,控制钢液中碳磷硫的含量,二次冷却工艺,稳定拉速,采用电磁搅拌等措施.关键字:连铸坯, 过冷度, 中心偏析, 鼓肚成因1 连铸坯的偏析铸坯凝固过程中, 表层因激冷生成细小枝晶（激冷层）, 随着表层凝固厚度增加, 铸坯内部向外传热能力降低, 铸坯开始呈现定向凝固, 形成由外向内的长条状树枝晶(柱状晶)。

由于选分结晶的原因, 溶质元素向熔池(液相区)积聚, 当柱状晶增长而生成搭桥现象时, 富集溶质元素的钢液被封闭而不能与其它液体交换, 在该处形成C S等元素的正偏析同时, 上部钢液不能补充此处的凝固收缩, 从而伴随有残余缩孔。

图1为铸坯凝固过程此形成中心偏析的示意。

图1铸坯凝固形成宏观偏析示意2 连铸坯的中心偏析形成的机理1）钢锭中心凝固理论该理论认为当浇注钢液碳含量超过0.45%(质量分数) 时，即使是中等过热度的钢液也有柱状晶强烈增长的趋势，在凝固后期由于铸坯断面中心柱状晶的搭桥，当桥下面的钢液继续凝固时，得不到上部钢液的补充，下部区域就形成缩孔、疏松及中心偏析。

2）溶质元素析出与富集理论该理论认为铸坯从表壳到中心结晶过程中由于钢中一些溶质元素( 如碳、锰、硼、硫或磷) 在固液边界上溶解并平衡移动，从柱状晶析出的溶质元素扩散到尚未凝固的中心，即产生铸坯的中心偏析。

3 影响中心偏析的因素1）钢水的过热度过热度是决定等轴晶率大小的一个重要参数。

过热度越低，断面上产生的等轴晶率就越大，从而偏析程度就越小,经过统计大量的试验数据表明等轴晶率与过热度的关系如图1所示图2 等轴晶率与过热度的关系过热度低时，能提供大量的等轴晶核，生成等轴晶，阻止凝固前期柱状晶的形成，并生成由细小等轴晶组成的大面积等轴晶区。

若过热度高，柱状晶区便扩大，甚至产生柱状晶搭桥现象，从而形成中心疏松或缩孔，随之产生严重的中心偏析。

管线钢连铸坯中心偏析分析与探讨近年来，随着石油、天然气等脆弱资源的不断消耗，地球环境的持续恶化以及人类活动的日益增加，越来越多的人开始重视环境保护，而管线钢的应用正是维护环境的必要手段之一。

它的承载能力大、耐腐蚀性强，且可以连铸出大小规格、各种不同形状的钢材，成为各行各业的首选材料。

然而，连铸的生产过程也会产生偏析现象，造成连铸外形和钢料物性的偏离，严重地影响着生产效率和质量。

因此，深入研究管线钢连铸坯中心偏析现象对于管线钢的生产有着重要意义。

管线钢连铸坯中心偏析是指在管线钢连铸过程中，将钢水放入带有内部凹槽的连铸坯后，出现不均匀的坯料径向流动和分布现象。

这一现象会使得管线钢的外形及其材料物性受到影响，甚至可能影响管线钢的安全运行。

所以，对管线钢连铸坯中心偏析现象的深入分析及探讨，有助于合理改善管线钢的生产工艺，减少生产成本，同时提高整体的质量控制。

在管线钢连铸坯中心偏析研究方面，研究者采用了实验测试、模拟计算和数据分析等方法。

例如，通过仿真分析和实验室研究，对坯料偏析现象的影响因素进行了研究，如：连铸坯的凹腔几何参数、加料位置、充型状态等。

以及坯料偏析现象发生的条件、规律和动力学过程。

进一步，模拟计算和数据分析技术还被用于分析不同熔炼技术、温度等因素与坯料偏析现象之间的关系，并且提出更好的熔炼技术进行优化，以减少或消除管线钢连铸坯中心偏析现象。

此外，在实际生产中，操作工艺参数也可以改善坯料偏析现象。

例如，在放料时减少管口宽度，可以减少坯料运动速度，而减小注入水量，可以降低坯料表面温度。

此外，可以采用椭圆形或弯折形注入管，以改变坯料运动趋势，减少坯料偏离中心线；还可以通过减少蒙皮厚度、改变放料管管口角度等方式减少偏析。

另外，增加护函的厚度，也可以改善坯料的流动和偏析现象。

根据研究结果，运用椭圆形或弯折形注入管、减少管口宽度、改变放料管管口角度等操作参数，可以改善管线钢连铸坯中心偏析现象。

而采用仿真分析和实验室研究，对坯料偏析现象的影响因素进行研究的数据分析，也可以解决偏析现象，进而提高管线钢的生产效率。

连铸方坯中心偏析连铸方坯中心偏析是指铸坯中心区域C、Mn、P和S等溶质元素的不均匀分布，在铸坯横剖面上表现为铸坯中心处溶质元素的浓度出现峰值，而在两边浓度最低；在铸坯纵剖面上则以Ｖ形偏析、Ｕ形偏析、点状偏析、线状偏析以及缩孔等表观形态存在，溶质元素沿中心线呈近似周期性波动。

通常，连铸方坯中心偏析不足以影响终极产品的质量，是答应存在的。

但在某些钢种如含碳量较高的硬线、钢帘线钢种及对C、Mn、S偏析敏感的抗氢致开裂管线钢种等的情况下，中心偏析则会影响终极产品的质量和加工性能，是一种典型的铸坯内部缺陷。

随着连铸方坯钢种档次的不断进步，铸坯中心偏析的题目也日益突出。

邻近凝固终了的粘稠状区域内，晶间富集溶质元素的液体活动和固体漂移是引起中心偏析的根本原因。

与板坯相比，连铸方坯的液芯末端比较狭长，轻易产生“搭桥”而形成“小钢锭”现象，因此连铸方坯中心偏析的形成机理与板坯有所不同，偏析的形态也有所区别。

V型偏析是连铸方坯最常见的中心偏析，在这方面所作的研究也相对较多。

有两种不同的V型偏析。

一种以等轴晶结构形式出现，里面含有很多偏析“通道”密布在一起，被称之为“密布型”V偏析。

此类V型偏析的成因被解释为：等轴晶形成了一骨骼，它在因凝固收缩而不断增加的负压的作用下被压碎，然后，来自晶间富集溶质元素的液体被吸收来补充凝固收缩，从而在被压碎的骨骼碎晶之间形成了很多偏析“通道”的“密布型”V偏析。

另一种则主要以柱状晶形式出现，为单一的大型的V偏析。

此类V型偏析的成因则被解释为：两边向内推进的凝固前沿之间产生了“搭桥”现象，并渐渐长大，终极阻隔了液体向下传送。

这意味着“桥”下面区域的液体将要在没有新的液体补充情况下凝固，于是，凝固和冷却收缩将在“桥”下产生孔***或很多微小通道（“小钢锭”成因），晶间富集溶质元素的液体将被向下、向中心吸收，形成了“单个大型”V偏析。

显然，消除“单个大型”V偏析、抑制“密布型”V偏析是减少方坯中心偏析的主要着手点。

连铸圆坯成分偏析分析及控制措施连铸圆坯成分偏析分析及控制措施为掌握大断面连铸圆坯的成份偏析情况，为后续生产提供指导，技术中心与质检科对铸造一车间8月10日生产的φ350mmQ345B、9月9日生产的φ400mm35钢连铸坯进行了取样，分析了铸坯化学成份及存在的成分偏析问题，提出了相应的预防控制措施。

现将分析结果汇报如下：1、连铸坯成分分析1.1、φ350mmQ345B取样及成份分析1.1.1、成份分析取样炉号：ZD14108083。

钢种：Q345B。

生产日期：2014年8月10日。

对连铸坯按照图1的点位进行取样分析，分析结果见表1。

表1 φ350mm Q345B连铸坯成分分析结果备注：成品成分为中间包钢水样成分分析结果。

图1 φ350mm Q345连铸坯成分分析点分布1.1.2、偏析度分析偏析度计算：Cc/C0＝[（1#+2#+3#+4#+5#+6#+7#+8#+9#）/9]/5#。

碳偏析度：上下＝0.164/0.13=1.262，左右＝0.16/0.13=1.231；硅偏析度：上下＝0.279/0.27=1.033，左右＝0.27/0.27=1.000；锰偏析度：上下＝1.288/1.21=1.064；左右＝1.26/1.21＝1.041；磷偏析度：上下＝0.0103/0.009=1.144；左右＝0.009/0.009＝1.000；硫偏析度：上下＝0.004/0.0019=2.105；左右＝0.004/0.0021＝1.905。

1.1.3、偏析规律从偏析分析结果看，此炉φ350mmQ345B连铸坯成份偏析存在以下规律：⑴、偏析度从大到小依次为硫、碳、磷、锰、硅，偏析最大元素为硫元素。

成份偏析中，C的最大偏差为+0.06%，Si的最大偏差为+0.02%，Mn的最大偏差为+0.19%，P的最大偏差为+0.005%，S的最大偏差为+0.003%，其中C、Si、Mn、P元素为负偏析，S元素为正偏析，⑵、成分偏析的部位主要是二分之一半径及铸坯中心部位，即2、3、5、7、8、c、e、g点，外其他部位的成分比较接近，且能代表整个铸坯的平均成分。

高强钢连铸板坯中心偏析的分析及改善措施摘要：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。