Q345E+Z35大圆坯成分偏析及内部质量控制的研究

Ｎｏ．３　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２０１７　《中国重型装备》　

ＣＨＩＮＡ　ＨＥＡＶＹ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　

Ｑ３４５Ｅ　４－Ｚ３５大圆坯成分偏析及　内部质量控制的研究　李颇张程申祖峰　（东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司技术中心，黑龙江１６１０４１）　摘要：利用成分偏析和宏观组织检验方法，研究了连铸工艺的变化对Ｑ６５０　ｍｍ的Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５圆坯内部元　素偏析、圆坯低倍质量的影响，并验证了工艺优化后的Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５连铸圆坯锻造加工成品后的质量水平。结　果表明：　６５０　ｍｍ的Ｑ３４ＳＥ＋Ｚ３５连铸坯可以有效减轻碳偏析，提高低倍质量，通过减轻Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５圆连铸　坯料的内部碳成分偏析程度，可有效提升其成品锻件力学性能的均匀性。　关键词：Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５；连铸坯；成分偏析；内部质量　中图分类号：ＴＦ７６２　．３　文献标志码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｑ３４５　Ｅ－４－Ｚ３５　Ｒｏｕｎｄ　Ｂｉｌｌｅｔ　

Ｌｉ　Ｐｏ，Ｚｈａｎｇ　Ｃｈｅｎｇ，Ｓｈｅｎ　Ｚｕｆｅｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｃｒｏ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｙｉｎｇ　ｃｏｎｔｉｎ—　ＵＯＵＳ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｎ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｃｒｏ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　６５０　ｍｍ　Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５　ｒｏｕｎｄ　ｂｉｌｌｅｔ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｇｒａｄｅｓ　ｏｆ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５　ｒｏｕｎｄ　ｂｉｌｌｅｔ　ｆｒｏｍ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｐｒｏｅｅｓｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｈｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　６５０　ｍｍ　Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｂｉｌｌｅｔ　ｃｏｕｌｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｍａｃｒｏ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｆｕｒｔｈｅｒ　ｂｙ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５　ｒｏｕｎｄ　ｂｉｌｌｅｔ，ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｑ３４５Ｅ＋ｚ３５；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｂｉｌｌｅｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　

Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５是一种低碳低合金高强度钢，　其强度和冲击要求严格，且化学成分受碳当量限　制，广泛应用于风电法兰的制造，因风电行业的快　速发展，其需求量大幅度增加。风电法兰锻造坯　料一般采用连铸大圆坯生产，然而，大圆坯内部成　分存在不可避免的偏析等问题，成为制约钢材性　能和内部质量的关键因素　Ｊ。目前，关于Ｑ３４５Ｅ　坯内部元素偏析的影响，分析了成分偏析与圆坯　低倍质量的关系，并进行大规模生产验证，探索合　理的Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５大圆连铸坯生产工艺，提升连　铸坯的内部质量，从而改善Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５风电法　兰加工成品后的内部质量。　

１试验材料及方法　＋Ｚ３５大圆坯低倍质量、偏析程度控制方面的报　１．１试验材料　道相对较少，相关生产工艺还有待进一步研究。　试验材料为Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５连铸圆坯，内部质　本文通过对Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５连铸坯生产过程中　量要求极其严格，结合结晶器电磁搅拌工艺试验，　的连铸工艺参数进行有针对性的优化试验，研究　进行工艺优化与设计，效果显著提高。表１为试　了连铸工艺的变化对（２ｊ６５０ｍｍ的Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５圆　验连铸圆坯的化学成分范围。　表１试验用钢的化学成分（质量分数，％）　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｓｔｅｅｌ（ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ。％）　

Ｃ　Ｓｉ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ａｌ　Ｃｒ　Ｔｉ　０．１４—　Ｏ．１５～　１．３Ｏ～　≤　≤　０．０２０—　≤　≤　标准　０．１７　Ｏ．３５　１．５５　０．０１５　０．００５　０．０４０　Ｏ．１５　０．Ｏ５　

试验成分　０．１５　０．２４　１．３９　０．０１３　０．００３　０．０２７　０．１４　０．００２０　

收稿日期：２０１６—１２—．２９　作者简介：李颇（１９７５一），男，硕士研究生，高级工程师，从事钢铁冶金研究。　《中国重型装备》　ＣＨＩＮＡ　ＨＥＡＶＹ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　Ｎｏ．３　

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２０１７　

１．２连铸工艺及生产流程　Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５连铸圆坯采用三机三流弧形圆　坯铸机生产，稳定控制冶炼、连铸过程，严格执行　工艺，注重过程脱氧、脱硫、软吹与真空效果；有效　控制过热度，减少浇铸过程钢水液面波动，使铸坯　内部质量得到保证。冶炼生产工艺流程为：电炉／　转炉　ＬＦ精炼炉＿＋ＲＨ真空炉　圆坯连铸　缓　冷。相关冶炼设备及技术参数见表２。　１．３研究方法　在不同工艺下生产规格为（２ｊ６５０　ｍｍ的３个　炉号Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５圆坯，对弧形圆坯连铸机进行　工艺参数调整，具体试验方案参数如表３所示，包　括首末端电磁搅拌强度、二冷水强度等连铸参数　的变化。连铸坯在线火切后快速下坑缓冷，到冷　床后在３０　ｍｉｎ内装入缓冷坑内，缓冷时间Ｉ＞８０　ｈ，　连铸坯温度低于１５０ｏＣ后出坑堆冷。　

表２连铸坯冶炼设备及技术参数　Ｔａｂｌｅ　２　Ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｅｑｍｐｍｅｎ￣ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｂｉｌｌｅｔ　公称容量／ｔ　１００　熔池深度／ｒａｍ　１１８０　ＡＯＤ转炉　熔池直径／ｍｍ　４Ｏｏｏ　有效工作容积／ｍ　７４．７　冶炼周期／ｒａｉｎ　４０　

公称容量／ｔ　９０　变压器额定容量／（ＫＶ・Ａ）　１８ｏｏ　ＬＦ　升温速度／（℃・ｍｉｎＩ１）　４～６　处理周期　６０　

公称容量／ｔ　１ｏｏ　真空工作真空度／Ｐａ　６７　ＲＨ　极限真空度／Ｐａ　１５　真空处理时间／ｍｉｎ　１５—２５　连铸机流数　３　弧半径／ｍ　１４　圆坯铸机　铸坯断面／ｍｍ　６５０　拉速范围／（ｍ・ｍｉｎ　）　０．１５～Ｏ．６５　过热度控制／￣Ｃ　１５～４０　

表３试验工艺优化方案参数　Ｔａｂｌｅ　３　Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｐｌａｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｅｓｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　结晶器冷却水　拉速　过热度　比水量　试验炉号　Ｍ．ＥＭＳ　Ｆ．ＥＭＳ　Ｌ　ｍ／ｍｉｎ　℃　Ｌ／ｋｇ　

６５７０１　４７００　０．２２　３５　Ｏ．１６　２ｏ０　／２　Ｈｚ　２８０　Ａ／３　Ｈｚ　６５７０２　４７００　０．２４　３１　Ｏ．１６　２５０　Ａ／２　Ｈｚ　３８０Ａ／３　Ｈｚ　６５７０３　４７００　Ｏ．２６　３３　Ｏ．１６　３０ｏ　Ａ／２　Ｈｚ　４５０　Ａ／３　Ｈｚ　

每炉任选一流铸坯，切取３个低倍试片（厚　度均≤５０　ｍｍ），平片后对每个试片按图１进行切　割：沿中心线切割成８等分；对切割试片进行低倍　检验后，按下图将在截面指定位置（边缘、３／４Ｒ、　１／２Ｒ、１／４Ｒ、圆心）共１７个试样切块后，所取试样　大小均为２０　ｍｍ×２０　ｍｍ×２０　ｍｍ，分别检测各试　样元素成分，每个试样至少检测三点；然后对其他　位置均匀钻沫取样，进行成分偏析检验，圆坯的低　倍检验方法按ＧＢ／Ｔ　２２６－－２０１５（钢的低倍组织及　缺陷酸蚀检验法》，试验方法采用酸浸法，低倍组　织缺陷按ＹＢ／Ｔ　４１４９－－２００６（连铸圆管坯》附录Ａ　评级图评定。　：　／　Ｉ　ｌ＼　／　１３　ｆ　ｌ　Ｉ　Ｌ墨殳　１　＼／／　／＼　１６　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｕｎｄ　ｂｉｌｌｅｔ　２试验结果及分析　２．１试验检测结果　图２为三个试验炉号Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５各元素偏　析曲线，图中纵坐标偏析指数ｚ由公式：Ｚ＝（置　一　）×１００／Ｘ　计算得出，　为各位置化学元素　含量平均值。　由图２可以看出，（１）首末段电磁搅拌为２００　Ａ／２　Ｈｚ和２８０　Ａ／３　Ｈｚ时，Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等　元素均存在不同程度的偏析，ｃ偏析度较大，从边　部到心部呈现不规则分布。（２）随着电磁搅拌强　度的增大（２５０　Ａ／２　Ｈｚ、３８０　Ａ／３　Ｈｚ），各元素偏　析度降低，ｃ元素偏析度高于其他元素。（３）电　磁搅拌强度为３００　Ａ／２　Ｈｚ和４５００　Ａ／３　Ｈｚ时，ｃ　元素的偏析度有所降低，其他元素偏析较小，呈现　出表面半径１／２处最高、心部和边缘较低的折线　形分布。（４）Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５钢种元素总体偏析程　度顺序为Ｃ＞Ｓｉ＞Ｍｎ＞Ｃｒ＞Ｐ＞Ｓ。　图３为Ｑ３４５Ｅ＋Ｚ３５圆坯碳成分偏析曲线，　从图２中可看出，炉号６５７０１和６５７０２圆坯Ｃ成　分均呈正偏析，炉号６５７０２圆坯在１／２Ｒ处Ｃ成　分最高，边缘低于圆心处，圆心偏心指数为３３．３；　

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