宽厚板Q690D铸坯内部缺陷与改进措施

针对包钢生产的Q690D宽厚板坯在连铸生产过程中所出现的中心偏析、负偏析等内部缺陷,通过使用动态轻压下技术,动态配水,调整电磁搅拌参数等措施,有效减少了内部缺陷的产生,提高了Q690D的铸坯质量。

第40卷第2期

2014年4月包钢科技ScienceandTechnologyofBaotouSteelVol．40，No．2April，2014

宽厚板Q690D铸坯内部缺陷与改进措施

王1，2董皓，11方，郄俊懋

（1．内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头014010；

2．内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂，内蒙古包头014010）

摘要：文章针对包钢生产的Q690D宽厚板坯在连铸生产过程中所出现的中心偏析、负偏析等内部缺陷，通过使用动态轻压下技术，动态配水，调整电磁搅拌参数等措施，有效的减少了内部缺陷的产生，提高了Q690D的铸坯质量。关键词：Q690D；宽厚板；内部缺陷

中图分类号：TF777．1文献标识码：B文章编号：1009－5438（2014）02－0026－04

DOI:10.13647/j.cnki.btgkj.2014.02.009

ImprovementMeasurestoInternalDefectsofCasting

BlankforQ690DWideandThickPlates

2WANGHao1，，DONGFang1，QIEJun－mao1

（1．SchoolofMaterialsandMetallurgicalEngineering，InnerMongolia

UniversityofScienceandTechnology，Baotou014010，NeiMonggol，China；

2．CSPPlantofSteelUnionCo．Ltd．ofBaotouSteel（Group）Corp．，Baotou014010，NeiMonggol，China）

Abstract：Inthepaper，suchmeasuresasdynamicsoftreduction，dynamicwaterdispatchingandadjustingparametersofelectromagneticstirringareintroducedaimingatsuchinternaldefectsofQ690DwideandthickslabmanufacturedbyBaotouSteelintheproductionsofcontinuouscastingascentersegregationandnegativesegregation，withwhichtheinternaldefectsarereducedandthequalityofQ690Dslabisimproved．

Keywords：Q690D；wideandthickplates；internaldefects

Q690D、Q460C、Q550D、Q890D、Q960D是在包

成功研制开发出的新钢自宽厚板生产线投产以来，

产品。高强度机械用钢的开发不仅优化了包钢宽厚

板产品的结构，同时也为包钢占领高强度机械用钢

钢材市场，取得良好的经济社会效益做出贡献。然

而在Q690D的生产开发初期，铸坯经常出现中心偏

析、负偏析等内部缺陷，严重影响了产品的质量与成

材率。为此，文章针对Q690D的内部缺陷展开研

究，通过一系列的改进措施，达到减少内部缺陷，提高Q690D铸坯质量的目的。1Q690D生产工艺及连铸机特点包钢宽厚板板坯的生产工艺流程为“铁水预处。包钢理—顶底复吹转炉—LF炉（ＲH）—连铸机”宽厚板连铸机采用了先进的直弧机型，结晶器可在线自动调宽并配有漏钢预报系统，表1为包钢宽厚板连铸机装备及主要参数。

收稿日期：2014－01－20

作者简介：王皓（1984－），男，内蒙古包头市人，工程师，现从事连铸工艺优化工作。

针对包钢生产的Q690D宽厚板坯在连铸生产过程中所出现的中心偏析、负偏析等内部缺陷,通过使用动态轻压下技术,动态配水,调整电磁搅拌参数等措施,有效减少了内部缺陷的产生,提高了Q690D的铸坯质量。

第2期

表1

项目

铸机型式铸机主半径/mm冶金长度/mm板坯宽度/mm板坯厚度/mm垂直结晶器

宽厚板Q690D铸坯内部缺陷与改进措施

包钢宽厚板连铸机装备及主要参数

类型与功能

连续矫直直弧连铸机，连续弯曲，9500393551200～2300200，250和300

直结晶器，长900mm，液位自动控制在线自动调宽

27

包钢宽厚板铸机配套设备中安装有电磁搅拌功

能，其重要作用是打碎液芯穴内树枝晶搭桥，消除铸坯中心疏松和缩孔；碎枝晶片作为等轴晶核心，扩大铸坯中心等轴晶区，消除中心偏析；促使铸坯液相穴内夹杂物上浮，减轻内弧夹杂物聚集，使夹杂物在横截面上分布均匀，从而使铸坯内部质量得到改善

［3－4］

。

但对Q690D钢板生产开发初期取样做性能试验时发现，在钢板厚度方向1/4处出现严重的负偏析现象，在负偏析白亮带上出现像镜面一样的排列整齐的等轴晶带，超声波探伤时，将超声波反射回来，造成了探伤不合。

同时在轧制厚规格的高强钢产品时，负偏析带对钢板的低温冲击产生了影响。品质部技术人员对厚度规格为100mm的钢板分别在厚度方向的表面、负偏析区及中心截取冲击试样进行比对，见表2。

表2

Q690D钢板开发初期低温冲击试验结果

规格/mm100100100

1/419068144

宽度方向/J

1/215648111

3/418792185

结晶器漏钢预报结晶器振动方式

三排热电偶，热成像系统

液压振动，实现正弦、非正弦曲线，动态调整振动参数

二次冷却轻压下方式

宽度可调气雾冷却

扇形4—17段采用4个加紧液压缸动态控制

2

2．1

Q690D铸坯内部缺陷的表现形式

Q690D铸坯A类中心偏析

取样位置近表面厚度1/4厚度1/2

Q690D钢板轧制110mm厚度规格要求符合Ⅰ

级探伤标准，因此必须制定合适的连铸工艺以确保板坯良好的冶金质量。中心偏析级别的控制是生产

［1－2］

，工序中的关键所在现能成功生产该产品的舞阳钢铁则使用大断面模铸工艺，优势在于大断面轧

制具有较大的压缩比，可有效保证Ⅰ级探伤要求。包钢宽厚板铸机设计最大厚度为300mm，在生产110mm厚度的Q690D钢板时，有效压缩比不到3．0，这对Ⅰ级探伤要求无疑是极大考验。Q690DC类中心偏析仅开发生产初期低倍检验多为A类，占73．2%。由于铸坯中心偏析严重，对应轧制钢板S等偏析物，厚度中心存在大量P、导致探伤工序无法通过，探伤合格率仅为82．5%，严重影响了产品的成材率和市场竞争力。图1为包钢宽厚板Q690D开发初期A类中心偏析酸洗低倍检验图

。

试验表明钢板厚度1/4处位置的冲击值偏低，基本处于标准要求下限水平，内部偏析和部分夹杂严重影响钢板的淬透性和力学性能，造成批量产品无法按计划要求交货。

3解决措施和实施效果

负偏析等内针对Q690D所出现的中心偏析、

部缺陷，通过使用动态轻压下技术，动态配水，调整电磁搅拌参数及位置等措施，提高了铸坯质量。3．1

动态配水调整

铸坯轻压下的基本原理就是在铸坯的凝固末端实施一个合适的压下量，将对富集溶质的凝固前沿加强对流和搅拌，促进枝晶破碎和重熔，增加结晶核心和均匀凝固过冷度，促进最后凝固的中心部位组织和成分均匀，从而达到减轻中心偏析的效果。同时合适的压下量还可以补偿凝固末期残余钢水的体积收缩，加强凝固后期钢水的充填补缩能力，从而减轻中心疏松程度，并促进中心线裂纹的焊合，达到增

［5］

保证加铸坯中心致密度的效果（见图2）。因此，铸机轻压下扇形段与铸坯液相穴末端的匹配是达到

改善铸坯中心偏析的关键所在。

图1开发初期铸坯A类中心偏析酸洗低倍图2．2铸坯负偏析

针对包钢生产的Q690D宽厚板坯在连铸生产过程中所出现的中心偏析、负偏析等内部缺陷,通过使用动态轻压下技术,动态配水,调整电磁搅拌参数等措施,有效减少了内部缺陷的产生,提高了Q690D的铸坯质量。

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包钢科技第40

卷

C类中的数据统计分析，铸坯内部质量表现非常好，

心偏析的比例上升至92%以上，优化后的配水制度取得了改善铸坯中心偏析的明显效果，生产工艺更加稳定，避免了因为过热度不同使得液芯长度变化引起的生产中不断改变拉速的问题，保证了良好的铸坯质量，有效解决了钢板中心偏析导致无法满足探伤要求的问题，探伤月平均合格率提升至99．92%以上。图4为包钢宽厚板铸机2013年各月份Q690D铸坯低倍检验结果数据统计

。

（a）常规连铸机（b）带轻压下连铸机

图2工艺原理示意图

由于包钢宽厚板达涅利铸机动态轻压下是按照速度模型执行的，同拉速下不同的钢水过热度，会引起凝固末端位置的频繁变化，轻压下扇形段与铸坯液相穴末端不能精确匹配。因此，动态配水是采取浇铸过程中根据不同的中间包钢水过热度，自动调节铸机二次冷却水参数，保证铸坯的冷却效果均匀稳定，以确保铸坯液芯末端与轻压下位置精确匹配，从而提高铸坯内部质量，表3为铸机中间包钢水过热度温度范围及相应的二冷水配水调节量。

表3

中间包钢水过热度范围铸机二冷水1—10区的调节量

图4

3．2

2013年铸坯低倍检验结果

过热度范围对应二冷水调节量

1～14℃较15℃每低1℃，对应0—3段每区冷却水量等比例自动减少。

15～28℃该过热度在正常范围内不作调整

29～48℃较28℃每高1℃，对应0—3段每区冷却水量等比例自动增加。

电磁搅拌参数优化

二冷区电磁搅拌的使用，可有效改善铸坯中心

偏析的问题，但同时出现了在钢板厚度1/4位置有探伤不合的现象，具体表现为点状缺陷，密集度超标。通过图5的铸坯酸洗低倍照片分析可看到铸坯负偏析白亮带明显，搅拌区内粗大等轴晶率达80%～90%以上，铸坯的等轴晶带明显。负偏析产生在等轴晶和柱状晶之间，因为等轴晶带排列整齐，另外在轧制过程中板子横向变形小，在负偏析带上出现像镜面一样的排列整齐的等轴晶带，超声波探伤时，将超声波反射回来，造成了探伤不合

。

Q690D铸坯同断面同参通过动态配水的应用，

数条件不同过热度的铸坯低倍结果均为C类偏析。图3为同浇次不同过热度下测得的矫直段铸坯温度。由图可知，用动态配水后的铸坯表面温度在不同钢水过热度的条件下依然稳定

。

图5调整参数前铸坯低倍照片

负偏析白亮带形成的原因是电磁搅拌产生的流

股沿凝固前沿流动，把两相区树枝晶间富集溶质的

图3

同浇次不同过热度下测得矫直段铸坯温度

白亮带中碳、硫、磷元素含母液冲刷出去而造成的，量比周围金属中要少，负偏析严重的会对钢的淬透

［6］

“白亮带”性、力学性能有一定影响，明显程度与

包钢宽厚板动态配水从2013年投入运行3个

1165炉钢、136个钢种月期间内，对全部86浇次、

，“白亮带”电磁搅拌强度有关，搅拌强度越大越明

针对包钢生产的Q690D宽厚板坯在连铸生产过程中所出现的中心偏析、负偏析等内部缺陷,通过使用动态轻压下技术,动态配水,调整电磁搅拌参数等措施,有效减少了内部缺陷的产生,提高了Q690D的铸坯质量。

第40卷第2期2014年4月包钢科技

ScienceandTechnologyofBaotouSteelVol．40，No．2April，2014

导致了显。因此由于之前使用电磁搅拌推力过大，

，“白亮带”铸坯负偏析严重的问题。此外还与电磁搅拌器的安装位置有关。通常，安装在结晶器位置

“白亮带”的电磁搅拌器产生的较轻，而安装在二冷“白亮带”段的电磁搅拌器产生的较重。

根据上述分析，针对铸机电磁搅拌参数进行了调整，通过降低电磁搅拌电流，同时将电搅辊的位置由扇形段二段出口和三段入口下移安装到三段出口和四段入口处，铸坯内部组织有所改善，负偏析白亮带减弱。图6为调整后板坯低倍照片，铸坯的凝固率达到70%以上，负偏析白亮带明显减轻

。

［7］

该业绩达到了国内同行业领先水平，同时也为包钢

进军轧制厚度达到100mm以上、保证高标准性能以及一级探伤标准的钢板的市场做出了突出贡献。

4结论

（1）通过对二冷区水量的动态调整，在10～

30℃过热度范围内，改变二冷设定参数，使铸坯液芯末端与扇形段轻压下位置匹配，以提高轻压下精

Q690D铸坯每月C类中心偏析比例由73．2%提度，

高到了95%以上，对应钢板的探伤合格率由82．5%提高至99．92%以上。

（2）通过降低电磁搅拌电流及下移电搅辊的位置，以减小电磁搅拌推力，铸坯的凝固率达70%以上，进一步提升了铸坯的内部组织，有效改善了铸坯负偏析对钢板探伤及冲击性能的影响。

参

考

文

献

图6降低电流值后铸坯低倍照片

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［7］潘秀兰，王艳红，梁慧智．国内外电磁搅拌技术的

J］．鞍钢技术，2005，（4）：9－15．发展与展望［

有效减轻了调整电磁搅拌电流及安装位置后，

铸坯的负偏析问题，钢板厚度1/4位置的低温冲击性能明显提升（见表4），宽厚板Q690D钢板的性能达到了合同计划的标准要求，产品的批量生产趋于稳定。

表4

取样位置近表面厚度1/4厚度1/2

改善负偏析后钢板低温冲击试验结果

规格/mm100100100

1/41968279

宽度方向/J

1/21929488

3/4194113116

宽厚板Q690D铸坯低倍C类偏析比例大于95%，钢板的探伤合格率也由当初的82．5%提高到了99．92%以上，符合高标准性能要求的Q690D钢板的轧制厚度规格由之前的80mm提升至120mm，