减轻C偏析的方法

上传者：刘树东
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上传时间：2015-04-26
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减轻C偏析的方法

减轻碳偏析的方法

高碳钢用于制作高强度的预应力钢丝和钢绞线，广泛应用于公路、铁路桥梁、海港码头、电站、大坝、工业民用建筑等领域，是一种高附加值产品，近年来，其需求量逐年攀升，所以高碳钢具有广泛的市场前景，而高碳钢在后续连续拉拔成单丝的过程中，压缩比可高达84%，这就要求原始的盘条成分化学均匀，钢的纯净度高，金属夹杂物含量低且无大型夹杂，连铸坯中心偏析和中心缩孔小，线材的表面质量好，不能有折叠、耳子等缺陷，组织性能均匀稳定等。应该控制连钢、精炼、连铸、轧制、拉拔等各个生产环节，综合优化工艺，减轻偏析。

1.0炼钢

生产工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→喂丝→软吹→保护浇铸，炼钢过程主要控制连铸坯中心偏析、中心缩孔及夹杂物，从以下下面几个环节控制。

精炼部分：

（1）成分控制，在铸坯结晶过程中，钢液中的溶质元素在固液相界上的溶解并未平衡移动，C、S、P等易偏析元素以柱状晶粒析出，排到尚未凝固的钢液中，随着结晶过程的进行，这些易偏析元素被富集到铸坯中心或者凝固末端区域，从而产生铸坯中心偏析。

由于出钢过程增碳量大，为达到LF精炼成分的目的，对钢中硅、

锰成分分别用硅铁和锰铁调整，用含碳合金球或碳芯线微调碳成分。硅是促进石墨化作用最强的合金元素，硅促进石墨化的能力，是镍的3倍，是铜的5倍。无论在液态或者固态的钢中，硅与铁结合的作用都比碳强。钢水中含有硅，就会使碳的溶解度降低。因此含硅量越高，碳含量相应的越低，就会有更多的碳被排挤出来。碳含量降低，铸坯碳偏析就会得到明显的改善。

（2）温度控制，由于高碳钢液相线温度低，因而其过程温度低，但是温度过低会造成化渣困难，所以要求LF炉第一次升温温度不能过低。

（3）夹杂物控制，为改变夹杂物的形态和分布，在钢水离开LF站之前，利用含钙包芯线对钢水进行钙处理，钙处理后，为保证夹杂物充分上浮，必须对钢包液进行较长时间的软吹氩，软吹氩时间要求不少于8min。

连铸部分：

（1）浇注温度，浇注温度高，铸坯易产生柱状晶或者穿晶组织，造

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成中心疏松、缩孔和偏析加剧。浇铸温度高还会使得液芯变长，导致

铸坯坯壳发生鼓肚现象，在铸坯中心产生具有负压抽吸作用的空穴，使凝固末端富集溶质元素的钢液被吸入铸坯中心。也是导致铸坯产生中心偏析的一个重要的原因。而浇铸温度过低易造成中包水口冻结，迫使浇铸中断，不利于钢中夹杂物的上浮。并可能恶化铸坯表面质量，因此，要严格控制浇注温度。钢包、中间包永久层里加装保温材料，减少钢包、中间包钢水降温，稳定浇铸过程钢水温度。中间包钢水面采用双覆盖渣，底层为碱性保护渣，起保护和净化钢水的作用，上层加炭化稻壳，起保温作用。控制钢水过热度20~30℃为宜。

（2）拉速制度，拉速过高，铸坯在结晶器内停留时间变短，延长了钢水的凝固时间，使铸坯液芯变长，推迟了等轴晶的形核和长大，扩大了柱状晶区，促使柱状晶搭桥，增加了小钢锭结构形成的机会，还会发生铸坯鼓肚，加重了中心偏析和缩孔，而拉速过低可能使钢水回炉量过高而影响生产效率和产量，因此要从生产效率和拉速平衡的角度考虑，既不影响产量，又能保证连铸坯的质量。此外拉速的稳定有利于连铸坯的内部质量和表面质量。

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浇铸过程中拉速的变化会导致连

铸坯凝固结构的不均匀，增加保护渣卷入的几率。

（3）连铸冷却工艺，二次冷却条件直接影响铸坯质量的好坏，固液界面上的冷却条件严重影响固液两相区微观组织的生长，若二次冷却太弱，铸坯表面温度就会过高，铸坯液芯加长，抑制柱状晶生长，增加等轴晶区，坯壳抵抗因钢水静压力引起的鼓肚变形能力减弱，从而促进中心偏析的形成和扩展。而二次冷却太强，使钢液中的元素没有足够的时间进行选分结晶，因此有利于偏析的改善，但是会加重中心缩孔。

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比水量与铸坯组织枝晶间距的关系如下图，由图可看出，随着比水量的增加，冷却速率增大，一次枝晶间距和二次枝晶间距减少。这主要是由于当二次冷却强度增大时，钢液凝固速度增加，溶质原速度析出和扩散减小，树枝晶组织细小致密化。阻碍了枝晶间溶质向中心富集，减小中心偏析。在相同比水量的情况下，随着铸坯厚度的增加，冷却速率逐步减小，但是到铸坯中心位置，不同比水量的冷却速率基本相同。

根据公式计算出结晶器坯壳厚度：

H=K*（L/V）1/2

式中：K—凝固系数，取值27；

L—结晶器有效长度，900mm；

V—拉速，1.9m/min；

计算结晶器坯壳厚度为18.6mm，实际状态下，有涉及冷却效率的问题，铸坯尚有75%的厚度为液相或固相混合相。

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采用强冷缩小二