弹簧钢连铸坯的质量

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1993.0M.003 第15卷第4期 北京科技大学学报 Vol.I5 No.4 1993年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1993 弹簧钢连铸坯的质量+ 许诚信*邢文彬* 崔润琴* 林纲*王毅· 摘要：介绍了我国第」台特殊钢方坯连铸机、试验生产的弹簧钢连铸坯的质量水平。其内容 包括：电磁搅拌的冶金效果、铸坏的低倍组织、非金属夹杂物、成分偏析及钢材性能。 关键词：连铸，夹杂物。低倍组织.弹簧钢 Quality of Continuous Casting Billet of Spring Steel' Xu Chengxin'Xing Winbin'Cui Yunqin' Lin Gang Wang Yi' ABSTRACT:The results about quality of spring steel billet at the first special steel billet caster in China are introduced.The research contents are included as follows:metallurgical effect of electromagnetic stirring:inclusion,macrograph,segregation of composition:pro perties of final rolled steel products. KEY WORDS:continuous casting,inclusion,macrograph,spring steel 我国某)'1987年建成第1台合金钢方坏连铸机，经过冷、热调试后，进行了合金结 构钢、弹簧钢和不锈钢等特殊钢种的试生产。日前铸坯质量已满足了轧材质量的要求。本 文介绍试验作：产中连铸坯的质量水平。 1设备和工艺 1.1设备 连铸机采用弧形机型.流数为二流，弧形半径为10m;铸坯断面分别为140mm× 140mm,180mm×180mm.200mm×200mm;结晶器振动频率为4~210次/min,振幅 为6~12mm:中间罐容量为7。 1.2工艺 弹簧钢连铸[艺流程：电孤炉一钢包吹：长水卫中间罐浸人水旦结品器·连铸坏。 *1992-1012收稿第·作者：男、59岁.副教授 +冶金1业部·七五攻关项1目 ·冶金系{Department of Metallurgy）

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 弹簧钢连铸坯 的质量 许诚信 ’ 邢 文彬 崔润琴 林 纲 王 毅 ’ 摘要 介 绍 了我 国第 台特殊 钢方坯 连铸机 ， 试验 生 产 的 弹簧钢连铸坯 的质量 水 平 。 其 内容 包括 电磁搅拌的冶金 效果 、 铸坯 的低倍组织 、 非金属 夹杂物 、 成分偏 析及钢材性 能 。 关键词 连铸 ， 夹 杂物 ， 低倍组织 弹 簧钢 心 ’ 才 ’ 叮 ‘ ’ ’ 环公 ’ ， ， 、 ， ， ， 我 闰 某 下 ’ 年 建成第 台合 金钢 方坏 连 铸 机 ， 经 过冷 、 热调 试后 ， 进 行 了合余 结 构 钢 、 弹簧钢 和 不锈钢等特殊 钢种 的试 生产 。 目前铸坯 质量 已 满 足 了轧 材质量 的 要求 。 本 文介绍 试验 ‘ 几产 中连 铸坯 的 质量 水 平 。 设备和 工艺 设备 连 铸 机 采 用 弧 形 机 型 流 数 为二 流 ， 弧 形 半 径 为 铸 坯 断 面分 别 为 、 、 “ 、 结 晶器振 动 频率 为 一 次 ， 振 幅 为 一 中间罐 容母 为 。 工 艺 ‘ ， 、 、 ，一 ， 。 、 二 ， ， 』‘ 、 ， 。 、 。 、 、 长水 ， 、 ， 。 ，二 浸 人 水 日 一 。 四 、 ， 弹 簧钢 连 铸 卜艺流 程 电弧炉 钢 包吹 氢 中间罐迎全￡匕业里 结 品 器 ， 连铸坯 。 ， 一 一 收稿 第 一 作者 男 ， 岁 副 教授 冶 金 业 部 ‘ 七 五 ’ 攻 关项 ， 冶 金 系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．04．003

Vol.15 No.4 许诚信等：弹簧钢连铸坯的质量 ·333· 连铸钢水中气体的含量如表1所示。 表1钢包和结晶器中气体含量，×10*% Table 1 Gas content in ladle and crystallizer H fo] N 钢种 说明 钢包 结晶器 钢包 结晶器 钢包 结晶器 55SiMnVB 6.2 8.7 58 54.9 48.9 64.4 11炉平均 60Si2Mn 6.3 6.6 50.6 56.2 56.2 59.7 5炉平均 *未吹Ar 经过试验及生产优化后的工艺参数控制次数见表2。 表2连铸工艺 Table 2 Process parametes of the continuous casting 工艺参数 55SiMnVB 60Si2Mn 钢液过热度，℃ 20 15~35 钢包次氩时间，min 流量 >3,60~110 >3,60~110 拉坯速度，m/min 开拉 0.6 0.6 正常(1521℃) 0.9 >1555℃)0.9 封顶 0.3 0.3 速度改变率 <0.1 <0.1 电磁搅拌，AM-EMS 40 40 F-EMS 180-200 200 保护渣粘度，Pa·s (1300℃) 0.3-0.4 0.3-0.4 振幅，mm 6 6 二冷水，1/kg (1.1),0.29 (1.1),0.17 (1.2),0.28 (1.2).0.17 本括号中为拉速值，m/5 2 铸坯的内部质量 21铸还的低倍组织 铸坯的横向和纵向试样经过加工研磨和酸浸，显示出3个晶带组织结构；边缘等轴晶 区宽度为3~6mm:中心等轴晶率为25%~50%。二次技晶间距的测量结果列于表3

许诚信等 弹簧钢连铸坯 的质量 · · 连铸钢水 中气体的含量如表 所示 。 表 钢包和结晶器中气体含最 ， 一 七 钢种 钢包 结晶器 钢包 结晶器 钢包 结晶器 说明 炉平均 炉平均 未吹 经过试验及生产优化后 的工艺参数控制次数见表 。 表 连铸工艺 行 璐 工艺参数 钢液过热度 ，℃ 钢包次氮 时间 ，面 流量 ， ， 一 拉坯速度 ， 开拉 正常 《 ℃ 一 ℃ ℃ 封顶 速度改变率 一 一 《 丈 ℃ 一 一 ℃ 一 ℃ 电磁搅拌， 一 一 一 保护渣粘度， · ℃ 振幅 ， 一 一 卜卜 二冷水 ， ， ， ， ， 括号 中为拉速值 ， 铸坯的 内部质量 铸坯的低倍组织 铸坯 的横 向和纵 向试样经过加工研磨和 酸浸 ， 显示 出 个晶带组织结构 边缘等轴晶 区宽度为 一 。 中心 等轴晶率为 一 。 二次技晶间距的测量结果列 于表

·334· 北京科技人学学报 I993年No.4 表3铸坯二次技晶间距测量结果，mm Table 3 Dendrite spacing of billets .mm 取样位置（见5） 钢种 样号 2 3 5 6 8 9 60Si2Mn 187 237 243 206 243 189 55SiMnVB 148 183 217 159 213 183 144 174 188 150 211 I62 图1~图4为电磁搅拌方式和参数及连铸工艺参数对铸态组织的地响。由上述结果可 得到： (1) 在相回的工：艺条件下，运用电磁搅拌技术以改善试验弹簧钢铸坏的铸态组 织、提高等轴品率，义以组合搅拌方式(M+F)效果最好（见图I,2) (2)凝固末端电磁搅拌器的搅拌强度对连铸坏的铸态组织有明的影响，随着搅拌 强度（电流）的增加，等轴晶率提高，但有1个最佳值（见图3）。 80 M-S (M+F)-S 60.70 62.40 60 60 8 哥 8 43.03 41.47 40 NON 靴 25.98 20 20 40 0 IA 0 图1电磁搅拌对铸坯等轴晶率的影响 图2电磁搅拌方式对铸坯等轴晶率的影响 Fig.2 Influence of electromagnetic Fig.I Influence of M-EMS on the proportion of equiaxed zone stirring methods on the proportion of equiaxed zone (3)钢水过热度对铸坏铸态组织有较人的影响，减小钢液过热度，有利提高铸坏的 等轴品率，弹簧钢的最作钢液过热度为10一20℃（图4）。这与引国外同类条件的试瑜结果 是致的 在：该机杀件下、通过试验研究，弹簧钢连铸的最作艺及电磁搅拌参数为： 钢水过热度(C): 10-20 结品器电磁搅拌强度(A:40~50 (/=6Hz) 木电滋搅拌强度(A):205 (f=50Hz) 在试验的5炉55 SiMnVB铸坏横向低倍试片上.，有两片现I亮带，其位置在铸坏 中心约0mm的方上，宽度为5~7mm,该试片的悦拌强度：IM=40A,I=200A。此 值恰好与扶得最作等轴情茶搅拌强度吻合。因此，在该！条件下弹簧钢的搅抖强度以控

· · 北 京 科 技 人 学 ’ 笋 报 年 表 铸坯二次技晶 间距测 结果 ， ， 一 一 、 钢 种 样 号 取样 位置 见 图 ，，、 ‘ ， 目皿吕 、、 ‘ ， ﹃，、 ，，、 ‘，， 入﹃门︸，、了 ，︸勺 ︸ 了 一‘，，斗 月 冲仆茂月 口且目且山 一 一 图 一 咚 为电磁搅 拌 方式 和参 数 及 连 铸 不艺参 数 对铸态组 织 的影 响 。 山 述 结 果 可 得到 在 相 同 的 艺条件 下 ， 运 用 电磁 搅 拌 技 术 可以 改善 试验 弹 簧钢铸坯 的铸 态 组 织 ， 提 高等 轴 品 率 ， 又 以 组 合搅拌 方式 效果 最 好 见图 。 凝 固末端 电磁搅 拌 器 的搅 拌 强 度 对连 铸 坏 的 铸态 组 织 有 明 械 的 影 响 ， 随 着搅 拌 强度 电流 的增 加 ， 等轴 品 率提 高 ， 但有 个最 佳值 见图 。 一 附 日 一 印 ， 醒 二四 叭币 界哥咯外岁 汁寨哥唱岁 图 电磁搅拌对铸坯等轴晶 率的影响 又 入 一 凡 即 “ 一， 图 电磁搅拌方式对铸坯等轴晶率的影响 钢 水过 热 度 对铸坯 铸态组 织 有较 大的 影 响 ， 减 小钢 液过 热 度 ， 有利 几 提 高铸坯 的 等轴 品 率 》 弹 簧钢 的 最 仁钢 液 过 热 度 为 一 匕 图 这 与国 外同 类 条件 的 试验 结 果 足 一 致 的 在 该机 条件 ‘ ， 通 过 试验 研究 ， 弹 簧钢连 铸 的最 佳 卜艺 及 电磁搅 拌 参数 为 钢 水过 热 度 卜 一 全 ，， ，产 ，公签电磁搅 拌强 变 一 、 末端 电磁搅拌 强 度 八 叭 在 试验 的 炉 铸坯 横 向低 音试 片 卜 ， 有 两 片 叭现 自亮 带 ， 里七位 置 在铸坯 ‘ ，心 约 的 方枉 ， 卜 ， 宽 变为 一 一 飞 该试 片的搅拌强 度 ， 、 ， 。 此 傲恰 好 与扶得最 佳 等轴 「产 ，率搅拌 强 度 相吻 介 囚此 ， 在 亥厂 条件 卜弹 簧钢 的 搅 抖强 度 ， 、认控

Vol.15 No.4 许减信等：弹簧钢连铸坯的质量 ·335· 制在此数值以下。 60r 4384 9 40F 60 32.78 46.45 41.07 唱要 40 20十 30.33 蒂 如 20 23.70 0 190 200210220230 0 10 20 30 IA ATi℃ 图3凝固未端电磁搅拌对铸还 图4铜水过热度对铸还 等轴晶率的影购 等轴晶率的影响 Fig.3 Influence of F-EMS Fig.4 Influence of super heat the proportion of equiaxed zone on the proportion of equiaxed Zone 2.2铸坯中的非金属夹杂物 在切取的横可坏样上按图5所示再切割夹杂物试样。利用金相显微镜、电子探针能 谱、图相仪、检验了钢中非金属夹杂物的形貌、组成、颗粒尺寸及分布。 ()铸坯中典型夹杂物 铸坏中典型夹杂物主要为铝化合物、Al、Mg、C等。铝化合物中A1占69.55%， Fe占30.45%。在Al、Ca、Mg夹杂物中，有2种：1种为A1-61.24%、Mg-22.65%, Ca-1.08%:另1种为A1-25.19%、Mg-3.42%、C-16.79%。 (2)夹杂物的颗粒尺寸、含量及分布特征 图(6)表示夹杂物的颗粒尺寸。从图可知，出18块横向坯样检验结果表明：小于 5um的占95%以上.，其余皆小于50um,随大于S0m的夹杂物极少见。 内孤 300 030 0.20 侧边 0.10 8910 6 0 外弧 图5取样示意图 图6铸还中夹杂物的分布和含量 Fig.5 Scheme of sampling Fig.6 Size distribution and concentrition of inclusioa in billets

许诚信等 弹簧钢 连铸坯 的质量 · · 制在此数值 以 下 。 等咚岁 加 一异汁一︸ 匕 △ ℃ 图 凝 固末端 电磁搅拌对铸坯 图 钢水过热度对铸坯 等轴 晶率的影 响 等轴晶率的影响 ‘ 幻” 一 一 铸坯 中的非金属夹杂物 在 切 取 的 横 间 坯 样 上 按 图 所示 再切 割 夹 杂 物试样 。 利 用 金 相 显微 镜 、 电子 探针 能 谱 、 图相仪 ， 检验 了钢 中非 金 属夹 杂物 的形 貌 、 组 成 、 颗粒 尺 寸及分布 。 约 铸坯 中典型 夹 杂物 铸 坯 中典 型 夹 杂物 主 要 为 铝 化 合 物 、 、 、 等 。 铝 化 合 物 中 占 ， 占 。 在 、 、 夹 杂 物 中 ， 有 种 种 为 卜 、 一 、 一 另 种 为 一 、 一 、 一 。 夹 杂物 的颗粒尺 寸 、 含量 及分布 特征 图 表 示 夹 杂 物 的 颗 粒 尺 寸 。 从 图 可知 ， 由 块 横 间 坯 样 检 验结 果 表 明 小 于 知 的 占 以 仁 ， 其余 皆小 于 召 ， 而大 于 即 的 夹 杂物极少 见 。 姗姗 内 弧 岁葵朱寡怪毅 阳 卜丫 一牛彭杯。宕葬书岁蒙一口日﹄ 侧 边 外弧 一 ’ 军 一 幸 妻 ， 翻 卫卫 里 ‘ 一 一勺玫 乏 丫、 卜 、 一 狡 ’ 产 刁一乡 叹 卜 一 一 伊闷卜 一 图 取样示 意图 图 铸坯 中夹杂物的分布和含量 资 ·

·336· 北京科技人学学报 1993年No.4 2.3铸还中的碳偏析 对生产和试验炉号取的横向坯样，进行了元素的化验分析，图7是碳含量分布示例。 从化验的结果看，连铸坏中心碳量高于和低于平均碳含量的试样几乎各占一半。可以 认为连铸坯由表面向中心凝固的不半衡性是存在的，不同程度的存在小钢绽凝固结构特 征。因此，铸坯中心的碳含量出现高或低于平均值的变化。 0.30 0.62 60Si2Mn ) (a) o SSSiMnVB 8 0.60 U0.580 图0.20 0.56 發 0.54 0.10L 2 3 4 5 6 3 4 5 6 内刘 中 外弧 内弧 中 外弧 试样位置 图7铸坯中成分的分布 Fig.7 Chemical composition distribution of billet 采用电磁搅拌，改变凝固前沿液体流动及温度分布的特性，由于折断的树枝晶增添了 结晶核心，抑制了柱晶生长，扩人等轴品区，因而改善了铸坯内成分分布的均匀性，中心 碳的偏析率减小。此次优化搅拌参数试验结果（表3）亦证实了这个解释。 图7b为夹杂物的含量。它以单位视场面积上夹杂物颗粒数和所占面积百分数表 示。检验结果表明，夹杂物的颗粒数为100~300个/mm°的相戍占面积的0.1%一 0.3%。 3结论 (1）连铸弹簧钢的铸坏凝固组织较致密、战分较均匀、非金属夹杂物的颗粒小，含 量少及分布较均匀。 (2)弹簧钢连铸坏轧材的性能满足了产品要求，达到或超过了模注锭轧材的水平。 (3)结晶器和凝樹末端的电磁搅拌对改善铸坏质t有明显的作用，尤其组合式搅抖 的效果最佳。 参考文献 1 重钢特殊钢)·特殊钢方坏连铸技术总结，1991 2 许诚信.合金钢铸坏质量的研究（鉴定技术资料)，北京科技人学，1991 3 Bernard Trenstini.Continous Casting of Steel.Brussels International Iron and Steel Institute,1986.2-44

北 京 科 技 大 学 学 报 年 铸坯中的碳偏析 对 生 产和试验炉 号取 的横 向坯 样 ， 进 行 了元 素的化验分 析 ， 图 是碳 含量分布示 例 。 从 化验 的结 果看 ， 连铸 坯 中心 碳 量 高 于和 低 一 于平均碳 含量 的试 样 几乎 各 占一半 。 可以 认 为连 铸 坯 由表 面 向 中心 凝 固 的 不 平衡性 是 存 在 的 ， 不 同程 度 的存 在 小 钢 绽 凝 固 结 构特 征 。 因 此 ， 铸 坯 中心 的碳 含量 出现 高或低 一 “ 平均值 的变化 。 形阿季架伏霹 阅 岁 中 日万 骂 、 、 阅 从、 味 刁 向 内弧 外弧 内弧 外弧 中 试 样 位 置 图 铸坯中成分的分布 州 采用 电磁搅拌 ， 改 变凝 固前沿 液体 流动 及 温度 分布的特性 ， 山 折断 的树枝 晶增 添 了 结 晶 核心 ， 抑 制 了柱晶生 长 ， 扩 大等轴 品 区 ， 因而 改善 了铸坯 内成分 分布的均匀性 ， 中心 碳 的 偏析 率减 小 。 此 次优 化搅拌参 数 试验结 果 表 亦证 实 了这 个解 释 。 图 为夹 杂 物 的 含 量 。 它 以 单位 视 场 面 积 匕夹 杂 物 颗 粒 数 和 所 占面积 百 分 数 表 示 。 检 验 结 果 表 明 ， 夹 杂 物 的 颗 粒 数 为 一 个 的 相 应 占 面 积 的 一 ， 结 论 连铸 弹 簧钢 的 铸坏 凝 固 组 织 较 致 密 ， 成分 较 均 匀 ， 卜金 属夹 杂 物 的颗 粒 小 、 含 量 少 及分 布较均 匀 。 弹 簧钢连 铸坯 轧 材 的性 能 满 足 了产 品 要求 ， 达到或 超过 了模 注锭 轧材 的 水 ‘ ’ 。 结 晶 器 和 凝 固 末端 的 电 磁搅 拌 对 改 善 铸 坏 质带 有 明 显 的作 用 ， 尤 其组 合式 搅抖 的效果 最 佳 。 参 考 文 献 重钢 特 殊 钢 ‘ 特殊钢 方坯 连 铸 技 术总 结 ， 许 诚 信 合金钢铸 坯 质 量 的研 究 鉴 定技 术 资料 ， 北 京科技 人学 ， ， 一 ︸，︶