高品质车轮钢二冷区冷却方式

D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.03.014 第34卷第3期 北京科技大学学报 Vol.34 No.3 2012年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2012 高品质车轮钢二冷区冷却方式 景财良)回 王新华D 许志刚”王万军”尹娜”龚志翔》 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)马鞍山钢铁有限公司技术中心，马鞍山243000 ✉通信作者，E-mail:jingcailiang(@163.com 摘要为了探索高品质低成本车轮钢生产工艺，比较了两种二冷区冷却方式（气雾冷却和全水冷却）对车轮钢铸坯表面温 度、凝固组织与宏观偏析的影响.结果表明：两种冷却方式下的二冷区矫直段铸坯表面温度均高于950℃，处于高温塑性区， 可避免产生矫直裂纹：两种冷却方式均得到了均匀对称的凝固组织：虽然气雾冷却可略微增加等轴晶比例和降低铸坯中心偏 析，但是使铸坯枝晶间距变得较为粗大，并且加重了12半径附近处的偏析，对随后的加工和成品的质量更为不利.综合考虑 实验结果和生产成本，认为全水冷却方式更适合高品质车轮钢的生产. 关键词车轮钢：钢坯：冷却：凝固：微观组织：偏析 分类号TG142.4 Cooling methods in the secondary cooling zone of high quality wheel steel JING Cai-iang》回，WANG Xin-hua',XU Zhi-gang”,WANGWan-jun”,YIN Na”,GONG Zhi--iamg》 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Technology Center of Ma'anshan Iron and Steel Co.Ltd.,Ma'anshan 243000,China Corresponding author,E-mail:jingcailiang@163.com ABSTRACT The effects of mist cooling and water cooling in the secondary cooling zone on the surface temperature,solidification structure and macro-segregation of wheel steel casting billets were studied to explore the high-quality low-cost production technology of wheel steel.The results show that the surface temperature of the casting billets in the straightening segment is above 950C by both the cooling methods,which belongs to a high temperature plasticity zone and can avoid straightening cracks.A symmetrical solidification structure is obtained by both the cooling methods.Although mist cooling can slightly increase the proportion of equiaxed grains and decrease the central segregation of the casting billets,the dendrite arm spacing and the segregation degree around the half-radius region increase,which are even more unfavorable to the subsequent process and the quality of the finished product.Considering experimental results and production costs,water cooling should be more suitable for the production of high quality wheel steel. KEY WORDS railway wheel steel:billets:cooling:solidification:microstructure:segregation 近几年我国高速列车发展极为迅速，于2007年冷却均匀的优点，但是这种装置费用较高，需要水和 步入高速列车时代-).作为其核心部件之一的车 高压风两套系统，水的回收率较低，消耗的能量较 轮，目前国内仍无法生产，100%依靠进口.其主要 多，导致吨钢成本上升.吴耀光等网从改善大圆坯 原因之一就是无法解决车轮钢铸坯的偏析问题，尤 等轴晶率低、中心偏析大等不足出发，建议使用气雾 其是圆坯半径12处的偏析问题，本文中称之为 冷却.然而作为车轮钢而言，在连铸之后的加工处 R/2偏析. 理中，圆坯中间部分区域是冲掉的，所以控制和降低 二冷区作为凝固过程的主要阶段-，其连铸 R/2偏析比中心偏析更为重要.这种情况下，气雾 水平直接影响着铸坯的偏析状况.目前马钢生产车 冷却是否更优有待商榷. 轮钢有两种冷却方式：气雾冷却和全水冷却.气雾 本实验研究了这两种二冷区冷却方式对车轮钢 冷却是将喷嘴喷出的水吹散成液滴进行冷却，具有 铸坯表面温度、凝固组织和宏观偏析的影响，并进行 收稿日期：2011-03-13 基金项目：国家重点基础研究发展计划项目资助(2010CB630806)

第 34 卷 第 3 期 2012 年 3 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 3 Mar． 2012 高品质车轮钢二冷区冷却方式 景财良1) 王新华1) 许志刚1) 王万军1) 尹 娜1) 龚志翔2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 马鞍山钢铁有限公司技术中心，马鞍山 243000 通信作者，E-mail: jingcailiang@ 163． com 摘 要 为了探索高品质低成本车轮钢生产工艺，比较了两种二冷区冷却方式( 气雾冷却和全水冷却) 对车轮钢铸坯表面温 度、凝固组织与宏观偏析的影响． 结果表明: 两种冷却方式下的二冷区矫直段铸坯表面温度均高于 950 ℃，处于高温塑性区， 可避免产生矫直裂纹; 两种冷却方式均得到了均匀对称的凝固组织; 虽然气雾冷却可略微增加等轴晶比例和降低铸坯中心偏 析，但是使铸坯枝晶间距变得较为粗大，并且加重了 1 /2 半径附近处的偏析，对随后的加工和成品的质量更为不利． 综合考虑 实验结果和生产成本，认为全水冷却方式更适合高品质车轮钢的生产． 关键词 车轮钢; 钢坯; 冷却; 凝固; 微观组织; 偏析 分类号 TG142. 4 Cooling methods in the secondary cooling zone of high quality wheel steel JING Cai-liang1) ，WANG Xin-hua1) ，XU Zhi-gang1) ，WANG Wan-jun1) ，YIN Na1) ，GONG Zhi-xiang2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Technology Center of Ma’anshan Iron and Steel Co． Ltd． ，Ma’anshan 243000，China Corresponding author，E-mail: jingcailiang@ 163． com ABSTRACT The effects of mist cooling and water cooling in the secondary cooling zone on the surface temperature，solidification structure and macro-segregation of wheel steel casting billets were studied to explore the high-quality low-cost production technology of wheel steel． The results show that the surface temperature of the casting billets in the straightening segment is above 950 ℃ by both the cooling methods，which belongs to a high temperature plasticity zone and can avoid straightening cracks． A symmetrical solidification structure is obtained by both the cooling methods． Although mist cooling can slightly increase the proportion of equiaxed grains and decrease the central segregation of the casting billets，the dendrite arm spacing and the segregation degree around the half-radius region increase，which are even more unfavorable to the subsequent process and the quality of the finished product． Considering experimental results and production costs，water cooling should be more suitable for the production of high quality wheel steel． KEY WORDS railway wheel steel; billets; cooling; solidification; microstructure; segregation 收稿日期: 2011--03--13 基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目资助( 2010CB630806) 近几年我国高速列车发展极为迅速，于 2007 年 步入高速列车时代［1--3］． 作为其核心部件之一的车 轮，目前国内仍无法生产，100% 依靠进口． 其主要 原因之一就是无法解决车轮钢铸坯的偏析问题，尤 其是圆坯半径 1 /2 处的偏析问题，本文中称之为 R /2 偏析． 二冷区作为凝固过程的主要阶段［4--7］，其连铸 水平直接影响着铸坯的偏析状况． 目前马钢生产车 轮钢有两种冷却方式: 气雾冷却和全水冷却． 气雾 冷却是将喷嘴喷出的水吹散成液滴进行冷却，具有 冷却均匀的优点，但是这种装置费用较高，需要水和 高压风两套系统，水的回收率较低，消耗的能量较 多，导致吨钢成本上升． 吴耀光等［8］从改善大圆坯 等轴晶率低、中心偏析大等不足出发，建议使用气雾 冷却． 然而作为车轮钢而言，在连铸之后的加工处 理中，圆坯中间部分区域是冲掉的，所以控制和降低 R /2 偏析比中心偏析更为重要． 这种情况下，气雾 冷却是否更优有待商榷． 本实验研究了这两种二冷区冷却方式对车轮钢 铸坯表面温度、凝固组织和宏观偏析的影响，并进行 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.03.014

第3期 景财良等：高品质车轮钢二冷区冷却方式 ·279· 了比较.根据结果讨论了目前更适合车轮钢圆坯生 直段保温罩. 产的二冷方式，为生产高品质、低成本车轮钢提供参 笔者首先统计了74炉车轮钢的连铸生产参数， 考和借鉴 根据统计结果选取了有代表性的实验炉次，其拉速 为0.45m·min,浇铸温度为1520℃，根据下式回 1 实验参数 计算出其过热度为40℃： 马钢生产的CL60车轮钢主要化学成分与力学 T=538+{44-21[%C]+52[%C]2+ 性能参数如表1所示.其主要设备和工艺如下：(1) 4.8[9%Mn]+13[%Si]+30[%P]+ 全弧五机架三点矫直连铸机：(2)26t三流T型中 30[%S]+1.5[%Cr]+4.3[%Ni]}.(1) 间包；(3)断面尺寸中380mm圆坯结晶器；(4)外置 为消除其他工艺参数和现场状况的干扰，本实 式结晶器电磁搅拌(M-EMS);(5)大包长水口+氩 验选取该炉次的I、Ⅲ流作对比，其中I流采用气雾 封+浸入式水口+结晶器保护渣保护浇注：(6)矫 冷却，Ⅲ流采用全水冷却，冷却参数如表2所示 表1CL60车轮钢主要化学成分与力学性能回 Table 1 Main chemical composition and mechanical properties of C160 wheel steel (C)/% w(Si)/% w(Mn)/% w(P)/% o(S)1% 屈服强度/MPa抗拉强度IMPa 延伸率/% 0.62 0.22 0.69 0.022 0.021 590 955 16 表2I、Ⅲ流冷却参数 Table 2 Cooling parameters of continuous casting processes for Strands I andl 结晶器参数 二冷区水流量/(L'min-) 流号 压力/MPa 流量/(L·mint) 温度/℃ 温差/℃ 足辊 I段 Ⅱ段 Ⅲ段 1流 0.739 3635 34.3 3.2 26 29 21 3 Ⅲ流 0.739 3624 34.2 3.1 27 42 27 在该炉次浇铸后的I、Ⅲ流的第三块铸坯断面 100 上切取厚度为30mm的圆饼试样，用于凝固组织检 0 测和C、S偏析化验分析 0 2结果与讨论 西 40 2.1对铸坯表面温度的影响 0 20 铸坯在弯矫过程中的表面温度，直接关系着矫 10 直裂纹的产生概率.为避免其在第二脆性区产生矫 50060070080090010001100120013001400 温度℃ 直裂纹，需确保铸坯表面温度在矫直过程中处于高 温塑性区.通过对车轮钢试样在变形率为1×10~3· 图1车轮钢高温塑性曲线 Fig.I High temperature plasticity curve of the wheel steel s-1下进行拉伸试验测试00（图1），在900~1250℃ 温度范围内，试样面缩率均在40%以上，具有比较 本达到了相同的效果.虽然在保温段，使用全水冷 好的塑性.考虑到实验误差和安全系数，认为在车 却的Ⅲ流铸坯表面温度回升较大，达到了45℃左 轮钢连铸生产过程中，需控制铸坯矫直段表面温度 右，而采用气雾冷却的I流铸坯表面温度在保温段 高于950℃，以避免产生矫直裂纹. 回温只有30℃左右，但是两流在矫直段的铸坯表面 用激光红外测温仪对该炉次I、Ⅲ流二冷区的 温度均大于950℃，处于高温塑性区，都属于合理 各冷却段和矫直段进行了铸坯表面温度测定，结果 范围. 见图2.铸坯表面温度在二冷区变化趋势大体相同， 2.2对凝固组织的影响 都是由高向低：I流铸坯的表面温度变化略微平缓， 首先将I、Ⅲ流所取的Φ380mm圆饼试样进行 且略高于Ⅲ流，但总体差别并不大，说明气雾冷却并 表面机械磨光，然后将其磨光面辐射加热至80℃左 没有明显体现出其优势，就现行的冷却制度而言，基 右，并用体积比为4：1的HCI与HNO3混合溶液均匀

第 3 期 景财良等: 高品质车轮钢二冷区冷却方式 了比较． 根据结果讨论了目前更适合车轮钢圆坯生 产的二冷方式，为生产高品质、低成本车轮钢提供参 考和借鉴． 1 实验参数 马钢生产的 CL60 车轮钢主要化学成分与力学 性能参数如表 1 所示． 其主要设备和工艺如下: ( 1) 全弧五机架三点矫直连铸机; ( 2) 26 t 三流 T 型中 间包; ( 3) 断面尺寸 380 mm 圆坯结晶器; ( 4) 外置 式结晶器电磁搅拌( M--EMS) ; ( 5) 大包长水口 + 氩 封 + 浸入式水口 + 结晶器保护渣保护浇注; ( 6) 矫 直段保温罩． 笔者首先统计了 74 炉车轮钢的连铸生产参数， 根据统计结果选取了有代表性的实验炉次，其拉速 为 0. 45 m·min － 1 ，浇铸温度为 1 520 ℃，根据下式［9］ 计算出其过热度为 40 ℃ : TL = 538 + { 44 － 21［% C］+ 52［% C］2 + 4. 8［% Mn］+ 13［% Si］+ 30［% P］+ 30［% S］+ 1. 5［% Cr］+ 4. 3［% Ni］} ． ( 1) 为消除其他工艺参数和现场状况的干扰，本实 验选取该炉次的Ⅰ、Ⅲ流作对比，其中Ⅰ流采用气雾 冷却，Ⅲ流采用全水冷却，冷却参数如表 2 所示． 表 1 CL60 车轮钢主要化学成分与力学性能［2］ Table 1 Main chemical composition and mechanical properties of CL60 wheel steel w( C) /% w( Si) /% w( Mn) /% w( P) /% w( S) /% 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/% 0. 62 0. 22 0. 69 0. 022 0. 021 590 955 16 表 2 Ⅰ、Ⅲ流冷却参数 Table 2 Cooling parameters of continuous casting processes for Strands Ⅰ and Ⅲ 流号 结晶器参数 二冷区水流量/( L·min － 1 ) 压力/MPa 流量/( L·min － 1 ) 温度/℃ 温差/℃ 足辊 Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 Ⅰ流 0. 739 3 635 34. 3 3. 2 26 29 21 13 Ⅲ流 0. 739 3 624 34. 2 3. 1 27 42 27 — 在该炉次浇铸后的Ⅰ、Ⅲ流的第三块铸坯断面 上切取厚度为 30 mm 的圆饼试样，用于凝固组织检 测和 C、S 偏析化验分析． 2 结果与讨论 2. 1 对铸坯表面温度的影响 铸坯在弯矫过程中的表面温度，直接关系着矫 直裂纹的产生概率． 为避免其在第二脆性区产生矫 直裂纹，需确保铸坯表面温度在矫直过程中处于高 温塑性区． 通过对车轮钢试样在变形率为 1 × 10 － 3 · s － 1 下进行拉伸试验测试［10］( 图 1) ，在 900 ～ 1 250 ℃ 温度范围内，试样面缩率均在 40% 以上，具有比较 好的塑性． 考虑到实验误差和安全系数，认为在车 轮钢连铸生产过程中，需控制铸坯矫直段表面温度 高于 950 ℃，以避免产生矫直裂纹． 用激光红外测温仪对该炉次Ⅰ、Ⅲ流二冷区的 各冷却段和矫直段进行了铸坯表面温度测定，结果 见图 2． 铸坯表面温度在二冷区变化趋势大体相同， 都是由高向低; Ⅰ流铸坯的表面温度变化略微平缓， 且略高于Ⅲ流，但总体差别并不大，说明气雾冷却并 没有明显体现出其优势，就现行的冷却制度而言，基 图 1 车轮钢高温塑性曲线 Fig． 1 High temperature plasticity curve of the wheel steel 本达到了相同的效果． 虽然在保温段，使用全水冷 却的 Ш 流铸坯表面温度回升较大，达到了 45 ℃ 左 右，而采用气雾冷却的Ⅰ流铸坯表面温度在保温段 回温只有 30 ℃左右，但是两流在矫直段的铸坯表面 温度均大于 950 ℃，处于高温塑性区，都属于合理 范围． 2. 2 对凝固组织的影响 首先将Ⅰ、Ⅲ流所取的 380 mm 圆饼试样进行 表面机械磨光，然后将其磨光面辐射加热至 80 ℃ 左 右，并用体积比为 4∶ 1的 HCl 与 HNO3混合溶液均匀 ·279·

·280· 北京科技大学学报 第34卷 机迅速吹干后用数码相机拍摄，得到圆饼试样断面 1100 的宏观凝固组织图像，如图3所示. 1050 -0-I流 ★Ⅲ流 1m 由图3可以看到：两流低倍组织差别不大：宏观 组织均较为均匀，没有明显的不对称现象；边部 950-…… 15mm附近有一圈白亮带，并且柱状晶有一定的偏 900 矫直段 转角度，这是由于结晶器电磁搅拌(M一EMS)引起 的.相比之下，I流铸坯无明显的中心缩孔，铸坯宏 80024681021416182022242628 观组织较为均匀，其等轴晶率高达54.1%，但是中 距弯月面距离m 心疏松面积较大，这是气雾冷却的低冷却强度造成 图2不同流次铸坯表面温度的变化 的；而采用全水冷却的Ⅲ流铸坯出现了轻微的中心 Fig.2 Surface temperature changes of the casting billets from differ- 缩孔，但是疏松范围较窄，等轴晶率为46.9%，这是 ent strands 因为全水冷却的冷却强度大，致使坯壳向内温度梯 度大，有利于柱状晶的生长 浇在其表面，大约20s后用乙醇冲刷干净，并用吹风 100m 100m 图3断面的低倍组织.(a)气雾冷却：(b)全水冷却 Fig.3 Macrostructures of the cross-sections:(a)mist cooling:(b)water cooling 分别从圆坯边部、白亮带处、R2处与中心部位 2.3对元素偏析的影响 切取一个10mm×10mm的小块，磨光后通过苦味 沿圆饼试样内外弧直径方向取宽度为l0mm的 酸+铬干+表面清洁剂混合溶液在90±2℃下腐 长条，如图6所示.采用牛头刨床刨屑取样，每间隔 蚀，得到不同位置的枝晶形貌，如图4所示.使用光 7mm取一个，每次下刀量为1mm,在指定位置刨取 学显微镜测量了不同试样二次枝晶间距的大小，用 厚度为1.5mm的钢屑并用特制取样器收集，用作 于比较组织的致密程度，如图5所示 C、S化学分析，结果如图7所示 如图4和图5所示：气雾冷却下的铸坯枝品明 如图7所示，气雾冷却条件下的铸坯C和S的 显更为粗大，尤其在R/2处；相比之下全水冷却可 中心偏析度均有所下降，起到一定的优化作用，但 以细化枝晶间距，降低枝晶间疏松，提高组织致密 白亮带的负偏析与R/2偏析加重.由于在随后的 度，间接降低凝固前沿液态钢水流动能力，达到凝固 加工处理中，铸坯的中心区域要被冲掉，并且白亮 过程中抑制宏观偏析的目的 带负偏析与R/2正偏析相连，这样在此处就出现 综上所述，两种冷却方式对车轮钢铸坯凝固组织 了很大的相对偏析度(C/Cn）.所以对于宏观 的影响区别并不大，均可得到较为均匀对称的组织和 偏析要求极为严格的车轮钢来讲，白亮带的负偏 较高的等轴晶比率.在细节方面，气雾冷却并没有明 析与R/2偏析才是生产高品质车轮钢的限制性因 显优势，虽然可进一步加大水气比例来增加冷却强 素.由此得出，就马钢目前两种冷却制度而言，全 度，但是将会降低或失去气雾冷却设备的意义. 水冷却下的铸坯可使车轮成品质量更优

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 2 不同流次铸坯表面温度的变化 Fig． 2 Surface temperature changes of the casting billets from differ￾ent strands 浇在其表面，大约 20 s 后用乙醇冲刷干净，并用吹风 机迅速吹干后用数码相机拍摄，得到圆饼试样断面 的宏观凝固组织图像，如图 3 所示． 由图 3 可以看到: 两流低倍组织差别不大: 宏观 组织 均 较 为 均 匀，没有明显的不对称现象; 边 部 15 mm附近有一圈白亮带，并且柱状晶有一定的偏 转角度，这是由于结晶器电磁搅拌( M--EMS) 引起 的． 相比之下，Ⅰ流铸坯无明显的中心缩孔，铸坯宏 观组织较为均匀，其等轴晶率高达 54. 1% ，但是中 心疏松面积较大，这是气雾冷却的低冷却强度造成 的; 而采用全水冷却的 Ш 流铸坯出现了轻微的中心 缩孔，但是疏松范围较窄，等轴晶率为 46. 9% ，这是 因为全水冷却的冷却强度大，致使坯壳向内温度梯 度大，有利于柱状晶的生长． 图 3 断面的低倍组织． ( a) 气雾冷却; ( b) 全水冷却 Fig． 3 Macrostructures of the cross-sections: ( a) mist cooling; ( b) water cooling 分别从圆坯边部、白亮带处、R /2 处与中心部位 切取一个 10 mm × 10 mm 的小块，磨光后通过苦味 酸 + 铬干 + 表面清洁剂混合溶液在 90 ± 2 ℃ 下腐 蚀，得到不同位置的枝晶形貌，如图 4 所示． 使用光 学显微镜测量了不同试样二次枝晶间距的大小，用 于比较组织的致密程度，如图 5 所示． 如图 4 和图 5 所示: 气雾冷却下的铸坯枝晶明 显更为粗大，尤其在 R /2 处; 相比之下全水冷却可 以细化枝晶间距，降低枝晶间疏松，提高组织致密 度，间接降低凝固前沿液态钢水流动能力，达到凝固 过程中抑制宏观偏析的目的． 综上所述，两种冷却方式对车轮钢铸坯凝固组织 的影响区别并不大，均可得到较为均匀对称的组织和 较高的等轴晶比率． 在细节方面，气雾冷却并没有明 显优势，虽然可进一步加大水气比例来增加冷却强 度，但是将会降低或失去气雾冷却设备的意义． 2. 3 对元素偏析的影响 沿圆饼试样内外弧直径方向取宽度为 10 mm 的 长条，如图 6 所示． 采用牛头刨床刨屑取样，每间隔 7 mm 取一个，每次下刀量为 1 mm，在指定位置刨取 厚度为 1. 5 mm 的钢屑并用特制取样器收集，用作 C、S 化学分析，结果如图 7 所示． 如图 7 所示，气雾冷却条件下的铸坯 C 和 S 的 中心偏析度均有所下降，起到一定的优化作用，但 白亮带的负偏析与 R /2 偏析加重． 由于在随后的 加工处理中，铸坯的中心区域要被冲掉，并且白亮 带负偏析与 R /2 正偏析相连，这样在此处就出现 了很大的相对偏析度( Cmax /Cmin ) ． 所以对于宏观 偏析要求极为严格的车轮钢来讲，白亮带的负偏 析与 R /2 偏析才是生产高品质车轮钢的限制性因 素． 由此得出，就马钢目前两种冷却制度而言，全 水冷却下的铸坯可使车轮成品质量更优． ·280·

第3期 景财良等：高品质车轮钢二冷区冷却方式 ·281· 国边缘 白亮带 b 图4不同位置的枝晶形貌.(a)I流：(b)Ⅲ流 Fig.4 Dendritic morphology at different positions:(a)Strand I:(b)Strand 外弧 2 mm 内弧 围流 250 380mm 图6偏析检测取样示意图 50 Fig.6 Scheme of sampling for segregation testing 20 406080100120140160180200 均匀的优点，但是同样有着冷却效果不佳、能耗大等 距圆心距离/mm 不利因素.通过比较得出，现行两种二冷区冷却制 图5不同位置二次枝晶间距的变化 度对车轮钢现场生产和凝固组织的影响并无明显差 Fig.5 Changes of secondary dendrite arm spacing at different posi- 别.虽然气雾冷却可使等轴晶率略微增加、铸坯中 tions 心偏析降低，但是加重了白亮带负偏析和R/2偏 析，对车轮成品质量更为不利.所以对于生产高品 3 结论 质车轮钢而言，气雾冷却不但没有起到显著提高铸 虽然在二冷区气雾冷却较之全水冷却有着冷却 坯质量的作用，反而加重了原有的不利因素，而且增 1.25 1.5 1.20 a -第【流 14 1.15 ★一第围流 13 1.10 1.2 1.05 .00 1.0 0.95 0.90 0.8 0.8 -200-150-100-50050100150200 200-150-100 -50050100150 200 距圆心距离/mm 距圆心距离/mm 图7C、S偏析度的比较 Fig.7 Comparison of C and S segregations

第 3 期 景财良等: 高品质车轮钢二冷区冷却方式 图 4 不同位置的枝晶形貌． ( a) Ⅰ流; ( b) Ⅲ流 Fig． 4 Dendritic morphology at different positions: ( a) Strand Ⅰ; ( b) Strand Ⅲ 图 5 不同位置二次枝晶间距的变化 Fig． 5 Changes of secondary dendrite arm spacing at different posi￾tions 图 7 C、S 偏析度的比较 Fig． 7 Comparison of C and S segregations 3 结论 虽然在二冷区气雾冷却较之全水冷却有着冷却 图 6 偏析检测取样示意图 Fig． 6 Scheme of sampling for segregation testing 均匀的优点，但是同样有着冷却效果不佳、能耗大等 不利因素． 通过比较得出，现行两种二冷区冷却制 度对车轮钢现场生产和凝固组织的影响并无明显差 别． 虽然气雾冷却可使等轴晶率略微增加、铸坯中 心偏析降低，但是加重了白亮带负偏析和 R /2 偏 析，对车轮成品质量更为不利． 所以对于生产高品 质车轮钢而言，气雾冷却不但没有起到显著提高铸 坯质量的作用，反而加重了原有的不利因素，而且增 ·281·

·282· 北京科技大学学报 第34卷 大了生产成本.综上所述，就马钢现行的设备水平 [5]Feng J,Chen W Q.Effect of high secondary cooling intensity on 而言，全水冷却方式更适合高品质低成本车轮钢的 solidification structure and center carbon segregation of high carbon 生产 steel billet.Spec Steel,2006.27(4):42 (冯军，陈伟庆.高强度二冷对高碳钢小方坯凝固组织和中心 碳偏析的影响.特殊钢，2006,27(4)：42) 参考文献 [6 Wang H M.Li G R,Lei Y C,et al.Mathematical heat transfer [1]Cui Y H,Zhang J P,Su H,et al.Progress of research and appli- model research for the improvement of continuous casting slab tem- cation of wheel steel for high speed train.Res fron Steel,2005,33 perature.IS//Int,2005,45(9):1291 (3):53 [7]Xue Z L,Li Z B,Zhang J W.Centerline segregation in continu- (崔银会，张建平，苏航，等.高速列车车轮用钢研究和应用的 ous cast high-carbon steel billet.Steelmaking,2000,16(1):56 进展.钢铁研究，2005,33(3)：53) (薛正良，李正邦，张家雯.高碳钢连铸方坯中心偏析.炼钢， Su S H.Jiang B.Production technology development of high-qual- 2000,16(1):56) ity wheels of Ma-Steel.Raihe Purch Logist,2008,3(2):32 8] Wu Y G,Wang G C,Liu J K,et al.Practice on the revamp of (苏世怀，江波.马钢高质量车轮生产技术开发.铁路采购与 secondary cooling zone of heavy round bloom continuous caster. 物流，2008,3(2)：32) Steelmaking,2010,26(1):66 3]Yang J,Wang X H,Wang W J,et al.Transformation of non-met- (吴耀光，汪国才，刘建坤，等.大圆坯连铸机二冷段改造实 al inclusions in ultra-ow oxygen wheel steel during refining 践.炼钢，2010,26(1)：66) process.J Univ Sci Technol Beijing,2010,32(7):860 Choudhary S K.Ganguly S.Morphology and segregation in contin- (杨俊，王新华，王万军，等.超低氧车轮钢精炼过程非金属夹 uously cast high carbon steel billets.IS//Int,2007,47 (12) 杂物的转变.北京科技大学学报，2010,32(7)：860) 1759 4]Liu Y,Wang X H.Effect of electromagnetic stirring at secondary [10]Li Y L.Solidification Process and Unbending Deformation of Con- cooling area on central segregation of a continuously cast slab.J tinuous Casting Round Bloom [Dissertation].Beijing:University Univ Sci Technol Beijing,2007,27(6):582 of Science and Technology Beijing,2005:104 (刘洋，王新华.二冷区电磁搅拌对连铸板坯中心偏析的影 (李永林.大断面连铸圆坯的凝固过程及矫直变形研究[学 响.北京科技大学学报，2007,27(6)：582) 位论文].北京：北京科技大学，2005：104)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 大了生产成本． 综上所述，就马钢现行的设备水平 而言，全水冷却方式更适合高品质低成本车轮钢的 生产． 参 考 文 献 ［1］ Cui Y H，Zhang J P，Su H，et al． Progress of research and appli￾cation of wheel steel for high speed train． Res Iron Steel，2005，33 ( 3) : 53 ( 崔银会，张建平，苏航，等． 高速列车车轮用钢研究和应用的 进展． 钢铁研究，2005，33( 3) : 53) ［2］ Su S H，Jiang B． Production technology development of high-qual￾ity wheels of Ma-Steel． Railw Purch Logist，2008，3( 2) : 32 ( 苏世怀，江波． 马钢高质量车轮生产技术开发． 铁路采购与 物流，2008，3( 2) : 32) ［3］ Yang J，Wang X H，Wang W J，et al． Transformation of non-met￾al inclusions in ultra-low oxygen wheel steel during refining process． J Univ Sci Technol Beijing，2010，32( 7) : 860 ( 杨俊，王新华，王万军，等． 超低氧车轮钢精炼过程非金属夹 杂物的转变． 北京科技大学学报，2010，32( 7) : 860) ［4］ Liu Y，Wang X H． Effect of electromagnetic stirring at secondary cooling area on central segregation of a continuously cast slab． J Univ Sci Technol Beijing，2007，27( 6) : 582 ( 刘洋，王新华． 二冷区电磁搅拌对连铸板坯中心偏析的影 响． 北京科技大学学报，2007，27( 6) : 582) ［5］ Feng J，Chen W Q． Effect of high secondary cooling intensity on solidification structure and center carbon segregation of high carbon steel billet． Spec Steel，2006，27( 4) : 42 ( 冯军，陈伟庆． 高强度二冷对高碳钢小方坯凝固组织和中心 碳偏析的影响． 特殊钢，2006，27( 4) : 42) ［6］ Wang H M，Li G R，Lei Y C，et al． Mathematical heat transfer model research for the improvement of continuous casting slab tem￾perature． ISIJ Int，2005，45( 9) : 1291 ［7］ Xue Z L，Li Z B，Zhang J W． Centerline segregation in continu￾ous cast high-carbon steel billet． Steelmaking，2000，16( 1) : 56 ( 薛正良，李正邦，张家雯． 高碳钢连铸方坯中心偏析． 炼钢， 2000，16( 1) : 56) ［8］ Wu Y G，Wang G C，Liu J K，et al． Practice on the revamp of secondary cooling zone of heavy round bloom continuous caster． Steelmaking，2010，26( 1) : 66 ( 吴耀光，汪国才，刘建坤，等． 大圆坯连铸机二冷段改造实 践． 炼钢，2010，26( 1) : 66) ［9］ Choudhary S K，Ganguly S． Morphology and segregation in contin￾uously cast high carbon steel billets． ISIJ Int，2007，47 ( 12 ) : 1759 ［10］ Li Y L． Solidification Process and Unbending Deformation of Con￾tinuous Casting Round Bloom［Dissertation］． Beijing: University of Science and Technology Beijing，2005: 104 ( 李永林． 大断面连铸圆坯的凝固过程及矫直变形研究［学 位论文］． 北京: 北京科技大学，2005: 104) ·282·