连铸圆管坯轧管内折成因分析

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.05.013 第24卷第5期 北京科技大学学报 Vol.24 No.5 2002年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2002 连铸圆管坯轧管内折成因分析 刘靖” 付晨光”朱景清)周彩红) 陈卫清 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)包钢钢铁公司无缝钢管厂，包头014010 摘要针对包钢连铸圆管坯热轧无缝钢管产生大量内折缺陷这一问题，主要从铸坯质量人 手，运用逐步回归方法，分析了形成内折的主要原因.研究结果表明，钢水精炼成分M]S]过 低，浇注过热度△1以及与其匹配的拉坯速度v过高是造成铸坯质量的主要原因，为提高产品质 量提供了参考依据 关键词钢管；内折；连铸圆管坯 分类号TG335.71 包钢自产的连铸圆管坯在试拉坯期间所生 建立它们对内折率影响的数学模型，找出影响 产的钢管表面质量良好，基本上消除了以往采 内折的主要因素 用轧坯时产生的钢质外折、发纹缺陷、内折缺陷 等，但正式拉坯后，发现部分钢号有内折产生， 2钢管内折成因的逐步回归分析 内折的形成主要有两方面的原因：连铸圆管坯 2.1连铸工艺参数对内折影响的逐步回归分析 质量（内因）和轧管工艺制度（外因）.国外的研究 连俦工艺参数△t,V,Q直接影响连铸圆管 资料表明"，在采用连铸坯轧管时，如果能得到无 坯的内部组织结构，尤其是柱状晶区的厚度和 内折、无内外表面裂纹、无分层等缺陷的毛管， 形态，而结晶状态又是决定连铸圆管坯自然塑 在一般情况下就能生产出合格的成品管.因此， 性的一个主要因素.因此，需要建立△，v,Q与 冶炼连铸工艺是生产合格钢管的关键 柱状晶形态，以及△：，v,?,柱状晶形态与内折 1冶炼连铸工艺对内折缺陷的影响 的回归方程 值得指出的是，包头地区冬、夏的天气气温 一般来说，塑性指标越低的管坯，其穿孔性 相差很大，二冷水的水温相差也很大.虽然二冷 能也越差，即越易产生穿孔时的中心开裂，导致 比水量？是影响结晶状态的重要原因，但是至 钢管内折的形成.管坯的冶炼、连铸是一个复 今为止包钢在生产中2值一直固定不变，因此 杂的物理化学、热量传递过程，因此对内折的影 本文用于回归的24炉中180mm20钢连铸圆管 响也较复杂. 坯连铸参数中只有△1，v为自变量，对应的因变 管坯钢在冶炼过程中的化学成分C,Si,Mn, 量为柱状晶形态以及无缝管内折率.定义柱状 R,S等含量以及它们的相互关系，如Mn/S,P+S 晶形态级别的GSN值如表1所示 的控制等都直接影响管坯的塑性.连铸过程中 表1柱状晶形态级别(GSN)判别表 钢水的过热度△，拉坯速度v,二冷比水量Q等 Table 1 Judgement of grain size number(GSN) 参数的选取直接决定管坯的组织结构，从而影 低倍工程室评价定性)好较好较粗大粗大极粗大 响管坯的塑性.同时，治炼和连铸工艺参数对管 量化级别GSN(级)12345 坯的影响不是独立的.也就是，冶炼提供成分稳 定、纯净的钢水，连铸参数选定不合理，也会造 (I)变量的选取.鉴于△1，v对内折影响的未 成管坯组织出现疏松等降低管坯塑性的缺陷， 知性及△1，v之间的交互性，本文在选取自变量 反之亦然.因此笔者在收集了大量产生内折期 △1和v的基础上，将它们的3次项以及各阶乘 间的冶炼、连铸参数，采用逐步回归分析方法， 积项作为回归模型的新自变量 收稿日期200106-14刘靖女，36岁，硕士 令-0名=出方=，名-出=%

第 卷 第 期 2 4 5 0 0 年 0 月 2 2 1 北 京 科 技 大 学 学 报 O J n r u a l o n v f U i r s e t i y o f S e i n n e e e a d e T n o o e l h g y B e j i i n g l d V . o 2 4 N . 5 C t O . 0 0 2 2 连铸圆管坯轧管 内折成 因分析 刘 靖 ” 付晨光 ” 朱景 清 ` , 周彩 红 ” 陈卫清 2 , l) 北京科技大学材料科学与工程学 院 , 北京 10 0 0 83 2) 包钢钢铁公司无缝钢管厂 , 包头 01 4 01 0 摘 要 针 对包钢 连铸圆管坯热 轧无缝 钢管 产生 大量 内折缺陷这 一 问题 , 主要 从铸 坯质 量人 手 , 运 用逐 步 回归方法 , 分析 了形 成 内折 的主要 原因 . 研究结 果 表明 , 钢 水精 炼成分 [M n l[/ s1 过 低 , 浇注 过热度 △t 以及 与其匹配 的拉 坯速 度 v 过高是 造成铸坯质量 的主要 原因 , 为提高产 品质 量提供 了参考依据 . 关键 词 钢管 ; 内折 ; 连 铸圆管坯 分 类号 T G 3 3 5 . 7 1 包钢 自产 的连铸 圆管坯在试拉坯期 间所生 产的钢管表面质量 良好 , 基本上 消除了 以往采 用轧坯时产生 的钢质外折 、 发纹缺陷 、 内折缺 陷 等 , 但正式 拉坯后 , 发现部分 钢号有 内折产 生 . 内折 的形成 主要 有两方面 的原 因 : 连铸 圆管坯 质量( 内因 )和轧 管工艺制度 (外 因) . 国外 的研究 资料表明 L, ],在采用 连铸坯轧管时 ,如果能得 到无 内折 、 无 内外表面裂纹 、 无 分层等缺陷 的毛 管 , 在一般情 况下就能生产 出合格的成 品管 . 因此 , 冶炼连铸 工艺是生产合格钢管 的关键 . 建立 它们对 内折率影 响的数学模型 , 找 出影响 内折的主要 因素 . 1 冶炼连铸工艺对 内折缺陷的影响 一般来说 , 塑性指标越低 的管坯 , 其穿孔 性 能也越差 , 即越易产生穿孔 时的中心 开裂 , 导致 钢管 内折 的 形成 `2] . 管坯 的 冶炼 、 连铸是一 个复 杂 的物理化学 、 热量传递过程 , 因此对 内折的 影 响也较 复杂 . 管坯钢 在冶炼过程 中的化学 成分 C , iS , M n, P, S等含量 以及 它们 的相互关 系 , 如 M 可S , P 十 S 的控 制等都直接影 响管坯 的塑 性 . 连铸 过程 中 钢水 的过热度 △t , 拉坯速度 v , 二冷 比水量 Q 等 参数 的 选取直接决定管坯 的 组织结构 , 从而影 响管坯 的塑 性 . 同时 , 冶炼和 连铸 工艺参数对管 坯的影 响不是独立的 . 也就是 , 冶炼提供成分稳 定 、 纯净 的钢水 , 连铸参数选定不合 理 , 也会造 成管坯组织 出现疏松 等降低管坯塑 性的 缺 陷 , 反之亦然 . 因此笔者在收集 了 大量产生 内折期 间 的冶炼 、 连铸 参数 , 采用 逐步 回归分析方法 , 收稿 日期 2 0 01 一卜14 刘靖 女 , 36 岁 , 硕 士 2 钢管内折成 因的逐步回归分析 2 . 1 连铸工 艺参数对 内折影响的逐步回归分析 连铸工艺参数 tA , v , Q 直接影响连铸 圆管 坯 的内部组织结 构 , 尤其是 柱状晶 区 的厚度 和 形态 , 而结晶状态又 是决定 连铸 圆管坯 自然 塑 性 的一个主 要 因素 . 因此 , 需要 建立 △t , v , Q 与 柱状 晶形态 , 以及 △t , v , Q , 柱状 晶形态 与内折 的 回归方程 . 值得指出 的是 , 包头地 区冬 、 夏的 天气气 温 相差很大 , 二冷水 的水温相差也很大 . 虽 然二冷 比水量 Q 是影 响结 晶状态 的重要 原因 , 但 是至 今 为止包 钢在生产 中 Q 值一直 固 定不变 , 因此 本文用 于 回归 的 2 4 炉拟 80 ~ 20 # 钢连铸 圆 管 坯连铸参数 中只 有 △t , v 为 自变量 , 对应 的 因变 量 为柱状 晶形态 以及无缝 管 内折率 . 定义柱状 晶形 态级别 的 G SN 值如表 1 所示 . 表 1 柱 状 晶形态 级别 (G S哪判 别表 aT b le 1 J u d g e m e n t o f g r a i n s 七 e n u m b e r (G S哟 低倍工程室评价 ( 定性 ) 好 较好 较粗大 粗大 极粗大 量化级别 G SN ( 级 ) 1 2 3 4 5 ( l) 变量 的选 取 . 鉴 于 △t , v 对 内折影 响的未 知性及 △t , v 之 间的交互性 , 本文在选取 自变量 △t 和 v 的基 础 上 , 将 它们 的 3 次项 以及各 阶乘 积项作为 回归模 型 的 新 自变量 . 令 x , 二 △尸 10 0 ’ 从 二 △t , 与 二 护 , 从 = △t, 与 = v, DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 05. 013

534· 北京科技大学学报 2002年第5期 △v x=100,x=AW,x=1000=. 2=-19.08+9.89x10 (6y=13.25) (2) 因变量分别取y=柱状晶GSN值，=N(W %=-0.23+0.71x1o (⑧y=0.85) (3) 为钢管内折率，%)和=lnN.当因变量取y和y 8y为剩余标准差. 时，成为自变量xo 将上述回归方程中的工艺因素代入相应的 (2)回归方程的建立.采用逐步回归方法时， 自变量，对因变量反变换后得到以下回归方程： 把决定引入与剔除变量的显著性检验F检验表 GS=449-07AM-01402Av 值F,与F,定为常数.估计最终将引入回归方程 (⑧y=0.76) (4) 的自变量个数m至少有1个，观察数据数n=24, N=-19.08+9.89GSN(⑥y=13.25) (5) 取置信度a=0.1,则自由度f=m=1,=n- =e-0230.71GSN (⑥y=0.85) (6) m-1=24-1-1=22(剔除)，查得F02=2.95,故取 (3)回归结果分析.回归方程式(5)的y远大 F,=F2=2.95.回归采用计算程序，在计算机上 于方程式(6)的⊙y值，应剔除方程式(5).关于柱 运行，可得到y,和的回归方程. 状晶形态和钢管内折率的回归结果如表2所示. ,=4.49-0.07x4-0.01x6+0.02x2(⑧y=0.76)(1) 由表中可以看出：①计算出的复相关系数 表2柱状晶形态和钢管内折的回归结果 Table 2 Regressing results of GSN and ISF 因变量 回归式 被引人自 标准回归系数复相关系数” 显著性显著性 变量 检验F检验a 剩余标准差 b4=-0.44 0.440.34)5.192.9)0.1 6y=0.84 ,-4.49-0.07x4-0.01x+0.02x2 GSN y,△t b6=-0.37 0.55(0.35) 4.542.9)0.1 6y-0.8 6y=0.76a=0.05 b,=0.06 0.63(0.36 3.17(2.9)0.1 6y-0.76 片=-0.230.71x10 13.33 N GSN bi1-0.69 0.62(0.34) 0.1 6y=0.85a=0.05 (2.95) 6y-0.85 r与F统计量均大于查得的界限值（表中括号内 管内折缺陷的数学模型 的值)，每引进一个自变量均有r值增大，⊙y值 (1)量的选取.钢水的化学成分包括C,S1, 减小，所以回归方程是显著的，置信水平为 Mn,卫，S等，它们对钢质的影响不是孤立的，也 95%,此时进入回归方程的变量△L,篇△v对 就是说在冶炼过程中化学成分对铸坯质量的影 柱状晶形态有显著影响，进入回归方程y的变 响非常复杂，在建立它们之间的近似数学模型 量柱状晶级值对内折的形成有显著影响，而未 时，要将化学成分的组合作为新变量引入.考虑 进人回归方程的变量对柱状晶形态和内折形成 到近似模型的简化，△1和v不作组合引入.内折 影响不显著.②回归式中自变量x,x,2所对应 率lnW作为因变量. 的标准回归系数b>b>b,此时说明影响柱 令x1=[C],x2=[Sil,x3=[Mm],x4=[P],x=[S], 状品形态的主次原因排列为△篇>4咖③回 x6=[Mn/[S],x,=P+S],x=Mn]/[S],x,=[Mn]/IC] xo=[Mn]/[Si],x=[C]/[S],x2=[C]/[P],x=△t,x4= 归式中只有一个自变量，说明柱状晶的级值是 v,y3=InN. 引起钢管内折的主要原因.④两个回归式中复 (2)近似模型的建立.取置信度a=0.1,估 相关系数r与F统计量较小，剩余标准差y值 计最终将引入回归方程的自变量个数m至少有 较大，这与变量选择中未包括二冷比水量Q有 1个，则自由度f=m=1,=n-m-1=150-1-1= 直接关系 148,查得F1s=2.75,故取F=F2=2.75. 2.2冶炼、连铸工艺对内折综合影响的逐步回归 经回归计算，可得到的回归方程： 分析 y=-10.30-0.01x+0.09x1+4.40x4(⑥y-0.81)(7) 铸坯的组织形态决定其自然塑性，同时铸 变量回代后，最终的回归方程为： 坯的化学成分也直接影响到塑性.为了找出影 N=e1030-0o1MMs009aH4o(6y=7.66) (8) 响的主要原因，在发生缺陷最严重时期跟踪了 (3)回归结果分析.回归结果如表3.由表中 150炉钢水的化学成分、连铸控制参数及其轧 可以看出：①计算出的复相关系数r与F统计 管质量情况，并利用逐步回归方法建立影响钢 量均大于查得的界限值（表中括号内的值），每

北 京 科 技 大 学 学 报 2 020 年 第 5 期 △尸v 10 0 , x 7 二 △夕 , 瓜 = 护 1 0 0 0 , 局 = 护 因变量分 别取 yl 二柱状 晶 G SN 值 , 外 = N 少 为钢 管 内折率 , % )和 只= 】n .N 当因变量取外 和 必 时 , y : 成为 自变量 xl .o (2 ) 回归方程的建立 . 采用逐步 回归方法时 , 把 决定引人与剔除变量 的显著性检验F 检验表 值 名 与 凡 定为常数 . 估计最终将引人回 归方程 的 自变量个数 m 至少有 1个 , 观察数据数 n = 24 , 取 置信 度 a = 0 . 1 , 则 自由度厂 = m 二 1 不 = n 一 m 一 1 = 2 4 一 1 一 1 = 2 2 (剔 除) , 查得几尹二 .2 95 , 故取 F t = 凡 二 2 . 95 . 回 归采用 计算程序 , 在计算机上 运 行 , 可 得到 y l , y Z 和 只的回归 方程 . 夕 , = 4 . 4 9 一 0 . o .x7 一 o . 0 1 ’+x 0 . 0 x2 2 (勿 = O , 7 6 ) ( l ) 灸= 一 19 . 0 8 + 9 . 8 9x : 。 (砂 = 1 3 . 2 5 ) ( 2 ) 灸一0 . 2 3 + o . 7 l x , 。 (砂 = 0 . 8 5 ) ( 3 ) 妙 为剩余标准差 . 将上述 回归方程中的工艺 因素代人 相应 的 自变量 , 对 因变量反变换后得到 以下 回归方程 : ~ ~ 。 二 . 。 。 八 ~ ` 。 。 , △产v . 。 。 、 ` . 廿万凶 = 件 . 件 , 一 U . U I八 t 一 U . U I ~ 二只 二 十 U . U乙凸 t V I U U (妙 = 0 . 7 6 ) ( 4 ) N = 一 19 . 0 8 + 9 . 8 9 G SN (砂 = 1 3 . 2 5 ) ( 5 ) 介一 e 一 。 2 , ” , , ` (妙一 0 . 5 5 ) ( 6 ) (3 )回归结果分析 . 回归方程式( 5 )的 砂远 大 于方程 式 ( 6) 的砂 值 , 应剔 除方程式 (5 ) . 关于柱 状 晶形态和钢管内折率 的回归结果如表 2 所示 . 由表 中可 以看 出 : ① 计 算 出的复相 关系数 表 2 柱状 晶形态 和钢 管 内折 的 回 归结果 aT b l e 2 eR g er s s i n g er s u it s o f G S N a n d I S F 因变量 回归式 被 引人 自 变量 标 准回归系数 复相关系数 r 显著性 检验尸 显著性 检验 a 剩余标准差 … 00 G SN 丸=4 .4 9 一 .0 0 .x7 一 .0 O lx6 +0 . O xzZ 匀片 0 . 7 6 a = 0 . 0 5 b卜一 0 . 4 4 b云= 一 0 . 3 7 b玉= 0 . 0 6 0 . 4 4 ( 0 . 34 ) 0 · 5 5 (0 · 35) 0 . 6 3 ( 0 3 6 ) 外 = 一 0 · 2 3 + o · 7 l x , o 匀片 0 . 8 5 a = 0 . 0 5 b ; 。 = 0 . 6 9 0 · 6 2 ( 0 · 3 4 ) 5 . 1 9 ( 2 . 9 ) 4 . 54 ( 2 . 9) 3 . 1 7 ( 2 . 9 ) 1 3 . 3 3 ( 2 . 9 5 ) 匀片0 . 8 4 匀户.0 8 影` 0 · 7 6 0 . 1 匀` 二 0 · 8 5 从G八别盯N ; 与 F 统计量均大于查得的界 限值 (表 中括号 内 的值 ) , 每 引进一个 自变量均有 : 值增大 , 砂 值 减 小 , 所 以 回 归方程 是 显著 的 , 置信水 平 为 。 , 。 , _ , 卜 二 _ 、 ` 、 ~ 。 一 , 。 , ~ 一 。 ` △产 ` _ , 95 % . 此时进人 回归方程 夕 : 的变量△t , . 荞沃 , △vt 对 一 ” ` ~ ” J ~ / 、 ~ ~ 刀 ` 汗 了 ’ “ 子 ~ ~ 一” 10 0 ’ ~ ’ 甲 ` ’ J 柱状 晶形态有显著影 响 , 进人 回归方程 外 的变 量柱状 晶级值对 内折 的形成有显 著影响 · , 而未 进人 回归方程的变量对柱状 晶形态和 内折形成 影 响不显著 . ② 回 归式 中 自变量 从 , 丸 , 为 所对应 的标准 回 归系数 囚 } > }民} > }民 } , 此时说 明影 响柱 状 晶形态 的 主 次原 因排列为 州斋枯vt . ③ 回 归 式 中只 有一个 自变量 , 说 明柱状 晶的级值是 引起 钢管 内折 的主 要 原 因 . ④两个 回归式 中复 相关 系数 ; 与 F 统 计量较小 , 剩余标 准差 妙值 较大 , 这与变量选择 中未包 括二冷 比水量 Q有 直接关 系 . .2 2 冶炼 、 连铸工艺对 内折综合影响 的逐 步回归 分析 铸坯 的组 织形态决定其 自然塑 性 , 同时铸 坯 的化学成 分也直接影 响到塑性 . 为 了找 出影 响的主要原 因 , 在 发生缺陷最严重时期跟踪 了 150 炉 钢水的化学成分 、 连铸控制参数及其轧 管质量情况 , 并利 用逐 步 回归方法建立影 响钢 管 内折缺陷 的数学模 型 . ( l) 量 的选取 . 钢水 的化学成 分包括 C , is, M n , P, S 等 , 它们对钢质 的影 响不是孤立 的 , 也 就是说在 冶炼过程 中化学成 分对铸坯质量 的影 响非常复杂 , 在 建立它们之 间的近似数学模型 时 , 要将化学成分的组合作为新变量引入 . 考虑 到近 似模型 的简化 , △t 和 v 不 作组合引人 . 内折 率 I n N 作为因 变量 . 令 x , = [C ] , x Z = [ 5 1] , x , = 【M五〕 , 为 = [P ] , 肠 = [ S ] , x 6 = 〔M n ] / [ S ] , x 7 二 [P+ S ] , x 。 = [M n ] / [ S ] , x , = 仁M n 」/ [C ] x 10= [M n ] / [ 5 1」 , x l l“ [C ] / [ S〕 , x l Z= [C 」/ [P ] , x 13绝t , x l 4 = v , 乃 = 】刀刀 ; ( 2 )近似模 型 ” 的建立 . 取置信度 a = 0 . 1 , 估 计 最终将引人 回归方程 的 自变量 个数 m 至少有 1 个 , 则 自由度厂=m =l , 关=n 一 m 一 卜1 5 0 一 1一 卜 14 8 , 查得月了48 = .2 75 , 故 取 只= 凡 砚 . 75 . 经 回归计算 , 可得到 y , 的 回归方程 : 灸= 一 0 . 3 0 一 o . o l x : + 0 . 0弧 13科 . 4 x0 l 4 (匀 产旬 . 5 1) ( 7 ) 变量 回代后 , 最终 的回 归方程为 : 介一 。 一 ,。 , 。一 。力 ,〔 “ s〕+0 · o09b 加 · (=5y 7 . 6 6 ) ( s ) (3 )回归 结果分析 . 回归结果如表 3 . 由表 中 可 以看 出 : ① 计算 出的复相关 系数 ; 与 F 统计 量均大 于查得 的界限值 (表 中括号 内的值 ) , 每

Vol.24 刘靖等：连铸圆管坯轧管内折成因分析 ·535· 表3冶治炼、连铸参数与轧管内折的回归结果 Table 3 Regressing results of the parameters of metallurgy,CC and ISF 因变量 显著性 显著性剩余标 回归式 被引入自变量标准回归系数复相关系数“ 检验F 检验a准差 b4=0.43 0.43(0.12)32.67(2.5)0.18y=1.01 =-10.30-0.001x+0.09xu+4.40x4 N v,△t,Mn]/TS] b=0.40 0.62(0.13)48.94(2.75)0.18=0.88 6y-0.81a-0.05 b=-0.380.690.14)25.55(2.75)0.1y=0.81 引进一个自变量均有r值增大，y减小，所以在 坯凝固层厚度薄，坯壳内未凝固水温度还很高， 置信水平95%以内，回归方程是显著的.②回归 阻碍晶核产生，使靠近液相的小晶粒有充分的 式为中自变量y,△，[Mn][S]所对应的标准回归 机会以枝晶的形式伸向液相中而成长，造成铸 系数bd>b>b,说明此时影响无缝管内折 坯柱状晶粗大，甚至形成穿晶组织，降低坯料的 形成的主次原因排列为v>△t>[Mn]/[S]. 塑性，在穿无缝管时容易产生开裂.将v=1.34, (4)自变量，△1，Mm]/[S]对因变量内折的影 △i=38代入回归方程9)，得N与Mn]/[S]之间的 响.回归方程包括三个自变量，为了进一步分析 关系式： 各自变量对内折的影响，采用了单因素分析法 N-e3.05-001[Mnyts] (11) 将实测数据[Mn]/IS]及△t的平均值Mn/IS= 图3显示的是式中N与[Mn]/[S]的关系曲 58.78,△t-38代入原回归方程式(8)中，得N与v 线，可以看出随着的增加[Mn][S],内折废品率 之间的关系式： 逐渐减小，这主要是由于硫很少固溶于铁中，在 N=e-87440v (9) 钢中常和其他元素组成硫化物并相互组成共 图1显示的是式中v与N的关系曲线.由图 晶，且熔点很低（约900℃左右.这些硫化物及 可见，铸坯拉速越大，钢管内折产生也越多，尤 其拉速在2.5~3.0m/s之间，它们的关系近似垂 21 直线，只要v稍有增加，N显著增加.主要原因在 18 于拉速快，柱状晶发达，造成俦坯塑性降低，轧 管穿孔时开裂.将MnS=58.78,=2.34,代人 12 回归方程式(9)，则N与△1之间的关系式为： 9 N=e-082-0.0x4r (10) 6 图2显示的是式(10)中△1与N的关系曲线. 可以看出随着过热度的提高，无缝管的内折废 0102030 4050 品率增加.过热度是指浇注钢水温度超过所浇 △t 钢种液相线温度.钢水注入结晶器受到激冷，形 图2连铸圆管坯过热度与无缝管内折关系曲线 核张大，形成初生坯壳.如果浇注温度过高，钢 Fig.2 Relation between the level of casting overheated 水向结晶器壁传出热量大，使传热速度降低，铸 and ISF 21 品 e 18 15 15 9 9 6 6 3 10 2030405060708090 00.51.01.52.02.53.0 v/m.s- [MnMS] 图1连铸圆管还拉速与无缝管内折关系曲线 图3连铸圆管坯与钢管内折关系曲线 Fig.1 Relation between pulling velocity of CCTR and ISF Fig.3 Relation between [Mn]/[S]of CCTR and ISF

刘 靖等 : 连铸 圆管 坯轧 管 内折成 因 分析 . 53 5 . 表 3 冶炼 、 连铸 参数 与 轧管 内折 的回 归 结果 Ta b l e 3 R e g re s s i n g r e s u l t s 0 f t h e P a ra m e t e r s 0 f m e t a ll u r gy, C C a n d I S F 因变量 回归式 被引人 自变量 标准 回归系数 复相关 系数 ; 显著性 显著性 剩余标 检验尸 检验 a 准差 每巴 1 . 0 1 孙巴 0 . 8 8 匀厂 0 . 8 1 旧 1 旧勺二. . … 曰“ n 0 夕一 1 0 . 3 0一 0 . 0 0 1石+ 0 . 0矢 13 + 4 . 4 x0 : : 挥 匀二 0 . 8 1 a = 0 . 0 5 v ,△人[M n』/ [ S ] b . ; ” 0 . 4 3 b , , 二0 . 4 0 b; = 一 0 . 3 8 0 . 4 3 ( 0 . 12 ) 0 . 6 2 ( 0 . 1 3 ) 0 . 69 ( 0 . 14 ) 3 2 . 6 7 ( 2 . 5 ) 4 8 . 9 4 ( 2 . 7 5 ) 2 5 . 5 5 ( 2 · 7 5 ) 坯凝 固层厚度 薄 , 坯壳 内未凝 固水温度还很高 , 阻碍 晶核 产生 , 使靠 近液相 的小 晶粒 有充分 的 机会 以枝 晶的形式伸 向液相 中而成长 , 造成铸 坯柱状 晶粗大 , 甚至形成穿 晶组织 , 降低坯料 的 塑性 , 在 穿无缝管 时容 易产生开裂 . 将丽二 1 . 34 , △t = 38 代人 回 归方程 (9) , 得 N 与【M n 卫〔1S 之 间的 关 系式 : N = e , 。, 一。 0 , 〔M n〕` { s 〕 ( 1 1) 图 3 显示 的是 式 中 N 与 【M n] /〔S] 的关 系曲 线 , 可 以看 出 随着 的增加 [M n] /ts] , 内折废 品 率 逐渐减小 , 这主 要是 由于硫很少 固溶 于铁 中 , 在 钢 中常 和其他 元 素组 成硫 化物 并相 互组 成 共 晶 , 且熔点很低 (约 9 0 ℃ 左右 洲 . 这些硫化物及 I 八ùC亡,JO/ ,ù .通. 里 z 仍弥之 引进一个 自变量均有 : 值增大 , 砂 减小 , 所 以 在 置信水平 95 % 以 内 , 回归 方程是显著 的 . ②回 归 式 夕 , 中 自变量 v , △t , [M n 〕/仁S] 所对应 的标准 回 归 系数 }坑卜困 3卜}川 , 说 明此 时影 响无缝管 内折 形成 的主 次原 因排列 为 v > △t >[ M n 」/「5] . ( 4 ) 自变量 v , △t , 【M n 」/「5 1对 因变量 内折 的影 响 . 回归方程包括三个 自变量 , 为 了进一步分析 各 自变量对 内折的影响 , 采用 了单 因素分析法 . 将 实测 数 据 【M n 〕[/ S] 及 △t 的平 均 值 〔M n 」[/ s] 二 58 . 78 , △t = 3 8 代 人原 回归方程式 (8) 中 , 得N 与 v 之间 的关 系式 : N = e 一 吕。 7 + ` 40 “ ( 9 ) 图 1显示 的是式 中 v 与 N 的关 系曲线 . 由图 可 见 , 铸坯 拉速越大 , 钢 管 内折产生也越 多 , 尤 其拉速在 2 . 5一 3 . 0 耐 s 之间 , 它们 的关 系近似垂 直线 , 只要 v 稍有增加 ,刃显 著增加 . 主要原 因在 于拉速快 , 柱状 晶发达 , 造成铸坯塑 性 降低 , 轧 管穿孔 时开裂 . 将丽顽厕= 5 8 . 78 , 、 一 2 . 34 , 代人 回 归方 程式 (9) , 则N 与 △t 之间 的关 系式 为 : N = e 一 0名 ,+0 o吕山 ( 10 ) 图 2 显示的 是式 ( 1 0) 中△t 与 N 的关 系曲线 . 可 以 看 出随着过热度 的提高 , 无 缝管 的 内折废 品 率增加 . 过 热度是指浇注钢水 温度超过所 浇 钢种液相线温度 . 钢水注人结 晶器受到激冷 , 形 核张大 , 形 成初 生坯壳 . 如 果浇注温度过 高 , 钢 水 向结晶器壁传 出热量大 , 使传热速度 降低 , 铸 0 10 2 0 3 0 4 0 5 0 △ t 图 2 连铸 圆 管坯 过热 度与 无缝管 内折 关 系 曲线 F i g . 2 R e la it o n b e wt e e n t h e lve e l o f c a s it n g vo e r h e a t e d a n d I S F 2 l l 8 尸JZ 乙C,O 瞬笋芝 2 1 l 8 尸、 ù`, 酥乏 F ig . 1 3 卜 了 { 0 } 二 了尸厂 ! ! l 0 0 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 v / m · s 一 , 图 1 连铸圆管坯 拉速 与无 缝管内折关 系 曲线 R e l a t io n b e wt e e n P u l li n g v e l o e i yt o f C C T R a n d I S F 0 1 一一一一 一一一 = 一一一习 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 [M h l/ [ S ] 图 3 连铸 圆管坯 与钢 管 内折关 系 曲线 F ig . 3 R e l a t i o n b e wt e e n IM n 】/【S ] o f C C T R a n d I S F

-536· 北京科技大学学报 2002年第5期 其共晶通常分布于晶界上，当其温度达到熔点 晶的长大，使得同体积铸坯中晶界总面积减小， 时，它们就熔化而成液相，熔点较高（约1600℃ 而硫化物以及其他夹杂物通常偏聚在晶界及其 左右)，锰和硫有较强的亲和力，而且通常它们 附近区域，这样就使低熔点物质在铸坯中分布 以球形夹杂物的形态分布于晶内.如果Mn]含 比较集中，大大降低了铸坯的高温塑性.在变形 量少或[S]含量多，剩余的[S]就以其他形式出现 过程中，在同样的外力作用下，晶粒越大，晶界 在品界，降低了铸坯的塑性 处的应力集中就越大倒，这样就构成了在金属塑 (⑤)二冷比水量对内折的影响.根据连续铸 性最薄弱处施加了最大的应力，迫使其开裂，这 钢理论，在连铸过程中，根据钢水温度来控制拉 就是穿轧无缝管时内折产生的主要原因. 速，选定拉速后调整二冷比水量大小.包钢连铸 二冷比水量在调试期间已根据拉速的选择而被 3结论 相对固定.但对于铸坯的冷却，即二冷带走铸坯 本文用逐步回归分析法分析了包钢治炼、 的热流不仅与冷却水量有关，还与冷却水的温 连铸生产中各主要因素对包钢无缝管产生内折 度有关，表达式为： 的影响，并建立了这些模型.该模型还可以作为 φ=AW(T,-T) (12) 预报模型，即根据各工艺因素的实测值，预测对 式中，中为二冷带走的热流；W为水流密度；T,为 应的事件（柱状晶形态、内折）发生的可能性. 俦坯表面温度；T为冷却水温度；A,n为常数. 从式(12)看出，在其他值相同时，水温越低， 参考文献 带走铸坯的热流越多，与增加水量等效，使铸坯 1王壮明编译.热轧钢管的质量M).北京：治金工业出 表面温度降低，固相的温度梯度大，有利于柱状 版社，1987 晶的形成可.包钢连铸调试期间是8月份，气温 2杨觉先.金属塑性变形物理基础M北京：冶金工业 出版社，1988 较高，水温也较高；而出现内折较多的时期是冬 3[美国]约翰·内特.应用线形回归模型M北京：中 季，水温较低，调试期固定的拉速与水量之间的 国统计出版社，1993 关系不适合冬季生产 4苏留记，王泽民，黄华，连铸圆管坯热裂纹与包晶点 从回归模型分析看出，△1升高，内折率也随 的关系[).钢管，1998(1)：12 之升高，没有发挥出△t高时降低v而使得铸坯 5陈维津，朱景清，郭兆成，等连铸圆管坯质量的研究 [J.钢管，1997(5)：1 的柱状晶细小、内折下降的作用；也没有发挥出 6杨节.轧制过程数学模型M.北京：冶金工业出版 v高时降低△t而使得铸坯细小、内折下降的作 社，1993 用.说明在二冷水温低的情况下过热度与拉速 7杜峰，唐晓燕，连铸圆坯的质量及改善措施[)上海金 不匹配，在过热度一定前提下，拉速选择过高. 属，1998(5)：23 综合上述的分析，过热度、拉速和二冷比水 8郭进义，成永久，毛新钢.连铸工艺对20钢连铸管坯 量的提高以及它们的匹配不当，都有利于柱状 轧制无缝管产生内折的影响包钢科技，1998(4)：73 Internal Surface Folding Analysis of Continuous Casting Tube Rounds LIU Jing.FU Chenguang",ZHU Jingging,ZHOU Caihong,CHEN Weiqin 1)Material Science School and Engineering,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Seamless Tube Division,Baotou Iron and Stecl Co.Baotou 014040,China ABSTRACT During the hot rolling of seamless steel tubes,internal surface folding (ISF)is frequently for- med in Baotou Iron Steel Co.The main factors,which caused the ISF,are analyzed using the method of step regression.Results show that the lower value of [Mn]/[S],the higher casting overheaded level Ar and pulling velocity v are the main reasons caused ISF. KEY WORDS seamless steel tube;internal surface folding(ISF);continuous casting tube rounds(CCTR)

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 5 期 其共 晶通 常分布于晶界上 , 当其温度达 到熔点 时 , 它们就熔 化而成液相 , 熔 点较高 (约 1 6 0 ℃ 左右 ) , 锰 和硫 有较强 的亲和 力 , 而且通 常它们 以球形夹 杂物的形态分布于 晶内 . 如果 [M n 」含 量少或 s[ 」含量多 , 剩余 的〔S] 就以其他形式出现 在 晶界 , 降低 了铸 坯的塑性 . ( 5) 二冷 比水量对 内折 的影 响 . 根据连续铸 钢理论 , 在连铸过程 中 , 根据钢水温度来控制拉 速 , 选定 拉速后调整二冷 比水量大小 . 包钢连铸 二冷 比水量在调试期 间已 根据拉速的选择而被 相对 固定 . 但对 于铸坯的冷却 , 即二冷带走铸坯 的热 流不 仅与冷却水量有关 , 还与冷却水 的温 度有关 , 表达式为 : 功= A 砂(双一 wT ) ( 12 ) 式中 , 沪为二冷带走 的热流 ; 砰为水流密度 ; 双 为 铸 坯表面 温度 ; wT 为冷却水温度 ; A , n 为 常数 . 从式 ( 12 )看 出 , 在其他值相 同时 , 水温越低 , 带走铸坯 的热流越多 , 与增加水量等效 , 使铸坯 表面温度降低 , 固 相的温度梯度大 , 有利于柱状 晶的形成 `3] . 包钢连铸调 试期间是 8 月 份 , 气温 较高 , 水温也较高 ; 而 出现 内折较 多的时期是冬 季 , 水温较低 , 调试期 固定的拉 速与水量之间 的 关系不适合冬季 生产 . 从回归模型 分析看 出 , △t 升高 , 内折率也随 之升高 , 没有发挥 出 tA 高时降低 v 而使得铸 坯 的柱状晶细小 、 内折下降的作用 ; 也没有发挥出 v 高时降低 △t 而使得铸坯细小 、 内折 下降的作 用 . 说 明在二冷水温低 的情况下过热度 与拉速 不 匹配 , 在过热度 一定前提下 , 拉速选 择过高 . 综合上述的 分析 , 过热度 、 拉速和 二冷 比水 量 的提高 以及 它们的 匹 配不 当 , 都有利 于 柱状 晶的长大 , 使得同体积铸坯 中晶界总面积减小 , 而硫化物 以及其他夹杂物通常偏聚在 晶界及其 附近 区域 , 这样 就使低熔点物质 在铸坯 中分布 比较集 中 , 大大降低 了铸坯 的高温塑性 . 在变形 过程 中 , 在 同样 的外力 作用下 , 晶粒越大 , 晶界 处的应力集 中就越大8I] , 这样就构成 了在金属塑 性最薄弱处施加 了最大的应力 , 迫使其开裂 , 这 就是穿轧无缝 管时 内折产生 的主要 原 因 . 3 结论 本文用 逐步 回 归分析法 分析 了包 钢冶炼 、 连铸生产中各主要 因素对包钢无缝管产生内折 的影 响 , 并建立了 这些模 型 . 该模型 还可 以作为 预报模型 , 即根据各工艺因 素的实测值 , 预测对 应 的事件 ( 柱状 晶形态 、 内折 )发生 的可能性 . 参 考 文 献 1 王壮 明编译 . 热 轧钢管 的质 量〔M ] . 北京 : 冶金工业 出 版社 , 1 9 8 7 2 杨觉先 . 金 属 塑性变 形物 理基础 [M ] . 北 京 :冶 金工业 出版社 , 19 8 8 3 【美 国 ]约翰 · 内特 . 应用 线形 回归模型 [M〕 . 北京 : 中 国统计出版 社 , 1 9 93 4 苏 留记 , 王泽 民 , 黄华 . 连铸圆管坯 热裂 纹与包 晶点 的关系 [ J ] . 钢 管 , 1 9 9 8 ( l ) : 12 5 陈维 津 ,朱景 清 , 郭 兆成 ,等 . 连铸圆管坯质量 的研究 【J] . 钢 管 , 1 9 9 7 ( 5 ) : l 6 杨 节 . 轧 制过程 数学模型 IM ] . 北京 : 冶金 工业 出版 社 , 1 9 9 3 7 杜 峰 ,唐晓燕 . 连铸 圆坯 的质量及 改善 措施 [J] . 上海 金 属 , 1 9 9 8 ( 5 ) : 2 3 8 郭 进义 , 成永久 , 毛新 钢 . 连铸工艺 对 20 钢 连铸管 坯 轧制无 缝管产 生 内折的影响1[J . 包钢科技 , 19 9 8(4) : 73 I n t e m a l S ur fa e e F o l d i n g A n a l y s i s o f C o nt inu o u s C a s t i n g T Ub e R o un d s LI U iJ ng l), F U hC e n g u a n g l气 Z仔 U iJ n g甘” 2 9 1气 Z HO U aC ih 口心气 〔汤伍万 肠iq inz , l ) M at e r i al S e ien c e S e h o o l an d E n g in e e ir n g , U S T B e ij i n g , B e ij ign 10 0 0 8 3 , C h in a 2 ) S e am l e s s T u b e D i v i s i o n , B ao t o u I orn an d S t e e l C o . B a o t o u 0 14 0 4 0 , C h i n a A B S T R A C T D iur n g ht e h o t or lli n g o f s e am l e s s s et e l t u b e s , int e rn a l s ur fac e fo ld in g ( I S F ) 1 5 fer q Ue nt ly fo r - m e d in B a ot o u I r o n & S t e e l C o . hT e m a i n fa e ot r s , w h i e h e au s e d ht e IS F, aer an a ly z e d u s i n g het m het o d o f s t e P r e gr e s s i o n . eR s ul t s s h o w ht at ht e l o w e r v a l u e o f [M n」/ [ S ] , ht e h i g h e r e a st i n g o v e ht e a d e d l e v e l △r a n d Pu llign v e l o e iyt v aer ht e m a i n r e a s o n s e au s e d I S E K E Y W O R D S s e am l e s s s et e l ot b e : int e ma l s ur fa e e fo ld in g ( I S F) : c o in iun o u s c a s t i n g t u b e r o u n d s ( C C T 助