工程科学学报.第43卷，第8期：1081-1089.2021年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.8:1081-1089,August 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.27.007;http://cje.ustb.edu.cn 连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响 王 璞，铁占鹏2)，肖红)，张壮)，唐海燕)，苗红生2)，张家泉)区 1)北京科技大学治金与生态工程学院.北京1000832)西宁特殊钢股份有限公司.西宁8100053)湖南中科电气股份有限公司磁电研究 院，岳阳414000 区通信作者，E-mail:jqzhang@metall..ustb.edu.cn 摘要以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象，通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析，揭示了连铸控流模式 对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性.研究表明：常规直通水口浇注模式下，结晶器电磁搅拌 Mold electromagnetic stirring,M-EMS)电流由0增加到800A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到1l.71%,难以有效避免大方 坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析.采用新型五孔水口浇注模式，即使不开启MEMS,铸坯中心等轴晶率仍可达 23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下，满足后续热轧大棒材探伤要求.同时发现，五孔水口浇注模式下，大方坯铸态 组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition,CET)区，铸坯断面碳偏析指数呈M型分 布，表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高.大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态，且可能导致中 心线偏析指数增加.同时指出，基于连铸控流模式的作用规律和铸-轧遗传性特征，以及特殊钢长材热加工对中心致密度和 偏析分布与程度的要求，实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态 关键词水口注流模式：电磁搅拌：拉速：凝固组织形态：碳偏析分布：铸轧遗传性 分类号TF777.2 Macrostructure and macrosegregation behavior of bloom products under various flow control modes of the casting process WANG Pu.TIE Zhan-peng2).XIAO Hong ZHANG Zhuang,TANG Hai-yan,MIAO Hong-sheng,ZHANG Jia-quan 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Xining Special Steel Co.,Ltd.,Xining 810005,China 3)Magnetoelectric Research Institute,Hunan Zhongke Electric Co.,Ltd.,Yueyang 414000,China Corresponding author,E-mail:jqzhang@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT Owing to the large cross-section and wide solidification-temperature zone,bloom castings of medium-and high-carbon steels are prone to severe central shrinkage and macrosegregation defects.Flow control technologies such as nozzle injection mode and electromagnetic stirring,together with the casting speed,play a key role in the as-cast macrostructure and macrosegregation distribution in bloom castings achieving soundness and compositional homogeneity of the final as-rolled products.Based on the production process of a medium-carbon-steel bloom casting and its heavy section bars,various flow control modes have been adopted in the casting production to study their effects on the semiproduct solidification structure and the carbon distribution across the bloom section and the following rolled bars.The conventional nozzle with a single straight port shows that the equiaxed crystal ratio in the casting process can only increase from 6.06%to 11.71%with the M-EMS intensity changes from 0 to 800 A,in which a shrinkage cavity and 收稿日期：2020-01-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1860111,51874033):国家重点研发计划资助项目(016YEB0601302):湖南省科技计划资助项目 (2019RS2065)连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响 王    璞1)，铁占鹏1,2)，肖    红1,3)，张    壮1)，唐海燕1)，苗红生2)，张家泉1) 苣 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083    2) 西宁特殊钢股份有限公司，西宁 810005    3) 湖南中科电气股份有限公司磁电研究 院，岳阳 414000 苣通信作者，E-mail：jqzhang@metall.ustb.edu.cn 摘    要    以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象，通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析，揭示了连铸控流模式 对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性. 研究表明：常规直通水口浇注模式下，结晶器电磁搅拌 (Mold electromagnetic stirring, M-EMS) 电流由 0 增加到 800 A，铸坯等轴晶率由 6.06% 仅可增加到 11.71%，难以有效避免大方 坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析. 采用新型五孔水口浇注模式，即使不开启 M-EMS，铸坯中心等轴晶率仍可达 23.1%，大方坯中心缩孔级别可降至 1.0 级以下，满足后续热轧大棒材探伤要求. 同时发现，五孔水口浇注模式下，大方坯铸态 组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变 (Columnar to equiaxed transition, CET) 区，铸坯断面碳偏析指数呈 M 型分 布，表现为断面 1/4 位置 CET 区域碳偏析指数最高. 大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态，且可能导致中 心线偏析指数增加. 同时指出，基于连铸控流模式的作用规律和铸‒轧遗传性特征，以及特殊钢长材热加工对中心致密度和 偏析分布与程度的要求，实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态. 关键词    水口注流模式；电磁搅拌；拉速；凝固组织形态；碳偏析分布；铸轧遗传性 分类号    TF777.2 Macrostructure and macrosegregation behavior of bloom products under various flow control modes of the casting process WANG Pu1) ，TIE Zhan-peng1,2) ，XIAO Hong1,3) ，ZHANG Zhuang1) ，TANG Hai-yan1) ，MIAO Hong-sheng2) ，ZHANG Jia-quan1) 苣 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Xining Special Steel Co., Ltd., Xining 810005, China 3) Magnetoelectric Research Institute, Hunan Zhongke Electric Co., Ltd., Yueyang 414000, China 苣 Corresponding author, E-mail: jqzhang@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT    Owing to the large cross-section and wide solidification-temperature zone, bloom castings of medium- and high-carbon steels are prone to severe central shrinkage and macrosegregation defects. Flow control technologies such as nozzle injection mode and electromagnetic stirring, together with the casting speed, play a key role in the as-cast macrostructure and macrosegregation distribution in bloom castings achieving soundness and compositional homogeneity of the final as-rolled products. Based on the production process of  a  medium-carbon-steel  bloom  casting  and  its  heavy  section  bars,  various  flow  control  modes  have  been  adopted  in  the  casting production to study their effects on the semiproduct solidification structure and the carbon distribution across the bloom section and the following rolled bars. The conventional nozzle with a single straight port shows that the equiaxed crystal ratio in the casting process can only  increase  from  6.06% to  11.71% with  the  M-EMS  intensity  changes  from  0  to  800  A,  in  which  a  shrinkage  cavity  and 收稿日期: 2020−01−27 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（U1860111, 51874033）；国家重点研发计划资助项目（016YEB0601302）；湖南省科技计划资助项目 （2019RS2065） 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期：1081−1089，2021 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 8: 1081−1089, August 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.27.007; http://cje.ustb.edu.cn