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.494 北京科技大学学报 第30卷 C(0,t)一2JxDi M (2) 其中，C(O,t)为t时刻C的浓度，M为常数，D为 扩散系数，t为扩散时间 由式(2)，增大扩散系数D和延长扩散时间t 均可降低铸坯中心C的浓度，延长铸坯在加热炉中 纹 的停留时间即延长碳元素的扩散时间t,这能够有 50 um 效降低铸坯中心区域碳的浓度C(0,t),从而减弱 钢板的中心线偏析，同时，表1的实验数据也显示， 由于铸坯加热温度的降低，铸坯加热4h后轧制钢 图3珠光体中的微裂纹 板的探伤合格率显著低于正常加热工艺条件下的对 Fig.3 Micro-cracks in the pearlite band 应合格率（如图1），因此适当提高加热温度也是有 原因是钢板厚度中心珠光体带状组织中的微裂纹， 效消除中心线偏析的方法. 有研究表明]，在外力作用下铁素体一珠光体平衡 钢板中心区域碳含量的降低能够有效降低珠光 组织中铁素体内的等效应力和正应力均低于珠光 体的比例，从而避免出现宽度较大的珠光体带状组 体，并且在铁素体/珠光体的界面以及珠光体内易出 织，有研究表明可]，珠光体带状组织的形成与铸 现较高的塑性应变和正应力集中，这使得裂纹在此 坯中Mn的微观偏析有关，这种微观偏析被保留到 萌生并沿着铁素体/珠光体界面或者在珠光体内扩 热轧之后，形成Mn元素的带状分布，从而在奥氏体 展，从而形成微裂纹，对大量试样的分析表明，形成 向铁素体转变过程中首先在贫Mn带形成铁素体 这种微裂纹有两个条件：一是存在中心线偏析；二是 带，并最终在富Mn带形成珠光体带.Mn的微观偏 存在宽度超过25m的珠光体带. 析同样需要高温扩散退火过程来消除，Mn含量分 钢板的中心线偏析来自于连铸坯的中心线偏 布均匀的奥氏体组织在发生铁素体转变时能够在更 析，进行在炉停留时间实验的这炉铸坯所在的浇次 多位置均匀形核，形核率的提高能够有效防止大颗 低倍检验结果显示铸坯的偏析为C类3,0级，中心 粒的珠光体形成，从而避免出现宽度超过25m的 偏析较为严重，此类铸坯在铸坯厚度方向的中心存 珠光体带的产生 在易偏析元素的富集，铸坯厚度方向C的典型分布 因此，控制适当的铸坯在炉停留时间能够保证 如图4所示，在铸坯厚度中心存在C的富集区， 铸坯中心由于正偏析而富集的碳进行有效扩散，从 .6 而一方面减少钢板中存在的中心线偏析，另一方面 1.3 减少宽度超过25m的珠光体带状组织的出现几 出 率，从而避免珠光体带中微裂纹的出现，提高中厚板 1.0 的超声波探伤合格率。如果停留时间不足，在当前 0.7 的加热制度条件下，当在炉停留时间不足3h时，偏 0.4 40 80120160 200 析元素得不到有效扩散，不能有效防止微裂纹的产 到铸坯表面的距离mm 生，因此明显影响钢板的超声波探伤质量 铸坯在炉停留实验结果显示，适当延长在炉停 图4铸坯厚度方向的C含量分布 Fig.4 Carbon content distribution in the thickness direction of the 留时间能够有效加强铸坯中心偏析元素的扩散，从 slab 而有效提高钢板的探伤质量，但较为严重的铸坯中 这样的C含量分布，在轧钢加热炉的高温扩散 心线偏析则需要更长的在炉停留时间才能够有效消 过程中，将其近似的看作极薄区域内扩散组元的扩 除中心线偏析的影响，过长的在炉停留时间不利于 散过程]，将铸坯厚度的中心作为x轴的原点，此 轧制效率的提高，因此减弱铸坯的中心线偏析也是 类扩散具有如下的高斯解： 改善中厚板超声波探伤质量的重要途径. C(x,t)一2JπDm M x2 exp 4 Dt (1) 5结论 当x=0时，即为铸坯厚度中心C的浓度，式(1)简 对于220mm厚的连铸板坯，当轧钢加热炉的 化为： (下转第500页)图3 珠光体中的微裂纹 Fig．3 Micro-cracks in the pearlite band 原因是钢板厚度中心珠光体带状组织中的微裂纹． 有研究表明［1—2］在外力作用下铁素体—珠光体平衡 组织中铁素体内的等效应力和正应力均低于珠光 体并且在铁素体／珠光体的界面以及珠光体内易出 现较高的塑性应变和正应力集中这使得裂纹在此 萌生并沿着铁素体／珠光体界面或者在珠光体内扩 展从而形成微裂纹．对大量试样的分析表明形成 这种微裂纹有两个条件：一是存在中心线偏析；二是 存在宽度超过25μm 的珠光体带． 钢板的中心线偏析来自于连铸坯的中心线偏 析进行在炉停留时间实验的这炉铸坯所在的浇次 低倍检验结果显示铸坯的偏析为 C 类3∙0级中心 偏析较为严重．此类铸坯在铸坯厚度方向的中心存 在易偏析元素的富集铸坯厚度方向 C 的典型分布 如图4所示．在铸坯厚度中心存在 C 的富集区． 图4 铸坯厚度方向的 C 含量分布 Fig．4 Carbon content distribution in the thickness direction of the slab 这样的 C 含量分布在轧钢加热炉的高温扩散 过程中将其近似的看作极薄区域内扩散组元的扩 散过程［3］将铸坯厚度的中心作为 x 轴的原点此 类扩散具有如下的高斯解： C（ xt）＝ M 2 πDt exp — x 2 4Dt （1） 当 x＝0时即为铸坯厚度中心 C 的浓度式（1）简 化为： C（0t）＝ M 2 πDt （2） 其中C（0t）为 t 时刻 C 的浓度M 为常数D 为 扩散系数t 为扩散时间． 由式（2）增大扩散系数 D 和延长扩散时间 t 均可降低铸坯中心 C 的浓度．延长铸坯在加热炉中 的停留时间即延长碳元素的扩散时间 t这能够有 效降低铸坯中心区域碳的浓度 C（0t）从而减弱 钢板的中心线偏析．同时表1的实验数据也显示 由于铸坯加热温度的降低铸坯加热4h 后轧制钢 板的探伤合格率显著低于正常加热工艺条件下的对 应合格率（如图1）因此适当提高加热温度也是有 效消除中心线偏析的方法． 钢板中心区域碳含量的降低能够有效降低珠光 体的比例从而避免出现宽度较大的珠光体带状组 织．有研究表明［4—5］珠光体带状组织的形成与铸 坯中 Mn 的微观偏析有关这种微观偏析被保留到 热轧之后形成 Mn 元素的带状分布从而在奥氏体 向铁素体转变过程中首先在贫 Mn 带形成铁素体 带并最终在富 Mn 带形成珠光体带．Mn 的微观偏 析同样需要高温扩散退火过程来消除Mn 含量分 布均匀的奥氏体组织在发生铁素体转变时能够在更 多位置均匀形核形核率的提高能够有效防止大颗 粒的珠光体形成从而避免出现宽度超过25μm 的 珠光体带的产生． 因此控制适当的铸坯在炉停留时间能够保证 铸坯中心由于正偏析而富集的碳进行有效扩散从 而一方面减少钢板中存在的中心线偏析另一方面 减少宽度超过25μm 的珠光体带状组织的出现几 率从而避免珠光体带中微裂纹的出现提高中厚板 的超声波探伤合格率．如果停留时间不足在当前 的加热制度条件下当在炉停留时间不足3h 时偏 析元素得不到有效扩散不能有效防止微裂纹的产 生因此明显影响钢板的超声波探伤质量． 铸坯在炉停留实验结果显示适当延长在炉停 留时间能够有效加强铸坯中心偏析元素的扩散从 而有效提高钢板的探伤质量．但较为严重的铸坯中 心线偏析则需要更长的在炉停留时间才能够有效消 除中心线偏析的影响过长的在炉停留时间不利于 轧制效率的提高因此减弱铸坯的中心线偏析也是 改善中厚板超声波探伤质量的重要途径． 5 结论 对于220mm厚的连铸板坯当轧钢加热炉的 （下转第500页） ·494· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷