·1088 工程科学学报，第43卷，第8期 中心偏析指数也更高、且明显高于铸坯中心偏析 用，两者偏析分布形态基本一致，这种特点在压缩 但也不难发现，因铸态组织与宏观偏析的遗传作 比较小的大棒轧制生产尤为突出. 1.10 0.40 m-min,strand (a) 1.20(b) 0.40 m-min,hot-rolled bar 1.08 Direction 3 -Direction I 1.06 1.15 1.04 uoq. 1.10 1.02 1.00 1.05 0.98 0.96 0.94 0.95 0.92 0.90 Drill cuttings location Drill cuttings location 图12碳偏析指数分布特征.(a)铸坯：(b)轧材 Fig.12 Distribution of the carbon segregation index:(a)as-cast bloom:(b)hot-rolled bar 3结论 on the solidification behavior of special steel bloom casting.J Mech Eng,2020,56(12):99 (1)水口注流模式对大方坯等轴晶率和中心 (王璞，李少翔，张壮，等.组合搅拌模式对连铸特殊钢大方坯凝 致密度有重要影响.直通式水口注流方式，常规过 固行为的影响.机械工程学报，2020,56(12)：99) 热度下即使使用较强的M-EMS也仅能将铸坯等 [2] Sun H,Li L.Application of swirling flow nozzle and investigation 轴晶率由6.06%提升到11.71%：而仅采用五孔水 of superheat dissipation casting for bloom continuous casing. 口注流模式铸坯等轴晶率可达23%左右，结合电 Ironmak Steelmak.2016.43(3):228 磁搅拌组合控流时则均可达30%以上 [3]Jiang D B,Zhu M Y.Center segregation with final (2)水口注流模式也能对大方坯断面宏观偏 electromagnetic stirring in billet continuous casting process.Metall Mater Trans B.2017,48(1):444 析分布形态产生显著影响、并影响全断面碳极差 [4]Ayata K,Mori T,Fujimoto T,et al.Improvement of 程度.直通水口浇铸其碳偏析分布呈倒V型分布， macrosegregation in continuously cast bloom and billet by 中心线碳偏析指数高；五孔水口浇铸模式，铸坯断 electromagnetic stirring.Trans fron Steel Inst Jpn,1984,24(11): 面碳偏析分布呈M型，表现为断面1/4位置的CET区 931 域碳偏析指数较高. [5]Wu H J.Wei N.Bao Y P,et al.Effect of M-EMS on the (3)不同浇铸与控流模式下，弧形连铸大方坯 solidification structure of a steel billet.Int J Miner Metall Mater. 中心等轴晶区域均偏离铸坯几何中心，靠近外弧 2011,18(2):159 [6]Wu Q M,Xu W Y,Yan H C,et al.Carbon macro-segregation 侧分布.等轴品沉降造成外弧柱状品区长度普遍 control of rolled bar produced from cast bloom of 20CrMnTiH 比内弧柱状晶短，大方坯铸态组织均表现为不同 steel..Iron Steel,2012,47(5上：23 程度的内外弧不对称性 (吴清明，许伟阳，颜慧成，等.20 CrMnTiH齿轮钢大方坯轧制圆 (4)后续轧制可以明显增加钢材的中心致密 钢宏观碳偏析控制.钢铁，2012,47(5)：23) 度，但压缩比较小的大棒材轧制基本改变不了原 [7] Sun H B,Zhang J Q.Study on the macrosegregation behavior for 始铸坯断面的碳偏析分布形态，且可能加剧其中 the bloom continuous casting:Model development and validation. 心线偏析的程度 Metall Mater Trans B,2014,45(3):1133 (5)综合表明，基于连铸控流模式的作用规律 [8]Wang P,Tie Z P,Li S X,et al.Effect of M-EMS current intensity 和铸-轧遗传性特征，实际生产中可针对特殊钢长 on the subsurface segregation and internal solidification structure for bloom casting of 42CrMo steel.Ironmak Steelmak,2021:1 材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要 [9]An HH,Bao Y P,Wang M,et al.Effect of combining F-EMS and 求，基于连铸控流模式从源头控制凝固以获得合 MSR on the segregation and shrinkage cavity in continuously cast 理的铸态组织与宏观偏析分布形态 high-carbon steel blooms.Chin J Eng,2017,39(7):996 (安航航，包燕平，王敏，等.凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技 参考文献 术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响.工程科学学报， [1]Wang P.Li S X,Zhang Z,et al.Effect of combined stirring modes 2017,39(7):996)中心偏析指数也更高、且明显高于铸坯中心偏析. 但也不难发现，因铸态组织与宏观偏析的遗传作 用，两者偏析分布形态基本一致，这种特点在压缩 比较小的大棒轧制生产尤为突出. r (6/8)r (4/8)r (2/8)r 0 0 (2/8)r (4/8)r (6/8)r (7/8)r (5/8)r (3/8)r (1/8)r (1/8)r (3/8)r (5/8)r (7/8)r r Drill cuttings location Direction 1 Direction 2 Direction 3 Direction 1 Direction 2 Direction 3 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 (a) Carbon segregation index 0.40 m·min−1, strand 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 (b) Carbon segregation index 0.40 m·min−1, hot-rolled bar CET CET r (6/8)r (4/8)r (2/8)r (2/8)r (4/8)r (6/8)r (7/8)r (5/8)r (3/8)r (1/8)r (1/8)r (3/8)r (5/8)r (7/8)r r CET CET Drill cuttings location 图 12    碳偏析指数分布特征. （a）铸坯；（b）轧材 Fig.12    Distribution of the carbon segregation index: (a) as-cast bloom；(b) hot-rolled bar 3    结论 （1）水口注流模式对大方坯等轴晶率和中心 致密度有重要影响. 直通式水口注流方式，常规过 热度下即使使用较强的 M-EMS 也仅能将铸坯等 轴晶率由 6.06% 提升到 11.71%；而仅采用五孔水 口注流模式铸坯等轴晶率可达 23% 左右，结合电 磁搅拌组合控流时则均可达 30% 以上. （2）水口注流模式也能对大方坯断面宏观偏 析分布形态产生显著影响、并影响全断面碳极差 程度. 直通水口浇铸其碳偏析分布呈倒 V 型分布， 中心线碳偏析指数高；五孔水口浇铸模式，铸坯断 面碳偏析分布呈 M 型，表现为断面 1/4 位置的 CET 区 域碳偏析指数较高. （3）不同浇铸与控流模式下，弧形连铸大方坯 中心等轴晶区域均偏离铸坯几何中心，靠近外弧 侧分布. 等轴晶沉降造成外弧柱状晶区长度普遍 比内弧柱状晶短，大方坯铸态组织均表现为不同 程度的内外弧不对称性. （4）后续轧制可以明显增加钢材的中心致密 度，但压缩比较小的大棒材轧制基本改变不了原 始铸坯断面的碳偏析分布形态，且可能加剧其中 心线偏析的程度. （5）综合表明，基于连铸控流模式的作用规律 和铸‒轧遗传性特征，实际生产中可针对特殊钢长 材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要 求，基于连铸控流模式从源头控制凝固以获得合 理的铸态组织与宏观偏析分布形态. 参    考    文    献 [1] Wang P, Li S X, Zhang Z, et al. Effect of combined stirring modes on  the  solidification  behavior  of  special  steel  bloom  casting. J Mech Eng, 2020, 56（12）: 99 （王璞, 李少翔, 张壮, 等. 组合搅拌模式对连铸特殊钢大方坯凝 固行为的影响. 机械工程学报, 2020, 56（12）：99） Sun H, Li L. Application of swirling flow nozzle and investigation of  superheat  dissipation  casting  for  bloom  continuous  casing. Ironmak Steelmak, 2016, 43（3）: 228 [2] Jiang  D  B,  Zhu  M  Y.  Center  segregation  with  final electromagnetic stirring in billet continuous casting process. Metall Mater Trans B, 2017, 48（1）: 444 [3] Ayata  K,  Mori  T,  Fujimoto  T,  et  al.  Improvement  of macrosegregation  in  continuously  cast  bloom  and  billet  by electromagnetic stirring. Trans Iron Steel Inst Jpn, 1984, 24（11）: 931 [4] Wu  H  J,  Wei  N,  Bao  Y  P,  et  al.  Effect  of  M-EMS  on  the solidification structure of a steel billet. Int J Miner Metall Mater, 2011, 18（2）: 159 [5] Wu  Q  M,  Xu  W  Y,  Yan  H  C,  et  al.  Carbon  macro-segregation control  of  rolled  bar  produced  from  cast  bloom  of  20CrMnTiH steel. Iron Steel, 2012, 47（5）: 23 （吴清明, 许伟阳, 颜慧成, 等. 20CrMnTiH齿轮钢大方坯轧制圆 钢宏观碳偏析控制. 钢铁, 2012, 47（5）：23） [6] Sun H B, Zhang J Q. Study on the macrosegregation behavior for the bloom continuous casting: Model development and validation. Metall Mater Trans B, 2014, 45（3）: 1133 [7] Wang P, Tie Z P, Li S X, et al. Effect of M-EMS current intensity on the subsurface segregation and internal solidification structure for bloom casting of 42CrMo steel. Ironmak Steelmak, 2021: 1 [8] An H H, Bao Y P, Wang M, et al. Effect of combining F-EMS and MSR on the segregation and shrinkage cavity in continuously cast high-carbon steel blooms. Chin J Eng, 2017, 39（7）: 996 （安航航, 包燕平, 王敏, 等. 凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技 术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响. 工程科学学报, 2017, 39（7）：996） [9] · 1088 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期