.190 工程科学学报，第44卷.第2期 of the primary dendrite tip growing in the opposite direction to the swirling fluid flow.In the center of the narrow surface,the measured primary dendrite deflection angle of the columnar crystal region is between-7and 27.EDS was used to further detect the distribution of the main alloying elements Si,Mn,and Mo in the different crystal regions of the bloom casting,revealing the segregation characteristics of the as-cast product and differences of each solute element.Finally,the heredity of this as-cast structure and composition segregation on the structure of subsequent hot-rolled bars and connecting rods was discussed.Moreover,the influence of the fracture inconsistency of its expansion and fracture processing were explored.It is pointed out that the as-cast quality control from the very beginning of casting has special significance in meeting the requirement of both processing and service properties of these high- grade high strength low alloy steels. KEY WORDS high carbon nonquenched and tempered steel;bloom casting;white band;columnar crystal deflection;macro- segregation 连杆是连接曲轴和活塞的重要传动部件，对承载 程度越严重.也有研究发现，在凝固固液界面前存在 能力、安装与工作精度均有较高的要求.胀断连杆是 液体流动的情况下，柱状枝晶会发生偏离正常方向生 当前汽车行业先进的基于脆性胀断再连接、解决装配 长的现象6-认为其偏转角度是由于上游方向的溶 失圆问题的高精度连杆结构.为了获得严丝合缝的解 质耗竭和下游柱状晶体尖端因对流导致溶质浓度升高 理断口、避免塑性变形导致的连杆大头圆失真，对钢 造成的9-21！可见，揭示结晶器电磁搅拌作用下的柱 材的组织与均匀性有十分苛刻的要求山其中，非调质 状晶偏转角和白亮带状况可以间接反映搅拌强度的合 易切削高强钢C70S6为德系连杆用近共析微合金钢， 理性，对于优化连铸工艺改善铸态质量至关重要， 也是一种新型节能高效钢，具有高碳、微合金、硫含量 鉴于含硫易切削高碳非调质胀断连杆用大方 较高以及窄成分控制等要求，连铸生产难度大，仅从 坯铸态组织对后续棒材探伤合格率和胀断裂解组 成品的组织性能要求来看，一方面，高碳高硫钢连铸中 织一致性的重要影响，本研究基于该钢种连铸工 心缩孔、缩裂倾向大、极易发生轧材探伤不合缺陷：另 艺生产开发试验结果，对当前浇铸条件下其大方 ·方面，其成分偏析倾向大容易导致后续轧材组织与 坯凝固组织和成分偏析特征进行了系统的表征研 力学性能一致性差可见，认识并深入研究其铸态组 究.通过铸态低倍形貌、成分分布与偏析特点研 织与常见缺陷特征对于发展这类高等级特殊钢连铸技 究，以及全断面柱状品偏转生长的定量分析，以期 术具有十分重要的意义，也是近年来基于冶炼源头进 揭示可能影响该钢种产品加工过程胀断解理断裂 步提升优特钢加工与服役性能的热点问题3， 要求的铸态遗传缺陷，进而探讨优化连铸工艺、综 大方坯连铸是当前特殊钢棒材生产的主流基 合提升胀断连杆用大方坯铸态质量的工艺途径 础工序，其中涉及钢液流动、传热凝固、溶质再分 1试验条件与方法 配和凝固组织演变等复杂的物理过程连俦电 磁搅拌技术(EMS)对于控制连铸坯凝固组织、改 试验基于250mm×280mm大方坯弧形连铸 善夹杂物分布并促进成分均匀化具有重要作用们， 机，生产工艺流程为：110t电弧炉→钢包精炼 已经成为特殊钢连铸机的标配、得到广泛应用 (LF)→真空脱气(VD)→3流弧形大方坯连铸机. 国内外冶金工作者就电磁搅拌对俦坯质量的影响 依据标准要求，试验炉次钢水主要成分（质量分 做过大量研究.目前，低频率大电流结品器电磁搅拌 数，%)为：C0.70,Mn0.57,Si0.18,P0.017,S0.065, (M-EMS)已成为控制结品器内钢水过热波动、稳定连 Cr0.12.V0.04.Mo0.01等：可见.满足其非调质处 浇坯等轴晶率，进而控制大方坯中心缩孔缺陷的重要 理的强化机制主要是固溶强化和微合金沉淀强 措施8-0.同时也发现，钢水在电磁搅拌作用下的强制 化.此外，成分中保有的较高硫含量可以改善产品 流动将不同程度地影响铸坯凝固组织形貌，并可能对 的加工性能，热锻成形过程也具有促进先共析铁 后续轧材带来不利影响-☒比如，这种流动在半径 素体形核细化共析组织的作用.为了保证后续产 方向上的切向分量会将坯壳固/液界面上析出的溶质 品裂解加工解理断裂、严格控制断口塑性变形，该 元素输送到液相中心，影响铸态组织生长形貌乃至断 钢种要求窄成分控制、并从浇铸源头控制钢坯中 面偏析分布形态；同时还可能使铸坯皮下产生不同程 合金元素成分偏析和俦态组织致密性. 度的负偏析带（白亮带White band)3-l,研究结果显 生产试验铸机参数与主要连铸工艺如表1所 示结晶器电磁搅拌电流强度越大流速越大，负偏析带 示.其中，基于结晶器搅拌和二冷弱冷工艺，获得of the primary dendrite tip growing in the opposite direction to the swirling fluid flow. In the center of the narrow surface, the measured primary dendrite deflection angle of the columnar crystal region is between −7° and 27°. EDS was used to further detect the distribution of  the  main  alloying  elements  Si,  Mn,  and  Mo  in  the  different  crystal  regions  of  the  bloom  casting,  revealing  the  segregation characteristics  of  the  as-cast  product  and  differences  of  each  solute  element.  Finally,  the  heredity  of  this  as-cast  structure  and composition segregation on the structure of subsequent hot-rolled bars and connecting rods was discussed. Moreover, the influence of the fracture inconsistency of its expansion and fracture processing were explored. It is pointed out that the as-cast quality control from the very beginning of casting has special significance in meeting the requirement of both processing and service properties of these high￾grade high strength low alloy steels. KEY  WORDS    high  carbon  nonquenched  and  tempered  steel； bloom  casting； white  band； columnar  crystal  deflection； macro￾segregation 连杆是连接曲轴和活塞的重要传动部件，对承载 能力、安装与工作精度均有较高的要求. 胀断连杆是 当前汽车行业先进的基于脆性胀断再连接、解决装配 失圆问题的高精度连杆结构. 为了获得严丝合缝的解 理断口、避免塑性变形导致的连杆大头圆失真，对钢 材的组织与均匀性有十分苛刻的要求[1] . 其中，非调质 易切削高强钢 C70S6 为德系连杆用近共析微合金钢， 也是一种新型节能高效钢，具有高碳、微合金、硫含量 较高以及窄成分控制等要求，连铸生产难度大. 仅从 成品的组织性能要求来看，一方面，高碳高硫钢连铸中 心缩孔、缩裂倾向大、极易发生轧材探伤不合缺陷；另 一方面，其成分偏析倾向大容易导致后续轧材组织与 力学性能一致性差[2] . 可见，认识并深入研究其铸态组 织与常见缺陷特征对于发展这类高等级特殊钢连铸技 术具有十分重要的意义，也是近年来基于冶炼源头进 一步提升优特钢加工与服役性能的热点问题[3−4] . 大方坯连铸是当前特殊钢棒材生产的主流基 础工序，其中涉及钢液流动、传热凝固、溶质再分 配和凝固组织演变等复杂的物理过程[5−6] . 连铸电 磁搅拌技术 (EMS) 对于控制连铸坯凝固组织、改 善夹杂物分布并促进成分均匀化具有重要作用[7] ， 已经成为特殊钢连铸机的标配、得到广泛应用. 国内外冶金工作者就电磁搅拌对铸坯质量的影响 做过大量研究. 目前，低频率大电流结晶器电磁搅拌 （M-EMS）已成为控制结晶器内钢水过热波动、稳定连 浇坯等轴晶率，进而控制大方坯中心缩孔缺陷的重要 措施[8−10] . 同时也发现，钢水在电磁搅拌作用下的强制 流动将不同程度地影响铸坯凝固组织形貌，并可能对 后续轧材带来不利影响[11−12] . 比如，这种流动在半径 方向上的切向分量会将坯壳固/液界面上析出的溶质 元素输送到液相中心，影响铸态组织生长形貌乃至断 面偏析分布形态；同时还可能使铸坯皮下产生不同程 度的负偏析带 (白亮带/White band)[13−15] ，研究结果显 示结晶器电磁搅拌电流强度越大流速越大，负偏析带 程度越严重. 也有研究发现，在凝固固液界面前存在 液体流动的情况下，柱状枝晶会发生偏离正常方向生 长的现象[16−18] . 认为其偏转角度是由于上游方向的溶 质耗竭和下游柱状晶体尖端因对流导致溶质浓度升高 造成的[19−21] . 可见，揭示结晶器电磁搅拌作用下的柱 状晶偏转角和白亮带状况可以间接反映搅拌强度的合 理性，对于优化连铸工艺改善铸态质量至关重要. 鉴于含硫易切削高碳非调质胀断连杆用大方 坯铸态组织对后续棒材探伤合格率和胀断裂解组 织一致性的重要影响，本研究基于该钢种连铸工 艺生产开发试验结果，对当前浇铸条件下其大方 坯凝固组织和成分偏析特征进行了系统的表征研 究. 通过铸态低倍形貌、成分分布与偏析特点研 究，以及全断面柱状晶偏转生长的定量分析，以期 揭示可能影响该钢种产品加工过程胀断解理断裂 要求的铸态遗传缺陷，进而探讨优化连铸工艺、综 合提升胀断连杆用大方坯铸态质量的工艺途径. 1    试验条件与方法 试验基于 250 mm×280 mm 大方坯弧形连铸 机 ，生产工艺流程为 ： 110 t 电弧炉 →钢包精 炼 (LF)→真空脱气（VD）→3 流弧形大方坯连铸机. 依据标准要求，试验炉次钢水主要成分（质量分 数，%）为：C 0.70，Mn 0.57，Si 0.18，P 0.017，S 0.065， Cr 0.12，V 0.04，Mo 0.01 等；可见，满足其非调质处 理的强化机制主要是固溶强化和微合金沉淀强 化. 此外，成分中保有的较高硫含量可以改善产品 的加工性能，热锻成形过程也具有促进先共析铁 素体形核细化共析组织的作用. 为了保证后续产 品裂解加工解理断裂、严格控制断口塑性变形，该 钢种要求窄成分控制、并从浇铸源头控制钢坯中 合金元素成分偏析和铸态组织致密性. 生产试验铸机参数与主要连铸工艺如表 1 所 示. 其中，基于结晶器搅拌和二冷弱冷工艺，获得 · 190 · 工程科学学报，第 44 卷，第 2 期