吕明等：连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 ·103· degree of superheating was reduced to 25 C and the casting speed was increased to 2 m'min,the carbon segregation index of the billet was reduced from 1.17 to 1.11,the sorbite rate was 89%,the cementite network grade decreased from 4 to 1,and the C inclusions were substantially eliminated.When the end electromagnetic stirring current was set to 370 A and the frequency to 7 Hz,the carbon segregation index decreased to its lowest value of 1.04.The defects occurring in the production process of SWRH82B high-carbon steel were addressed by optimizing the continuous-casting process parameters,which provides theoretical and practical support for the high- quality production of high-carbon steel. KEY WORDS high-carbon steel;continuous casting:cementite network;center segregation;numerical simulation SWRH82B高碳钢主要用于制造高强度低松弛 果表明过热度为(20吐5)℃，拉速为2.5mmin条件 预应力钢丝和钢绞线，广泛运用于水泥制品、桥 下，铸坯质量显著提高：苏旺等w通过建立l60mm× 梁、高层建筑、高速公路、核电站等领域-)预应 l60mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌(Solidified 力钢饺线拉拔生产过程中应变量大，为避免拉拔过 end electromagnetic stirring,F-EMS)过程的数学模 程中发生脆断，对盘条原始成分均匀性、纯洁度、 型，研究了电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速 组织均匀性和非金属夹杂物的数量提出较高的要 度的影响规律，结果表明电流为380A,频率为6Hz, 求：同时82B高碳钢小方坯碳质量分数高达0.82%， 铸坯中心碳偏析为1.04 连铸过程中，两相区宽且凝固时间长，冷却缓慢，铸 本文根据国内某钢厂生产SWRH82B过程中 坯中心碳偏析严重，易形成沿品界析出的网状渗碳 碳偏析严重、网状渗碳体组织缺陷的问题，通过建 体问在拉伸受力过程中，网状渗碳体使晶粒分裂， 立八机八流中间包凝固传热模型，数值模拟计算 削弱品粒之间的结合力，铸坯容易沿品界断裂，因 凝固传热特征，研究过热度、浇注速度及末端电磁 此应在连铸过程中减少铸坯非金属夹杂物数量、提 搅拌参数对铸坯碳偏析的影响，优化连铸生产工 高钢水的洁净度和改善铸坯中心碳偏析68】 艺参数，为SWRH82B高碳钢盘条高质量生产提供 目前已有较多有关抑制高碳钢的网状渗碳体 理论与实践支撑 的研究，如通过添加Al、Cr、Co等合金元素，抑制 1SWRH82B高碳钢生产工艺分析 共析渗碳体的形成，且有细化珠光体的效果，但合 金成本较高，不利于低成本大规模生产例：通过施 某钢厂生产SWRH82B高碳钢的工艺路线为 加强磁场处理技术，减少共析渗碳体数量，增加珠 l20t转炉一→钢包精炼炉(Ladle furnace,.LF)→l50mm× 光体间距层，但技术的不成熟性限制了该方法在 150mm方坯连铸→加热→轧制.轧制工艺开轧温 工业生产中的应用0在动态的连铸过程中，钢水 度控制在(980±30)℃，进精轧前温度(920±10)℃， 流动及传热的过程复杂而不稳定山，传统实验方 进入减定径机组前温度(900士10)℃，吐丝温度 法受工业限制很难对凝固过程进行实验研究，因 (865±15)℃.表1是连铸机主要性能参数，表2为 此采用数值模拟技术研究连铸凝固过程成为重要 SWRH82B高碳钢盘条成分 研究方法.Zeng等利用Procast软件对82B方坯 针对82B试样缺陷分别选取不同批次试样， 连铸过程中凝固组织宏观偏析进行数学模拟，结 对铸坯成分、夹杂物、铸坯偏析进行理化分析.经 果表明低拉速有利于改善碳偏析：张志祥等1利 失效15d后抗拉强度控制在1200MPa以上，断后 用Procast软件对37Mn5钢连铸过程进行数值模 伸长率17%以上，断面收缩率35%以上，检测结 拟，从铸坯表面温度、坯壳厚度、液芯厚度三方面 果符合企业指标，说明企业轧钢工艺符合产品力 研究了拉速和过热度对铸坯质量的影响，模拟结 学要求.其力学性能见表3 表1.连铸机主要参数 Table 1 Main parameters of continuous-casting machine Caster type Flow number Radius/m Metallurgical length /m Flow spacing/mm Arc 8 10 30.6 1250 Lengths/mm Casting speeds/(mmin) Electromagnetic stirring Straightening method Slab cooling mode 6000-12000 3.2 F-EMS Continuous straightening Water-cooling air-vapor coolingdegree of superheating was reduced to 25 ℃ and the casting speed was increased to 2 m·min−1, the carbon segregation index of the billet was reduced from 1.17 to 1.11, the sorbite rate was 89%, the cementite network grade decreased from 4 to 1, and the C inclusions were substantially  eliminated.  When  the  end  electromagnetic  stirring  current  was  set  to  370  A  and  the  frequency  to  7  Hz,  the  carbon segregation index decreased to its lowest value of 1.04. The defects occurring in the production process of SWRH82B high-carbon steel were addressed by optimizing the continuous-casting process parameters, which provides theoretical and practical support for the high￾quality production of high-carbon steel. KEY WORDS    high-carbon steel；continuous casting；cementite network；center segregation；numerical simulation SWRH82B 高碳钢主要用于制造高强度低松弛 预应力钢丝和钢绞线，广泛运用于水泥制品、桥 梁、高层建筑、高速公路、核电站等领域[1−3] . 预应 力钢绞线拉拔生产过程中应变量大，为避免拉拔过 程中发生脆断，对盘条原始成分均匀性、纯洁度、 组织均匀性和非金属夹杂物的数量提出较高的要 求[4] ；同时 82B 高碳钢小方坯碳质量分数高达 0.82%， 连铸过程中，两相区宽且凝固时间长，冷却缓慢，铸 坯中心碳偏析严重，易形成沿晶界析出的网状渗碳 体[5] . 在拉伸受力过程中，网状渗碳体使晶粒分裂， 削弱晶粒之间的结合力，铸坯容易沿晶界断裂，因 此应在连铸过程中减少铸坯非金属夹杂物数量、提 高钢水的洁净度和改善铸坯中心碳偏析[6−8] . 目前已有较多有关抑制高碳钢的网状渗碳体 的研究，如通过添加 Al、Cr、Co 等合金元素，抑制 共析渗碳体的形成，且有细化珠光体的效果，但合 金成本较高，不利于低成本大规模生产[9] ；通过施 加强磁场处理技术，减少共析渗碳体数量，增加珠 光体间距层，但技术的不成熟性限制了该方法在 工业生产中的应用[10] . 在动态的连铸过程中，钢水 流动及传热的过程复杂而不稳定[11] ，传统实验方 法受工业限制很难对凝固过程进行实验研究，因 此采用数值模拟技术研究连铸凝固过程成为重要 研究方法. Zeng 等[12] 利用 Procast 软件对 82B 方坯 连铸过程中凝固组织宏观偏析进行数学模拟，结 果表明低拉速有利于改善碳偏析；张志祥等[13] 利 用 Procast 软件对 37Mn5 钢连铸过程进行数值模 拟，从铸坯表面温度、坯壳厚度、液芯厚度三方面 研究了拉速和过热度对铸坯质量的影响，模拟结 果表明过热度为 (20±5) ℃，拉速为 2.5 m∙min−1 条件 下，铸坯质量显著提高；苏旺等[14] 通过建立 160 mm× 160 mm 方坯连铸凝固末端电磁搅拌 （ Solidified end electromagnetic stirring, F-EMS）过程的数学模 型，研究了电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速 度的影响规律，结果表明电流为 380 A，频率为 6 Hz， 铸坯中心碳偏析为 1.04. 本文根据国内某钢厂生产 SWRH82B 过程中 碳偏析严重、网状渗碳体组织缺陷的问题，通过建 立八机八流中间包凝固传热模型，数值模拟计算 凝固传热特征，研究过热度、浇注速度及末端电磁 搅拌参数对铸坯碳偏析的影响，优化连铸生产工 艺参数，为 SWRH82B 高碳钢盘条高质量生产提供 理论与实践支撑. 1    SWRH82B 高碳钢生产工艺分析 某钢厂生产 SWRH82B 高碳钢的工艺路线为 120 t 转炉→钢包精炼炉(Ladle furnace, LF)→150 mm× 150 mm 方坯连铸→加热→轧制. 轧制工艺开轧温 度控制在 (980±30) ℃，进精轧前温度 (920±10) ℃， 进入减定径机组前温 度 (900±10) ℃ ，吐丝温 度 (865±15) ℃. 表 1 是连铸机主要性能参数，表 2 为 SWRH82B 高碳钢盘条成分. 针对 82B 试样缺陷分别选取不同批次试样， 对铸坯成分、夹杂物、铸坯偏析进行理化分析. 经 失效 15 d 后抗拉强度控制在 1200 MPa 以上，断后 伸长率 17% 以上，断面收缩率 35% 以上，检测结 果符合企业指标，说明企业轧钢工艺符合产品力 学要求. 其力学性能见表 3. 表 1 连铸机主要参数 Table 1 Main parameters of continuous-casting machine Caster type Flow number Radius / m Metallurgical length / m Flow spacing / mm Arc 8 10 30.6 1250 Lengths / mm Casting speeds / (m∙min−1) Electromagnetic stirring Straightening method Slab cooling mode 6000‒12000 3.2 F-EMS Continuous straightening Water-cooling + air-vapor cooling 吕    明等： 连铸工艺参数对 SWRH82B 高碳钢碳偏析的影响 · 103 ·