王志軍

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司)

0 前言

隨著國際和國內(nèi)市場鎳價(jià)的持續(xù)波動(dòng)，國內(nèi)不銹鋼市場以鉻代鎳呈現(xiàn)出增長趨勢，其中430鐵素體不銹鋼的需求增長最快。430不銹鋼作為高等級用途的不銹鋼，多用于裝飾、廚具、造幣等行業(yè)。430不銹鋼制品對材質(zhì)表面質(zhì)量的要求十分苛刻，實(shí)際使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)制品表面起皺的缺陷，導(dǎo)致廢品率加大。430不銹鋼鉻含量大于16%，在凝固時(shí)不發(fā)生相變，一直保持著鐵素體的組織結(jié)構(gòu)，晶粒長大過程中無相變對柱狀晶起阻礙作用，從而造成其柱狀晶比較發(fā)達(dá)，等軸晶比例偏低。生產(chǎn)實(shí)際和試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明，提高430不銹鋼連鑄坯等軸晶率是改善430不銹鋼制品表面起皺現(xiàn)象的關(guān)鍵［1-2］。筆者通過對430不銹鋼連續(xù)澆鑄過程中連鑄坯等軸晶率變化規(guī)律的探討，對澆鑄過程中爐次之間的變化因素進(jìn)行了分析，最終根據(jù)分析結(jié)果提出了優(yōu)化其工藝的方法，以期有助于實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆鑄過程中連鑄坯等軸晶率的整體提高，最終大幅度減少430不銹鋼制品表面起皺缺陷。

1 連鑄坯等軸晶率的測試及計(jì)算

在430不銹鋼連鑄坯沿厚度方向上截取低倍試樣(試樣規(guī)格：200 mm(厚)×1260 mm(寬)×80 mm(長))，然后將截面用萬能數(shù)控銑床拋光后作為等軸晶檢驗(yàn)面，并在鹽酸池酸蝕2 h后使試樣的檢驗(yàn)面晶粒顯現(xiàn)，完成試樣制作。等軸晶區(qū)域和測量點(diǎn)如圖1、圖2所示。

圖1 等軸晶區(qū)域

圖2 等軸晶測量點(diǎn)示意圖

在截取的低倍試樣上，依據(jù)圖2所示位置分別測量各點(diǎn)的等軸晶厚度，代入下面推薦公式進(jìn)行等軸晶率計(jì)算：

等軸晶率(%)=(((A1+B1+C1+D1)+(A2+B2+C2+D2))/4)/d×100%

其中：A1、B1、C1、D1——等軸晶窄區(qū)寬度;

A2、B2、C2、D2——等軸晶寬區(qū)寬度;

A、D——距離連鑄坯邊部200 mm的測量點(diǎn);

B、C——A、D兩測量點(diǎn)之間的任意兩測量點(diǎn);

d——理論連鑄坯厚度。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用某鋼鐵公司煉鋼廠以恒定澆鑄工藝生產(chǎn)的430不銹鋼連澆一個(gè)中包連鑄坯，并以其等軸晶率變化情況為研究對象。本次澆鑄為六連澆。其化學(xué)成分見表1。

表1 主要化學(xué)成分

2.2 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)的等軸晶率測量采取連鑄一個(gè)中包，在第1爐取第1塊鑄坯頭、尾部的低倍試樣;在最后1爐取倒數(shù)第1塊鑄坯頭、尾部的低倍試樣;中間爐次取本爐第3塊鑄坯頭部的低倍試樣。通過對連澆爐次過程中的參數(shù)變化分析連鑄坯等軸晶率在連鑄過程中的變化，并對爐次之間僅有的化學(xué)成分和過熱度的變化對連鑄坯等軸晶率的影響進(jìn)行分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 連續(xù)澆鑄工藝對連鑄坯等軸晶率的影響

試驗(yàn)澆次在澆鑄過程中采用恒拉速，固定電磁攪拌模式，相同輕壓下以及一冷水模式。依據(jù)取樣方法換算為澆鑄長度，并對應(yīng)澆鑄爐次，計(jì)算出相應(yīng)的等軸晶率。通過對430不銹鋼連續(xù)澆鑄過程中不同澆鑄連鑄坯長度的取樣，測量其對應(yīng)的等軸晶寬度，并計(jì)算出連鑄過程中等軸晶率的數(shù)值，其變化曲線如圖3所示。

圖3 連鑄過程等軸晶率變化

將連鑄澆次開澆與停澆時(shí)期的澆鑄連鑄坯剔除，一個(gè)中包連鑄澆鑄過程除受爐次成分與過熱度影響外，連鑄工藝參數(shù)恒定，連鑄坯等軸晶率無顯著變化。但隨著澆次的增加連鑄機(jī)本身冷卻效率略有降低，逐漸縮小了連鑄坯內(nèi)外的溫度梯度，從而使連鑄坯等軸晶率隨澆鑄長度的增加呈現(xiàn)出提高趨勢。

中包澆次開澆，第一爐第1塊連鑄頭端開澆后受設(shè)備吸熱以及低速強(qiáng)冷的影響造成過熱度過低。由于鋼液的粘度大，造成電磁攪拌效率低，表現(xiàn)為二次柱狀晶增長較大，等軸晶寬區(qū)較寬而窄區(qū)較窄。當(dāng)拉速升到目標(biāo)拉速后二冷比水量減弱，過熱度升高而鋼液粘度降低，電磁攪拌效率得到了提高，等軸晶率達(dá)到了本爐次的最大值。

中包澆次最后一爐尾坯尾端由于中包鋼水量逐漸減少，造成過熱度降低，而連鑄機(jī)本身達(dá)到澆次的最高溫度，減少了連鑄坯內(nèi)外的溫度梯度，從而使末期連鑄坯窄區(qū)與寬區(qū)的等軸晶率達(dá)到了本爐次的最大值。隨著澆次結(jié)束，連鑄降速封頂，坯尾急速冷卻又造成了連鑄坯等軸晶寬區(qū)與窄區(qū)同時(shí)變小。

3.2 化學(xué)成分對連鑄坯等軸晶率的影響

430不銹鋼中的C和N兩元素是影響連鑄坯等軸晶率的主要元素，這已為許多文獻(xiàn)［2-4］所證實(shí)。為此重點(diǎn)將成品［C］+［N］%含量與連鑄坯等軸晶率之間的關(guān)系作為研究對象。試驗(yàn)結(jié)果表明澆鑄爐次成品［C］+［N］%含量與連鑄坯等軸晶率之間呈正相關(guān)關(guān)系，這一事實(shí)與相關(guān)的研究結(jié)果相一致。［C］+［N］%含量與連鑄坯等軸晶率之間的變化關(guān)系如圖4所示。

圖4 ［C］+［N］%對連鑄坯等軸晶率的影響

在不銹鋼中C和N兩元素都是強(qiáng)奧氏體形成元素，隨著鋼中［C］+［N］%含量的增加，γ奧氏體區(qū)域擴(kuò)大，則連鑄坯凝固時(shí)有可能發(fā)生α→γ相變，并起到阻礙柱狀晶長大的作用，從而使等軸晶數(shù)量得到增加。因此，適當(dāng)增加430不銹鋼中［C］+［N］%含量對提高連鑄坯等軸晶率是有益的。

但某鋼鐵公司多年的生產(chǎn)實(shí)際也表明，鐵素體不銹鋼中［C］+［N］%含量的增加會(huì)對鋼材的耐蝕性能和焊接性能造成影響，因此，為了提高430鐵素體不銹鋼連鑄坯的等軸晶率，是否需要增加鋼中［C］+［N］%含量必須綜合考慮各方面的影響因素。

3.3 過熱度對連鑄坯等軸晶率的影響

過熱度是中包溫度與鋼種液相線溫度之間的差值。試驗(yàn)澆鑄爐次過熱度與連鑄坯等軸晶率之間亦呈正相關(guān)關(guān)系。即隨著中包過熱度的逐漸減小，430不銹鋼低倍組織中的等軸晶率逐漸提高。過熱度對連鑄坯等軸晶率的影響如圖5所示。

根據(jù)成分過冷理論，固液交界面前沿存在一個(gè)溶質(zhì)富集層［5］。過熱度越小，鋼水中的溫度梯度也越小，成分過冷區(qū)將逐漸擴(kuò)大，固液交界面前沿的溶質(zhì)富集層會(huì)不斷析出新的晶核，其不斷長大并阻止柱狀晶向連鑄坯內(nèi)生長，從而形成等軸晶區(qū)域。因此，在保證連澆順利的前提下，降低過熱度有利于連鑄坯等軸晶率的提高。

圖5 過熱度對連鑄坯等軸晶率的影響

3 結(jié)論

1)在相同連鑄工藝下，430不銹鋼連澆過程中不同爐次之間的連鑄坯等軸晶率變化不顯著。

2)在同一中包澆鑄過程中，430不銹鋼連鑄頭坯和尾坯等軸晶率受連鑄開澆和停澆工藝的影響，連鑄坯縱向等軸晶率呈現(xiàn)出不均勻特性。

3)提高鋼中［C］+［N］%含量對430不銹鋼連鑄坯等軸晶區(qū)域的擴(kuò)展是有益的，但必須在滿足鋼種性能的前提條件下綜合考慮。

4)降低430不銹鋼澆鑄過程中的過熱度亦能提高連鑄坯等軸晶率，但應(yīng)慎重，應(yīng)根據(jù)連鑄澆鑄過程中的多次實(shí)踐適當(dāng)降低過熱度。

［1］ 馮兵，陳興潤，王建澤.連鑄工藝參數(shù)對430鐵素體不銹鋼等軸晶率的影響［J］.鑄造，2013，62(7)：646-648.

［2］ 常鍔，梁建平.化學(xué)成分對430鐵素體不銹鋼凝固結(jié)構(gòu)的影響［J］.寶鋼技術(shù)，2012(3)：36-40.

［3］ 王賀利.提高430鐵素體不銹鋼連鑄坯等軸晶比例的工藝實(shí)踐［J］.上海金屬，2007，29(6)：27-29.

［4］ 顏偉，張鑫，楊弋濤.碳氮對鐵素體不銹鋼鑄錠宏觀凝固組織的影響［J］.特種鑄造及有色合金，2012，36(9)：801-803.

［5］ 朱京希，王龍妹，戚國平，等.稀土對鐵素體不銹鋼凝固組織的改善［J］.稀土，2005，26(5)：81-83.