馬 昆

（唐鋼型線事業(yè)部，河北 唐山 063000）

本研究以某鋼廠的SWRH382B預(yù)應(yīng)力鋼絞線為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，根據(jù)該企業(yè)生產(chǎn)工藝，首先取300mm鑄坯一塊，然后從該塊鑄坯上截取式樣一塊（30mm），作為低倍檢驗(yàn)和成分分析試樣。

1 實(shí)驗(yàn)方法

在SWRH382B鑄坯截面試樣上采用2.5mm鉆頭鉆入5mm，取10g～15g鋼屑作為成分分析試樣，取樣方法如圖1所示。其中，中心點(diǎn)為5點(diǎn)，4點(diǎn)、6點(diǎn)位置位于距離中心點(diǎn)55mm處，3點(diǎn)、7點(diǎn)位于距中心點(diǎn)38mm處，1點(diǎn)、2點(diǎn)、8點(diǎn)、9點(diǎn)位于距鑄坯截面試樣邊緣5m處。試樣的碳偏析指數(shù)由如下公式表示：碳偏析指數(shù)=（取樣點(diǎn)化學(xué)成分測(cè)定值÷化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果的加權(quán)平均值）×100%。

圖1 取樣方法及試樣點(diǎn)位置

按照低倍檢驗(yàn)試驗(yàn)操作規(guī)程，在1：1鹽酸溶液中完全侵入截面試樣，并升溫至75℃，并保溫30min后取出。首先，用5%的碳酸鈉水溶液清洗試樣表面腐蝕產(chǎn)物，然后再用清水對(duì)其進(jìn)行清潔，最后用熱風(fēng)機(jī)吹干試樣，用電子掃面議對(duì)試樣進(jìn)行掃描并獲得低倍圖像，用于分析試樣的低倍檢驗(yàn)缺陷，并按照鋼材料中心偏析對(duì)其進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及工藝優(yōu)化

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

連鑄工藝正常運(yùn)行的重要條件即為合適的鋼水過熱度，因此，本研究在連鑄工藝參數(shù)（比水量、拉速）恒定的條件下，取樣過程中考慮了不同鋼水過熱度，研究試樣連鑄成坯碳偏析與鋼水過熱度的關(guān)系，如表1所示，為缺陷評(píng)級(jí)、中心碳偏析以及工藝條件。如圖2所示，試樣元素偏析指數(shù)在不同鋼水過熱度條件下的結(jié)果，圖3為低倍缺陷所示，為缺陷評(píng)級(jí)、中心碳偏析以及工藝條件。如圖2所示，試樣元素偏析指數(shù)在不同鋼水過熱度條件下的結(jié)果。

表1 工藝參數(shù)及結(jié)果

圖2 鋼水過熱度與中心偏析的關(guān)系

圖3 低倍檢驗(yàn)結(jié)果

圖2 可見，試樣中心碳偏析指數(shù)隨著鋼水過熱度的增大而增加，且愈發(fā)嚴(yán)重。這是因?yàn)?，試樣組織中的柱狀晶隨著鋼水過熱度的增加而迅速長(zhǎng)大，枝晶間的溶質(zhì)元素隨著未凝固鋼水的而富集，引起了中心偏析嚴(yán)重的問題。由圖3可見，在連鑄工藝參數(shù)（比水量、拉速）恒定的條件下3號(hào)和2號(hào)的鋼水過熱度較高，出現(xiàn)了嚴(yán)重的中心縮孔、偏析問題，3號(hào)試樣的中心縮孔評(píng)級(jí)達(dá)到了2.0，這種缺陷對(duì)鑄坯的使用壽命和質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。此外，這兩個(gè)試樣還出現(xiàn)了角部裂紋，這可能是因?yàn)槊摲浆F(xiàn)象導(dǎo)致的。通常情況下，柱狀晶區(qū)域是裂紋常發(fā)地區(qū)，斷裂基本沿著晶界延展的。

在鋼水過熱度和拉速恒定的條件下，如表2所示，為試樣成分偏析與二冷比水量的關(guān)系以及缺陷評(píng)級(jí)。如圖4所示，試樣元素偏析指數(shù)在不同二冷比水量條件下的結(jié)果，圖5為低倍缺陷所示，為缺陷評(píng)級(jí)、中心碳偏析以及工藝條件。

圖5 低倍檢驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，在在鋼水過熱度和拉速恒定的條件下，隨著二冷比水量的增加，試樣偏析指數(shù)有所下降。可見，隨著冷卻強(qiáng)度的增加，隨著鑄坯凝固速率的增加，枝晶生成速度加速，這個(gè)過程中會(huì)有大量的細(xì)密枝晶洗出，最終形成密集的枝晶骨架，對(duì)晶體沉淀引起的偏析起到了一定的阻礙作用，降低了緩慢凝固溶質(zhì)量，對(duì)中心偏析起到了抑制作用。

如圖5所示，試樣的中心缺陷受二冷比水量的增加而未發(fā)送明顯惡化，但是4號(hào)試樣在取樣過程中鋼水過熱度較高，還存在明顯的中心缺陷。于是，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)矯直溫度進(jìn)行了測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)的過程中的該溫度均高于試樣的理論矯直溫度，說明二冷比水量的提高還存在一定的空間。

通過上述研究，可將二冷比水量調(diào)整為0.72L/kg，在其他連鑄工藝恒定的條件下，研究試樣碳偏析與拉速的關(guān)系，結(jié)果如表3所示。由此可見，5號(hào)試樣的產(chǎn)生的中心偏析和缺陷較為嚴(yán)重，這是因?yàn)?號(hào)試樣工況下，拉速較低，導(dǎo)致二冷區(qū)域內(nèi)的鑄坯停留時(shí)間變長(zhǎng)，鑄坯過冷多導(dǎo)致。6號(hào)試樣的中心缺陷明顯降低，且偏析指數(shù)為1.09，可見，在該工況下的鋼坯質(zhì)量較好。

表3 工藝條件及結(jié)果

2.2 工藝優(yōu)化

通過上述實(shí)驗(yàn)可知，SWRH382B預(yù)應(yīng)力鋼的中心縮孔和中心偏析與鋼水過熱度、拉速、二冷比水量有很多關(guān)系，因此筆者提出SWRH382B預(yù)應(yīng)力鋼的整體優(yōu)化方案，如表4所示。

表4 優(yōu)化方案

3 結(jié)論

綜述所示，SWRH382B預(yù)應(yīng)力鋼的質(zhì)量控制可通過增加拉速、提高比水量以及降低鋼水過熱度來改善；當(dāng)鋼水過熱度較大時(shí)，匹配和優(yōu)化二冷比水量和拉速可有效降低鑄坯的中心偏析和中心縮孔缺陷。因此，通過本實(shí)驗(yàn)將工藝優(yōu)化為：將鋼水過熱度控制在20℃以下。如果中間包過熱度恒定的情況下，比水量可以拉速進(jìn)行優(yōu)化匹配，比水量為0.72L/kg，拉速為1.76m/min。