范方國，賀繼勇，解洪超，劉 磊，李鵬超

（臨沂鋼鐵投資集團(tuán)特鋼有限公司，山東 臨沂 276023）

1 前 言

45鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.42%～0.50%，屬于中碳鋼的一種，廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件制造。因?yàn)楸旧碛捕炔桓咔乙浊邢骷庸?，?jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后，可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性，具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，尤其是在交變載荷條件下工作的部件如齒輪、軸、螺栓、連桿等。由于45鋼中只加了少量一些普通合金Si和Mn，比較經(jīng)濟(jì)適用，因而得到了廣泛使用。但如今行業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求越來越高，對45鋼的內(nèi)在質(zhì)量要求也會(huì)越來越嚴(yán)格。特別是用45鋼連鑄圓坯做齒輪的時(shí)候，齒輪鋼對鋼的淬透性和變形性要求比較高，這主要取決于鋼的化學(xué)成分的均勻性，特別是對其影響最大的元素碳，這就要求齒輪用連鑄圓坯鋼成分的均勻性要好，特別是碳的偏析要小。近年來，隨著連鑄裝備和技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，結(jié)晶器電磁攪拌與末端電磁攪拌技術(shù)在連鑄中已得到廣泛應(yīng)用[1-2］，結(jié)晶器與末端電磁攪拌參數(shù)的選擇對連鑄鋼水凝固過程的成分偏析有較大影響[3］，因此優(yōu)化電磁攪拌參數(shù)對減輕連鑄坯的碳偏析和促進(jìn)連鑄坯橫截面硬度均勻性具有重要意義。

2 試驗(yàn)條件和方法

臨沂鋼鐵投資集團(tuán)特鋼有限公司（以下簡稱鋼投特鋼）10 機(jī)10 流方圓坯連鑄機(jī)配有結(jié)晶器電磁攪拌與末端電磁攪拌裝置，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)為：鋼包容量120 t；中包容量45 t；結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)范圍：頻率2～5 Hz，電流20～600 A；末端電磁攪拌參數(shù)范圍：頻率2～8 Hz，電流20～800 A。中間包過熱度20～35 min。結(jié)晶器電磁攪拌裝置安裝在距結(jié)晶器口380 mm 處，攪拌方式為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)攪拌；末端攪拌器安裝在鋼水凝固的前端，攪拌方式為交替式旋轉(zhuǎn)攪拌，均可通過改變電磁攪拌頻率及電流改變攪拌強(qiáng)度。

試驗(yàn)鋼種為碳含量在0.42%～0.50%的45齒輪用鋼，規(guī)格為Φ210 mm 連鑄圓坯。對不同試驗(yàn)條件下的連鑄坯取樣，采用Φ5 mm 鉆頭在Φ210 mm連鑄坯的橫斷面上取樣，每個(gè)連鑄斷面上共計(jì)取9個(gè)點(diǎn)（5 點(diǎn)為中心點(diǎn)，3、7 為1/2R 處，1、9 為皮下10 mm 處，其他點(diǎn)分別為1/4R、3/4 R 處）如圖1 所示，用C-S 分析儀分析各點(diǎn)的碳含量。以現(xiàn)生產(chǎn)工藝參數(shù)為對比基礎(chǔ)，分析不同電磁攪拌參數(shù)對連鑄坯碳偏析的影響。

圖1 連鑄圓坯及成分分析取樣位置

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對同一爐的不同流上采用不同的電磁攪拌參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，參數(shù)如表1 所示，拉速均為0.22 m/min。按照圖1 中的方式進(jìn)行取樣測試，碳含量測試結(jié)果如表2所示。

表1 Φ210 mm 45鋼連鑄圓坯電磁攪拌試驗(yàn)工藝參數(shù)

表2 Φ210 mm 45鋼連鑄圓坯電磁攪拌試驗(yàn)結(jié)果 %

從表2 的試驗(yàn)結(jié)果可看出：采用M+F-EMS 效果明顯優(yōu)于單獨(dú)采用M-EMS。單獨(dú)使用M-EMS時(shí)，碳成分變化大，極差（最大值與最小值之差）達(dá)到0.11%以上；而采用復(fù)合電磁攪拌碳成分變化比較小，極差都在0.09%以下；使用復(fù)合電磁攪拌碳含量的最高點(diǎn)大多在1/2R 處，而單獨(dú)使用M-EMS時(shí)其碳含量的最高點(diǎn)出現(xiàn)在中心處；從對碳成分的穩(wěn)定性和極差看，45 鋼Φ210 mm 連鑄圓坯最佳使用參數(shù)為：M-EMS 為2 Hz/200 A；F-EMS 為8 Hz/250 A，極差都在0.06%以下。

不同電磁攪拌參數(shù)下的C偏指數(shù)變化如圖2～圖4 所示。從圖中可以看出，使用M+F-EMS 比單獨(dú)使用M-EMS時(shí)對連鑄圓坯碳偏析的改善效果要好。單獨(dú)使用M-EMS時(shí)C偏指數(shù)的最大值達(dá)到了1.14，最小值到了0.89；而使用M+F-EMS時(shí)，C偏指數(shù)的最大值都在1.10 以內(nèi)，最小值到了0.90 以上；使用M+F-EMS 時(shí)，C 偏指數(shù)的最高點(diǎn)大多出現(xiàn)在1/2R 處。從不同的M+F-EMS 參數(shù)效果看，C 偏指數(shù)曲線波動(dòng)范圍最小最穩(wěn)定時(shí)對應(yīng)的電磁攪拌參數(shù)為：M-EMS為2 Hz/200 A；F-EMS為8 Hz/250 A。此時(shí)連鑄坯的C偏指數(shù)最大值都在1.08以內(nèi)，最小值都在0.93以上。

圖2 爐號(hào)100在不同電磁攪拌參數(shù)橫截面上C偏指數(shù)

圖3 爐號(hào)200在不同電磁攪拌參數(shù)橫截面上C偏指數(shù)

圖4 爐號(hào)300在不同電磁攪拌參數(shù)橫截面上C偏指數(shù)

4 結(jié) 論

4.1 使用復(fù)合電磁攪拌比單獨(dú)使用結(jié)晶器電磁攪拌對45鋼連鑄圓坯碳偏析的改善效果要好。

4.2 使用復(fù)合電磁攪拌碳偏析的高點(diǎn)大多出現(xiàn)在1/2R處。

4.3 45 鋼Φ210 mm 連鑄圓坯使用復(fù)合電磁攪拌（M+F-EMS）最佳參數(shù)，M-EMS 為2 Hz/200 A，F(xiàn)EMS為8 Hz/250 A。