馬強(qiáng)

本文對寶鋼大方坯連鑄實(shí)際生產(chǎn)條件下不同鋼水過熱度和二冷比水量對40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼宏觀偏析的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:硫與碳的偏析規(guī)律類似，高過熱度時(shí)，增加二冷比水量使低倍一般疏松級別增加。采用高過熱度、弱二冷比水量更有利于40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼橫斷面內(nèi)成分均勻性的改善，可以滿足汽車用鋼質(zhì)量要求。

汽車工業(yè)正朝著高性能、低成本、輕量化的方向發(fā)展，相應(yīng)地，對汽車用鋼的要求也在不斷提高。尤其是汽車動力系統(tǒng)，如發(fā)動機(jī)曲軸、連桿等零部件對鋼材的要求越來越苛刻。因此，能否滿足汽車企業(yè)對原材料的要求已經(jīng)成為當(dāng)前衡量一個(gè)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品檔次和質(zhì)量水平的重要標(biāo)志之一。節(jié)能型微合金非調(diào)質(zhì)鋼由于省去了高能耗的調(diào)質(zhì)工序，作為環(huán)境友好型產(chǎn)品受到了汽車工業(yè)的廣泛青睞，日本的一些汽車曲軸等零部件90%以上采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。

寶鋼股份電爐大方坯連鑄生產(chǎn)線為滿足高端市場需求、不斷改善汽車零部件用鋼的成分均勻性。作為實(shí)踐案例之一，本文選取了40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼，對不同連鑄鋼水過熱度和二冷比水量條件下宏觀偏析的情況進(jìn)行了研究。

1 研究條件和方法

1.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)在寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部150 噸電爐連鑄大方坯生產(chǎn)線進(jìn)行。工藝流程為:EAF 超高功率交流電弧爐→LF 鋼包精煉→VD 真空脫氣→CC 大方坯連鑄。

試驗(yàn)的鋼種為40NVS，實(shí)際化學(xué)成分(中間包鋼水樣，光譜法分析)如表1 所示，液相線溫度為1493℃。連鑄采用結(jié)晶器與凝固末端復(fù)合式電磁攪拌，拉速為0.65m/min，比水量采用0.20L/t 與0.26L/t對比模式。中間包鋼水過熱度采用點(diǎn)測量方法(每爐測溫次數(shù)不少于5次)，過熱度取測量結(jié)果的算術(shù)平均值。試驗(yàn)共連續(xù)澆鑄2爐鋼。

1.2 分析方法

連鑄坯熱送熱裝入加熱爐加熱，經(jīng)初軋開坯后，軋制成Φ90mm 棒材。對棒材從低倍與碳、硫成分偏析兩方面檢測宏觀偏析情況，具體方法為:

1)低倍檢驗(yàn):在每爐、每流的中間連鑄坯軋制的棒材上取薄片樣，按GB226標(biāo)準(zhǔn)做低倍宏觀酸浸試驗(yàn)，采用熱酸法浸蝕，按GB/T1979 第二套評級圖譜進(jìn)行評級。

2)碳、硫紅外分析:在酸浸后的低倍試樣上(取樣前將表面的酸浸部分剔除)，以圓點(diǎn)為中心、在任意直徑方向上每隔10mm 用直徑5mm 鉆頭取屑樣2-3g，樣品編號1-9 號，其中5 號為中心；另在該直徑兩旁柱狀晶與等軸晶交界處(CET)取4 點(diǎn)，樣品編號10-13 號，每片試樣共取13 個(gè)點(diǎn)(如圖1)，采用CS-444 紅外碳、硫氣體分析儀按GB/T20123 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳、硫含量測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 連鑄工藝對低倍組織的影響

試驗(yàn)結(jié)果見表2。在所有條件下低倍偏析均為0級。試驗(yàn)結(jié)果表明，澆鑄鋼水過熱度對低倍組織影響較大。高過熱度、弱比水量下，低倍組織以中心疏松為主，級別為1.0-1.5。高過熱度、大比水量以及低過熱度時(shí)，低倍為一般疏松，級別1.5-2.0。

在比水量不變的條件下，鋼水過熱度由37℃下降至9℃時(shí)，低倍一般疏松的程度加重。二冷比水量對低倍組織也有影響。在過熱度不變的條件下，加大比水量，一般疏松的程度加重。從低倍結(jié)果評級來看，在高過熱度情況下比水量對低倍組織的影響更加顯著。

2.2 連鑄工藝對碳、硫宏觀偏析的影響

1)過熱度對碳、硫偏析的影響

定義碳、硫含量的實(shí)測值與熔煉成分的比值為偏析指數(shù)(C/CO)，各點(diǎn)的碳、硫偏析指數(shù)及分布情況見表2、圖2。

從表2 可以看出，高過熱度條件下的碳、硫宏觀偏析明顯好于低過熱度的情況。以0.20L/t比水量為例，過熱度為37℃時(shí)，碳的偏析指數(shù)(取1st、2st 平均值)為0.98-1.06，標(biāo)準(zhǔn)差為0.025，碳、硫含量極差分別為0.03%、0.0045%，而過熱度為9℃時(shí)，碳偏析指數(shù)為0.94-1.10，標(biāo)準(zhǔn)差為0.04，碳、硫含量極差分別達(dá)0.06%、0.0085%。

從圖2 可以明顯看出，高過熱度下，靠近邊部的3 點(diǎn)(序號1、2、3 或7、8、9)，成分波動小(近似為直線)，中心區(qū)域第4 點(diǎn)和第6 點(diǎn)為負(fù)偏析，第5 點(diǎn)為正偏析，橫斷面內(nèi)碳分布曲線呈理想的“w”形，極差僅為0.032%(1st、2st 平均值)。而低過熱度下，碳在整個(gè)橫斷面內(nèi)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的宏觀偏析，碳的最高點(diǎn)出現(xiàn)在相當(dāng)于連鑄柱狀晶與等軸晶交界位置(CET)，最低點(diǎn)處于棒材中心，碳含量極差達(dá)0.063%，較高過熱度的情況明顯偏大。

2)比水量對碳、硫偏析的影響

在高過熱度條件下，將比水量增加到0.26L/t 后，碳在斷面上的分布曲線形狀發(fā)生了改變，除邊緣出現(xiàn)較大碳波動外，中心也由正偏析變?yōu)樨?fù)偏析，形狀變?yōu)榈湫偷?ldquo;M”形，整個(gè)斷面內(nèi)碳的波動幅度增加到0.044%，表明在高過熱度情況下，加大比水量使成分的均勻性惡化。低過熱度時(shí)加大比水量，碳的分布曲線形狀發(fā)生了輕微變化，但碳含量的極差未發(fā)生明顯改變，兩種比水量下，碳含量極差均超過0.06%，表明在此條件下，過熱度對宏觀偏析的影響占主導(dǎo)，而與水量的關(guān)系不大。

3 討論

一般認(rèn)為，連鑄高過熱度時(shí)柱狀晶發(fā)達(dá)，并造成嚴(yán)重的宏觀偏析。通常采取低過熱度澆鑄技術(shù)、獲得高等軸晶率的辦法來降低中心偏析。不同于以往研究結(jié)果，寶鋼大方坯連鑄機(jī)在37℃的高過熱度下，生產(chǎn)的40NVS 鋼含碳量極差獲得了較低的水平，顯著低于含碳量為0.20%的齒輪鋼在相近過熱度時(shí)的極差，而9℃的低過熱度造成了碳在橫斷面上的不均勻分布，并產(chǎn)生明顯的宏觀偏析。因此，對大方坯連鑄而言，低過熱度澆鑄理論并不適用。相反，適當(dāng)提高鋼水過熱度，增加柱狀品長度，并輔以適當(dāng)?shù)哪棠┒穗姶艛嚢杓夹g(shù)，對宏觀成分均勻性的改善十分有利。

4 結(jié)論

1)澆鑄鋼水過熱度對40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼宏觀偏析的影響顯著。低倍組織方面，高過熱度下以中心疏松為主，級別為1.0-1.5 級，低過熱度時(shí)以一般疏松為主，級別為1.5-2.0 級。高過熱度下橫斷面內(nèi)的碳、硫的分布較低過熱度更加均勻，37℃過熱度下，碳、硫極差分別為0.03%、0.004%，而9℃過熱度下分別為0.06%、0.007%。

2)二冷比水量對低倍及碳、硫宏觀偏析有一定影響，加大比水量后低倍一般疏松程度加重，且在高過熱度時(shí)的影響略大于在低過熱度的情況。高過熱度條件下采用弱比水量更有利于斷面碳成分均勻性的改善，而低過熱度下，水量的影響不顯著。

3)采用相對高過熱度、弱比水量工藝生產(chǎn)的40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼宏觀偏析可以滿足高品質(zhì)汽車曲軸用鋼的質(zhì)量要求。