徐党委 安亮亮 杨俊锋

(安阳钢铁集团有限责任公司)

电磁搅拌对板坯质量及中厚板力学性能的影响

徐党委 安亮亮 杨俊锋

(安阳钢铁集团有限责任公司)

分析了板坯连铸机电磁搅拌对板坯质量及中厚板力学性能的影响。从铸坯低倍检测可以看出电磁搅拌使用后铸坯内部中心偏析明显改善，中间裂纹得以消除;采用电磁搅拌辊安装在一段末和二段末的方式，负偏析带宽度由原来的10 mm减小到了5 mm左右，正、负偏析带上的成分与熔炼成分相差较小。从轧制钢板结果表明:负偏析带在轧制过程中具有遗传性;负偏析带及周围区域的化学成分在允许波动范围之内，电磁搅拌对中厚板的强度性能影响不大，而延伸合格率有所提高。

二冷电磁搅拌 负偏析带 排布方式 力学性能

0 前言

随着钢材性能要求更加严格以及厚规格钢板的广泛应用，安钢第一炼轧厂板坯不能满足生产高质量钢板要求，存在中间裂纹及中心偏析等内部质量缺陷。为改善铸坯中心偏析、消除中间裂纹和提高铸坯质量，一炼轧板坯连铸机安装使用了二冷区电磁搅拌。笔者通过对铸坯低倍检验、轧材拉伸试验及金相组织分析等手段，研究了二冷电磁搅拌对板坯内部质量及中厚板性能的影响。

1 二冷区电磁搅拌原理

连铸二冷区电磁搅拌借助电磁搅拌产生的电磁力作用来强化铸坯中凝固钢液的运动，从而改变钢液凝固过程中的流动，传热及迁移过程;有效改善铸坯的内部组织结构，增加等轴晶率比例，减轻中心偏析，消除中心缩孔和裂纹［1］。

安钢第一炼轧厂板坯连铸机采用辊式电磁搅拌方式如图1所示，两根搅拌辊对置，一流用两对，形成蝴蝶形电磁流场，连铸机和电磁搅拌设计参数见表 1、表2。

图1 二冷电磁搅拌蝴蝶形流场示意图

表1 连铸机设计参数

表2 电磁搅拌设计参数

2 二冷电磁搅拌对铸坯内部质量的影响

2.1 电磁搅拌对铸坯质量的影响

铸坯内部质量宏观分析有硫印检测和低倍检验两种方法，笔者主要对铸坯横截面、四分之一和二分之一处纵截面进行低倍检验。为比较电磁搅拌对铸坯质量的影响，在船体结构用钢AH32钢种(Al含量大于0.020%)上进行了对比试验。从铸坯低倍分析得到:使用电磁搅拌后铸坯内部质量明显改善，其中间裂纹和中心偏析明显减轻;没有使用电磁搅拌铸坯四分之一和二分之一处纵截面中心偏析均为A类，偏析3.0级，并有明显的裂纹存在;使用电磁搅拌铸坯纵向四分之一和二分之一处的中心偏析减轻到0.5级、无中间裂纹，具体如图2所示。

图2 电磁搅拌试验前后低倍对比

对使用电磁搅拌铸坯进行热浸蚀试验时，发现有两种情况的微裂纹存在:一种是内弧侧负偏析带以内仍是柱状晶，微裂纹沿柱状晶晶间产生;另一种是内弧侧等轴晶区的微细裂纹。这两种裂纹产生区域虽晶型组织不同，但本质原因都是冷却强度大、搅拌强度弱引起铸坯矫直过程产生应力造成的。第一种比第二种危害更大，铸坯经过电磁搅拌辊时，铸坯液芯的凝固前沿仍存在有较大的温度梯度，导致柱状晶继续生长;由于柱状晶的晶间平直结合力弱，这和没有使用电磁搅拌时的柱状晶一样，在矫直过程中沿柱状晶晶间开裂产生裂纹。第二种微裂纹产生在等轴晶区，形成的主要原因也是冷却强度大和搅拌强度弱，使得等轴晶区过早形成。这样在矫直时等轴晶区处于低强度、低塑性状态，导致微裂纹的产生。消除微裂纹的方法是减小二冷区的冷却强度，同时适当提高电磁搅拌的功率。

2.2 电磁辊排布对铸坯质量的影响

电磁搅拌辊的排布对铸坯内部质量有重要的影响，一炼轧板坯连铸机电磁辊的排布方案设计有两种:一是将两对电磁搅拌辊排布在一段末和二段初;二是将两对电磁搅拌辊排布在一段末和二段末。从两种排布的铸坯低倍对比结果来看:两种排布方式所产生的负偏析带宽度和偏析成分含量均有一定的变化，第一种排布的负偏析带宽度在10 mm左右，正、负偏析带上的成分与熔炼成分相差较大，第二种排布的负偏析带宽带在5 mm左右，正、负偏析带上的成分与熔炼成分相差较小。搅拌辊排布形式的变化大大改善交替存在正负偏析带的数量和程度，又进一步消除中心偏析，保证足量大的等轴晶区域，避免产生中间裂纹。

图3 电磁搅拌辊不同排列位置的铸坯低倍

2.3 电磁搅拌与辊缝

收缩辊缝能有效阻止钢液发生纵向流动，从而减轻或消除V型偏析，改善中心偏析;与电磁搅拌合理的搭配，能够起到更好的效果。使用电磁搅拌的低合金高强度结构用钢AH60铸坯低倍，其横剖面存有严重的点状偏析，从纵剖面看是V型偏析，同时中心偏析也存在。这是由于铸坯中心区域凝固末期富含低熔点元素的钢液发生了纵向流动造成的，要减轻中心偏析和V型偏析除增加电磁搅拌强度，还要坚持辊缝制度，避免钢液在凝固末期流动。

3 电磁搅拌对钢材组织结构及性能的影响

铸坯内部质量影响着钢材产品的机械性能，特别对延伸性能影响比较大，笔者通过金相分析、拉伸试验、统计等手段，分析了电磁搅拌对钢材组织结构及性能的影响。

3.1 电磁搅拌对组织的影响

对规格为15mm厚的Q345qC钢板试样经抛光、热侵蚀金相分析如图4所示。从观察到的组织图可知:距上、下表面厚度1/4处，各观察到一条负偏析带，负偏析带处的铁素体(F)晶粒稍粗，负偏析带两侧组织的晶粒度差别在0.5级。

图4 Q345qC负偏析带附近组织图

3.2 电磁搅拌对性能的影响

3.2.1 电磁搅拌对拉伸性能的影响

为了解电磁搅拌铸坯内部负偏析带对轧材性能的影响，特对厚规格钢板进行分层拉伸试验，试样编号为:1#、2#和 3#;1#和 2#试样使用电磁搅拌，3#试样没有使用电磁搅拌。将1#、2#和3#试样沿厚度方向进行分层拉伸试验，取样位置分别对应铸坯的内弧表层、内弧负偏析带处(内弧四分之一处)、中心、外弧负偏析带处(外弧四分之一处)和外弧表层，试样厚度为5mm，宽度为20mm的拉伸试样;将其拉伸性能与整体试样的性能数据进行对比，整体试样的性能数据见表3所示，分层试样的性能如图5所示。

由图5可看出:电磁搅拌对中厚板的力学性能影响不大，这与吴夜明的研究结果相一致［2］。板坯使用电磁搅拌产生负偏析带，但负偏析带及其周围区域的化学成分变化在允许波动范围之内;而未使用电磁搅拌板坯中心偏析程度严重，造成分层延伸性能波动较大。

表3 1#、2#和3#试样整体力学性能数据

图5 分层试样的拉伸试验力学性能分布

3.2.2 电磁搅拌对钢板延伸合格率的影响

铸坯内部质量影响着钢材产品性能，特别对钢材的延伸性能影响比较大。为了解电磁搅拌对其性能的影响，对延伸性能的影响，对使用电磁搅拌前后铸坯所轧成材的延伸性能进行了统计见表4。使用电磁搅拌后所有钢种延伸合格率均有不同程度的提高，锅炉压力容器用钢Q345R和低合金高强钢结构用钢(Q390以上)改善尤为明显。

表4 不同钢种的延伸合格率对比

从对不同规格钢板延伸合格率的统计来看:二冷电磁搅拌使用后，其延伸合格率都有不同程度的提高，尤其20 mm～50 mm中、厚规格钢板的延伸合格率增加较大，见表5。

表5 不同规格延伸合格率对比

4 结论

1)板坯使用二冷电磁搅拌之后，铸坯内部质量得到明显改善，中心A类偏析明显下降，中间裂纹得以消除;同时，采用不同电磁辊的排布方式，得到的搅拌效果也不同。安钢第一炼轧厂板坯连铸机的电磁搅拌辊排布采用第二种方案后，负偏析带宽度由第一种方案的10.0mm减小到了5.0mm左右，正、负偏析带上的成分与熔炼成分相差较小。消除微裂纹的方法是减小二冷区的冷却强度，同时适当提高电磁搅拌的功率。

2)收缩辊缝能够有效阻止钢液发生了纵向流动，从而减轻或消除V型偏析，改善中心偏析;与电磁搅拌合理的搭配，能够起到更好的效果。

3)从对钢板试样的金相分析、拉伸试验结果表明:负偏析带在轧制过程中具有遗传性;负偏析带及周围区域的化学成分在钢种化学允许波动范围之内，分层试样的力学性能与整体性能的差别不大，而对没有使用电磁搅拌的试样，其屈服强度和抗拉强度波动不大，而延伸性能波动较大。

4)对使用电磁搅拌前后铸坯所轧成材的延伸性能统计表明:使用电磁搅拌后，所有钢种的延伸性能都有所提高，而高级别钢种的延伸性能合格率提高的更加显著。

［1］ 董珍，刘平，云霞.电磁搅拌在包钢圆坯铸机上的应用研究［J］.包钢科技，2008，34(4);20 ～22

［2］ 吴夜明，姚留枋.电磁搅拌对铸坯化学成分偏析影响机理［J］.特殊钢，1999，(3);13～16

EFFECT OF EMS ON THE INTERNAL QUALITY OF CONTINUOUS CASTING SLAB AND THE MECHANICAL PROPERTIES OF MEDIUM AND HEAVY STEEL PLATE

Xu Dangwei An Liangliang Yang Junfeng

(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

The paper describes the effect of secondary cooling zone electromagnetic stirring(S－EMS)on the internal quality of slab and mechamical properties of heavy plate.Macro inspection shows that center segregation and internal crack have been improved and eliminated，after the secondary cooling zone electromagnetic stirring devie are fixed and applied.The width of negative segregated zone will reduce from 10mm to 5mm.And the difference of chemical composition between negative segregated zone and molten steel is relatively small when the electromagnetic stirring rolls of secondary cooling zone are installed at the terminals of the first and second zone.Analysis to steel shows the negative segregated zone has heredity during rolling，the chemical compositions of the negative segregated zone and its adjacent area are within the required range，the effect of secondary cooling zone electromagnetic stirring on strength of plate is small，but elongation improved.

Secondary cooling zone electromagnetic stirring(S－EMS)Negative segregated zone Layout method Mechanical properties

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2011—9—12