改善钢板坯偏析研究

中心偏析是连铸坯的主要缺陷之一，它严重影响钢材的性能，如焊接性能、拉拔性能等。铸坯轻压下就是针对消除该缺陷的一种新技术，其机制为：在连铸坯液芯末端附近施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。轻压下一方面可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面，轻压下所产生的挤压作用可促进钢液中的溶质元素进行重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，起到改善中心偏析和减少中心疏松的作用［1－2］。马鞍山钢铁股份有限公司第四钢轧总厂（以下简称四钢轧）自2007年生产低合金高强钢以来，铸坯一直存在较严重的中心偏析，为解决这一问题，本文以低合金高强钢AH36为例，对轻压下制度做出对比优化试验研究，取得了显著效果，并推广应用。

1低合金高强钢AH36生产工艺流程

四钢轧生产AH36钢的工艺流程为：铁水预处理（KR）300t顶底复吹转炉吹氩站LF精炼230mm×2050mm铸坯连铸机。其中2号铸坯连铸机参数见表1，AH36钢的化学成分见表2。

2静态辊缝试验方案与结果分析

四钢轧2号板坯连铸机共有15个扇形段，其中1段与2段为机械固定式，3～15段为带位置传感器油缸浮动式，可以依据位置传感器设定值进行压下与抬起，2段为弯曲段，9段为矫直段。在2号机浇注AH36钢时，做静态辊缝试验及静态辊缝＋动态轻压下组合试验。

2．1静态辊缝试验方案2号连铸机共设计10条静态辊缝曲线，在浇注断面为230mm×1850mm、中包温度1540～1547℃、浇注速度维持在1．20m／min时，采用1号、6号、8号、9号静态辊缝曲线。为保证试验有效准确，对浇注每炉中同一流次第3块板坯取样，表3为静态辊缝曲线1号、6号、8号及9号压下量及压下率参数，结晶器出口厚度为237．5mm。

2．2静态辊缝试验结果与分析图1～3分别为采用6号、8号及9号辊缝曲线，浇注断面为230mm×1850mm、中包温度1540～1547℃、浇注速度维持在1．20m／min时，板坯试样经酸洗的低倍试样及中心偏析评级结果（中心偏析按YB／T4003—1997进行评级）。图1是板坯号10204246303采用6号辊缝曲线的1／2连铸板坯横向试样酸洗低倍图，6号辊缝曲线仅有轻微的辊缝锥度，最大锥度0．35m／min设置在9段矫直段。图1显示此铸坯有相对严重的中心偏析，中心偏析等级2．0级。图2是板坯号10204246303采用8号辊缝曲线铸坯的酸洗低倍图，8号辊缝曲线使用了较强软压下。最大锥度0．6mm／m设定在8段到11段。与图1相比，中心偏析明显改善；与图3相比，中心偏析质量下降，出现了较严重的中间裂纹。此外，在本炉发生一次漏钢报警，在提高拉速的过程中，观察到驱动辊在铸坯表面发生打滑，尽管拉速达到了设定值，浇完此炉没有问题，但这个试验说明静态锥度超过0．8mm／m时可能产生滞坯问题。图3是板坯号10304589303采用9号辊缝曲线铸坯的酸洗低倍试样图，9号辊缝曲线使用了轻软压下。最大的锥度0．6mm／m设定在8段到11段，与图1相比，中心偏析明显改善，中心偏析得级达B1．0级。本试验结果表明：随着静态锥度的增加，中心偏析得到一定程度的改善。

3静态辊缝＋动态轻压下组合试验方案与结果分析

3．1静态辊缝＋动态轻压下组合试验方案虽然静态辊缝轻压下能一定程度改善AH36钢中心偏析，但效果达不到使用要求，稍大的静态辊缝轻压下易造成低拉速下铸坯滞坯，特别是浇注中出现粘结、漏钢预报、自动报警等异常情况时更易发生，为此在保证扇形段对弧精度及辊缝控制精度的基础上，设计了静态辊缝＋动态轻压下组合试验方案。西马克板坯连铸机动态轻压下系统示意图见图4，其基本原理为：首先设定压下参数（压下率、压下段数）；其次由实际生产中动态凝固控制系统计算出铸坯凝固终点，推出凝固终点所位于的扇形段；最后判断出初始实施轻压下扇形段，依据设定参数进行压下。根据AH36钢的成分及凝固收缩特性设定了其静态辊缝值（如表3的1号静态辊缝曲线），设计现场试验连铸机2流分别选择方案Ⅰ和方案Ⅱ，双流均采用同一型号同一批次保护渣；在近乎相同工艺条件下，分别在2流指定的铸坯上同时取样，比较2种试验方案的试验效果。

3．2静态辊缝＋动态轻压下组合试验结果与分析现场试验共进行了12个浇次，110炉。以试验浇次CC2．100567，断面230mm×1800mm，钢种AH36为例，其试验数据如表5所示。对现场试验CC2．100567浇次中所取16块样进行酸蚀低倍检验，结果见表6。选取3、4流相同浇注工艺状况的2块试样进行对比，酸洗后的铸坯试样如图5、图6所示。从表6可以看出，方案Ⅱ的铸坯中心偏析质量明显优于方案Ⅰ，但方案Ⅱ的铸坯中间裂纹发生率稍高于方案Ⅰ。轻压下量要完全补偿压下区间内钢液在凝固过程中的体积收缩量，才能防止富集溶质钢液的流动，但是压下量过大会使铸坯内部产生裂纹，并使轻压下区夹辊受损，压下量过小，对中心偏析改善不明显。压下量大小须满足3个要求：1）能够补偿压下区间内的凝固收缩，减少中心偏析；2）避免铸坯产生内裂纹；3）压下时产生的反作用力要在铸机扇形段许可范围内［3］。在本试验中采用静态辊缝的适应性很窄，受到钢种、拉速等严重影响，而且压下量过大易导致滞坯风险。动态轻压下的适应性很强，基本不受拉速、钢种等影响，但针对具体钢种，须结合装备水平、现场实际等情况逐步摸索，没有一个定值。结合现场试验情况，适当调整轻压下压下率及压下量参数，以消除铸坯中间裂纹，最终确定了最优方案Ⅲ：1号静态辊缝＋动态轻压下DSC3，其中总压下量为5．16mm，具体参数见表7。3．3应用效果试验于2010年7月开始，至2010年10月结束，2010年11月后按最优方案Ⅲ投入现场生产。统计2010年2月至2011年5月AH36钢铸坯中心偏析情况如表8所示。从表8看出，AH36钢经压下参数优化后，铸坯中心偏析等级已达到平均C1．0，如图7所示，显著提高了铸坯质量，有效解决了铸坯中心偏析在轧制过程中带来的分层现象。

4结论

1）采用静态辊缝实施轻压下能在一定程度改善AH36钢中心偏析。但当总压下量超过9．36mm时易导致低拉速下铸坯滞坯。2）优化试验表明，方案Ⅱ的铸坯中心偏析质量明显优于方案Ⅰ，但方案Ⅱ的铸坯中间裂纹发生率稍高于方案Ⅰ，结合试验情况最终确定了最优方案Ⅲ为1号静态辊缝＋动态轻压下DSC3组合。3）在保证扇形段对弧精度及辊缝控制精度的基础上，优化AH36钢轻压下工艺参数，现场数据表明该钢种中心偏析质量得到了显著改善，中心偏析等级由原来的平均B1．5提高至C1．0。