改善小方坯弹簧钢中心碳偏析的实践

改善小方坯弹簧钢中心碳偏析的实践

孙光涛  桂仲林  王向红

（中天钢铁第三炼钢厂，江苏常州 21300）

摘  要：结合中天钢铁股份有限公司第三炼钢厂3#连铸机的生产实际，优化二冷比水量和结晶器电磁搅拌电流强度改善160 mm × 160mm 的60Si2MnA 弹簧钢方坯中心碳偏析，结果表明：比水量为1.0 L /kg；结晶器电磁搅拌强度为300 A/3 Hz 时中心碳偏析指数达到最小值1. 04，且铸坯的中心偏析指数波动更小。

关键词：弹簧钢；小方坯；结晶器电磁搅拌；二冷比水量；中心碳偏析

Improvement of Spring steel billet center

carbon segregation

Sun Guangtao, Gui Zhonglin, Wang Xianghong

(Zenith Steel No.3 Steelmaking Plant, Changzhou 213000, Jiangsu, China)

ABSTRACT：With the practical production situation of the billet caster in No.3 Steelmaking Plant of Zenith Steel Group Co., Ltd, Optimization of secondary cooling water ratio and M-EMS to improve the center carbon segregation of 160-by-160mm 60Si2MnA spring billet steel. The results showed that optimized parameters of M-EMS was current of 300A, frequency of 3HZ and secondary cooling water ratio was1.0 L /kg, the central carbon segregation index of 60Si2MnA spring billet steel was minimum as 1.04. and the center carbon segregation fluctuation was also lower

KEY WORDS：Spring steel, Billet, M-EMS, Secondary Cooling Water Ratio; Central carbon segregation

60Si2MnA钢是应用于汽车悬架弹簧的高档弹簧用钢，悬架弹簧在汽车行驶过程中，承受高频往复压缩运动，工作环境恶劣，对所用弹簧钢质量要求很高，由于60Si2MnA碳含量高，具有液相和固相间的温度区间较大、糊状区宽的特点，在小方坯连铸过程中铸坯中心易形成严重的碳偏析，且在后期的加热、轧制过程中难以消除，对热轧盘条的机械性能产生不利影响，导致线材在拉拔过程产生杯锥状断裂^[1]。利用结晶器电磁搅拌和提高二冷比水量是目前改善小方坯铸坯中心碳偏析的重要手段^[2]。

目前中天钢铁生产的160 mm × 160mm 的60Si2MnA 弹簧钢中心碳偏析控制1.08~1.17，用户在拉拔过程中出现杯锥状断裂，针对此情况，通过现场试验研究了结晶器电磁搅拌工艺参数及二冷比水量对铸坯中心碳偏析的影响，确定了最佳的工艺参数，改善了弹簧钢小方坯心部质量。

1 试验取样方法

中天钢铁第三炼钢厂生产60Si2MnA弹簧钢线材生产工艺流程：KR→120t转炉→LF精炼→RH真空处理→CCM连铸→线材轧制，表1为小方坯连铸机主要参数；现场试验在60Si2MnA 钢中间包过热度小于30 ℃条件下，调整连铸二冷比水量和结晶器电磁搅拌电流参数，对不同条件下生产出的铸坯样进行中心碳偏析及低倍缺陷检测。取350mm纵剖铸坯连续截取8片20 mm厚的小方坯铸坯，冷酸浸后用5 mm 的合金钻头取样，如图1 所示，钻取铸坯凝固中心( 缩孔位置) 或几何中心及4 基点1、2、3、4 位置钢屑，根据公式( 1) 计算中心碳偏析指数。用1∶1盐酸水溶液80 ℃保温30 min 侵蚀铸坯，根据YB /T 4002-1991 对低倍缺陷进行评级。

表1  连铸机主要技术参数

Table 1  Main parameters of continue casting machine

图1  铸坯横向低倍样切割示意图和钻屑五点法示意图

Fig.1Schematic diagram of horizontal low sample cutting of slab and Drilling chip five point method

（1）

2结果讨论与分析

2.1 比水量对中心碳偏析的影响

在相同拉速、电磁搅拌参数条件下，比水量由原来的0.4 L /kg提高至1.0 L /kg，检测铸坯表面质量与中心偏析情况，提高比水量后现场铸坯轿直温度降低50℃左右，酸洗低倍个别流次角部发现一段很浅的“发纹”，以及角部对面的铸坯面部也有一段“发纹”，结果见图2所示。 “发纹”的深度很浅，平时在其它钢种表面也发现类似“发纹”，试验铸坯表面抛丸后表面和角部没有发现明显缺陷，初步判断对表面质量影响不大。为做好跟踪将强冷铸坯单独组坯进行轧制，跟踪轧制和盘条取样，表面没有发现明显缺陷。

图2典型低倍 “发纹”

Fig.2 The typical of continuous casting low-fold "hairline"

提高比水量后铸坯中心碳偏析结果如图3所示，通过图3 可以看出，提高比水量后中心碳偏析指数有明显改善，偏析指数由原来的1.17降至1.08，但随着比水量进一步加大中心碳偏析指数有上升趋势。这是因为虽然小方坯铸坯二冷比水量增强有利于抑制碳元素的扩散富集，减轻中心碳偏析，但同时强冷也会促进柱状晶生长发达，柱状晶搭桥会阻碍凝固末期液态钢水补缩，加剧中心缩孔的形成，致使中心碳偏析有增加的风险^[3-4]。

图3 二冷比水量对中心碳偏析的影响

Fig.3 Effect of secondary cooling water ratio on center carbon segregation

2.2 结晶器电磁搅拌对中心偏析的影响

结晶器电磁搅拌有利于把初期凝固核心带向中心，提高铸坯等轴晶率，从而降低中心碳偏析和中心缩孔。因此，适当提高结晶器电搅能力是有利于降低中心碳偏析指数。但结晶器电搅也是一把“双刃剑”，太强电磁搅拌在改善铸坯内部质量的同时，会增加结晶器卷渣、耐材浸蚀等负面影响。对于结晶器电搅参数的选取，一般要求磁场强度范围450~600GS，断面小的取上限，断面大的取下限。由于磁场需要穿过厚厚的铜管，一般都要求频率小于5HZ，低频率的磁场穿透性强^[5-6]。

在保持二冷比水量与拉速不变条件下开展增大结晶器电磁搅拌参数试验，结晶器电搅由250A/5HZ提高到300A/3HZ，结果如图4所示，从图中可以看出随着结晶器电磁搅拌强度的增加铸坯中心碳偏析指数有所改善由原来的1.14降低至1.10。结合提高比水量试验条件下提高结晶器电磁搅拌参数，铸坯中心碳偏指数进一步降低，结果如图5所示，在比水量1.0L/kg、结晶器参数300A/3HZ时铸坯中心碳偏析指数到达最小值1.04，相比原工艺参数，铸坯中心碳偏析指数波动较小。

图4 结晶器搅拌强度对中心平均碳偏析的影响

Fig.4Effects of M-EMS on carbon segregation

图5 不同比水量、结晶器电磁搅拌对中心平均碳偏析的影响

Fig.5  Effects of secondary cooling water ratio and M-EMS on carbon segregation

3 结论

（1）在相同的工艺条件下，随着二冷比水量增加，中心碳偏析指数先降低后增加，当比水量增加至1.0L/Kg时铸坯中心碳偏析指数1.08。

（2）在只提高结晶器电磁搅拌参数的情况下，随着结晶器电磁搅拌强度的增加铸坯中心碳偏析指数由1.14降低至1.10。

（3）同时提高二冷比水量与结晶器电磁搅拌参数后，在二冷比水量1.0L/kg、结晶器参数300A/3HZ时铸坯中心碳偏析指数到达最小值1.04，相比原工艺参数，铸坯中心碳偏析指数波动较小。

参考文献

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