400 t級巨型鋼錠偏析及夾雜物分布研究

陳海堤 王 濤 羅玉立

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司鑄鍛鋼事業(yè)部，四川618013)

巨型鋼錠的冶金質(zhì)量直接關(guān)系著鍛件產(chǎn)品的質(zhì)量，而在巨型鋼錠的生產(chǎn)中，非常容易出現(xiàn)偏析、夾雜物超標(biāo)等冶金缺陷，極大地影響著超聲檢測合格率，進(jìn)而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。為了掌握巨型鋼錠的偏析程度以及夾雜物的大小、形態(tài)及分布等情況，對400 t級鋼錠的典型部位進(jìn)行取樣，分析偏析的分布及程度，評價(jià)夾雜物等級等，為后續(xù)生產(chǎn)積累經(jīng)驗(yàn)，為工藝改進(jìn)提供依據(jù)。

1 技術(shù)條件及冶煉工藝路線

某產(chǎn)品主要化學(xué)成分見表1。夾雜物要求A、B、C、D及DS均≤1.5，A+C≤2.0，B+D≤2.0，A+B+C+D+DS≤4.5。

根據(jù)產(chǎn)品噸位采用多包合澆的方式，工藝路線為EF→LF (VCD) →MSD.VCD。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

注:[O]≤30×10-6,[N]≤80×10-6。

2 冶煉過程控制

2.1 冶煉難點(diǎn)分析

(1)鋼錠噸位大，生產(chǎn)組織難度大。冶煉、澆注400 t級的巨型鋼錠，需要電爐連續(xù)多爐生產(chǎn)，鋼包爐精煉時(shí)間長，動用行車數(shù)量多，涉及使用的設(shè)備范圍廣，時(shí)間長。

(2)400 t級鋼錠直徑大，高度高，C、Mn、Cr、Mo等易偏析元素的控制難度大。

(3)殘余有害元素要求非常嚴(yán)格，原輔材料質(zhì)量等級要求高，操作難度相當(dāng)大。

(4)化學(xué)成分有內(nèi)控要求且范圍窄，精確控制難度相當(dāng)大。

(5)純凈度要求高，夾雜物評級要求嚴(yán)格。

2.2 采取的措施

(1)周密制定工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝

本產(chǎn)品是集團(tuán)公司重點(diǎn)產(chǎn)品，為了確保冶金質(zhì)量，制定了詳盡的冶煉、鑄錠專用工藝。對工藝流程、原輔材料、電爐及鋼包爐冶煉的各種參數(shù)、鑄錠用各種輔具的清潔程度及使用次數(shù)等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。尤其對化學(xué)成分和鋼液溫度進(jìn)行精確控制，將鋼液純凈度提高到極致。

(2)進(jìn)一步樹立質(zhì)量意識，各項(xiàng)準(zhǔn)備逐一落實(shí)

樹立“精確復(fù)制，件件達(dá)標(biāo)”的質(zhì)量意識，逐個工段、逐個班組落實(shí)原料、生產(chǎn)、設(shè)備、輔具等的準(zhǔn)備情況，確保多包合澆順利完成。

(3)技術(shù)人員進(jìn)行全過程技術(shù)服務(wù)

盡管操作人員對該鋼種的冶煉過程相當(dāng)熟悉，但技術(shù)人員依然進(jìn)行全程跟蹤服務(wù)，確保每一環(huán)節(jié)都嚴(yán)格執(zhí)行工藝的相關(guān)規(guī)定。

3 取樣位置

取試位置詳見圖1。T肩樣在橫截面分別相隔90°的位置，每一位置取3個試樣，共計(jì)12個。水口端取11個試樣，冒口端樣位于冒口線上，共取8個試樣。

圖1 取樣位置示意圖Figure 1 Sampling positions

4 化學(xué)成分分析

對易偏析元素C、Mn、Cr、Mo及氣體含量進(jìn)行了分析，分別有不同程度的偏析。

4.1 C的偏析

各部位C的偏析見圖2，從圖中可以看出：

(1)在水口端，最大負(fù)偏析為13%，其中偏析小于5%的占63.6%，小于10%的占81.8%，總體呈外高內(nèi)低的趨勢。

(2)從T肩樣分布曲線可知偏析較小，在整個圓周上C的分布比較均勻。

(3)從冒口端樣可以看出最大正偏析為37%，位于截面心部。

從整體來看，C偏析小于5%的占61.3%，小于10%的占83.9%，小于15%的占90.3%，偏析大于15%的主要集中在冒口端截面中心，可見總體上偏析并不嚴(yán)重。由于冒口端樣位于冒口線上，故分析值偏高，鋼錠錠身的偏析要小于該數(shù)值?？傊M管在水口端和冒口端均有不同程度的偏析，但相對于400 t級特大型鋼錠，C的偏析程度相對較小，完全能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

4.2 Mn的偏析

各部位Mn的偏析見圖3。

從圖3可以看出，Mn的偏析較小，最大正偏析為5.36%，其中小于3.57%的占87.1%。

4.3 Cr的偏析

從圖4中可以看出，偏析均小于5%，最大負(fù)偏析為1.25%，最大正偏析為4.56%，冒口端的偏析比水口端嚴(yán)重。

4.4 Mo元素分析

各部位Mo的偏析見圖5。

在圖5中，水口端及T肩部Mo的偏析均小于2.88%，冒口端樣偏析小于1%的占62.5%，最大偏析為6.73%，居于截面心部。

4.5 氣體含量分析

(1)O元素分析

O的分布曲線見圖6。

從圖6可以看出，在冒口端，除t8點(diǎn)外其余均在10×10-6以下。t8點(diǎn)在鋼錠表面，易受污染，故氧含量偏高，不能反映氧含量的真實(shí)水平(從后續(xù)N含量異常也可得到驗(yàn)證)。在水口端，15×10-6以下的占72.7%，超過15×10-6的主要集中在距表面1/2R～3/4R的區(qū)域內(nèi)，居于沉積錐，是結(jié)晶雨和夾雜物富集區(qū)，因而造成這一區(qū)域全氧偏高，這可以從B類夾雜物評級得到驗(yàn)證?？偟膩碚f，冒口端比水口端的氧含量要低，冒口端的純凈度比水口端要好。

圖2 C在各部位的偏析程度Figure 2 Segregation degrees of C in various positions

圖3 Mn在各部位的偏析程度Figure 3 Segregation degrees of Mn in various positions

圖4 Cr在各部位的偏析程度Figure 4 Segregation degrees of Cr in various positions

圖5 Mo元素的偏析曲線Figure 5 Segregation curve of Mo

圖6 O的分布曲線Figure 6 Distribution curve of O

圖7 N的分布曲線Figure 7 Distribution curve of N

(2)N元素分析

N的分布曲線見圖7。

從圖7可以看出，除t1、t2外，其余各點(diǎn)N≤80×10-6。冒口端N的偏析程度較大，特別是冒口端截面中心達(dá)40%，水口端偏析較小，最大負(fù)偏析為20%。冒口端N含量高于水口端，N的偏析趨勢與其它產(chǎn)品上的分析結(jié)果一致。

IMF：亞洲需加強(qiáng)政策緩沖以應(yīng)對不確定性。5月25日，IMF副總裁張濤在亞洲貨幣政策論壇上發(fā)言表示，亞洲需重建貨幣和財(cái)政緩沖，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)韌性以應(yīng)對未來不確定性。張濤指出，亞洲經(jīng)濟(jì)短期向好但面臨潛在風(fēng)險(xiǎn)：如外債大幅增加，公共債務(wù)占GDP比重從2007年的46%上升到59%，私人部門債務(wù)高企；財(cái)政平衡繼續(xù)惡化，平均赤字已達(dá)GDP的1.1%。

4.6 殘余有害元素分析

殘余元素水平見表2，從表中可以看出殘余有害元素含量相當(dāng)?shù)停摰募儍舳冗_(dá)到了較高的水平。

5 夾雜物含量分析

對取試各部位進(jìn)行夾雜物評級，結(jié)果見表3。

表2 殘余元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表3 夾雜物評級

從表3夾雜物評級結(jié)果可以看出：

(1)A類夾雜物除t4外，均為0級，D類夾雜物≤0.5級。

(2)在水口端及冒口端樣中，B、C類夾雜物評級全部合格，其中B類≤1.0級的占81.58%。C類全部≤1.0級，≤0.5級的占65.78%。A+C、B+D、A+B+C+D全部滿足技術(shù)條件要求。

(3)在T肩，有個別試樣的B、C類夾雜物評級超過1.5級，導(dǎo)致B+D超過2.0級。

對比分析t冒口端樣和T肩樣，冒口端樣中心部位屬于疏松、縮孔等缺陷密集區(qū)，盡管是雜質(zhì)富化的偏析區(qū)，但夾雜物評級全部合格，說明鋼液純凈度很高。而T肩位于鋼錠外表，卻有超標(biāo)夾雜物存在，究其原因?yàn)樵摬课皇茄h(huán)死角，夾雜物容易聚集，從而形成超標(biāo)夾雜物。故建議對巨型鋼錠或無損檢測要求特別高的產(chǎn)品將鋼錠肩部切除掉。另外T肩樣為鑄態(tài)，如果經(jīng)過鍛造，能改善夾雜物的形態(tài)、大小及分布，可在一定程度上提高夾雜物評級等級。

6 結(jié)論

通過以上對化學(xué)成分、夾雜物的分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)易偏析元素C、Mn、Cr、Mo分別有不同程度的偏析，冒口端的偏析比水口端要大。從T肩樣的分析來看，易偏析元素在整個圓周上分布比較一致?；瘜W(xué)成分和鋼液溫度的精確控制發(fā)揮了應(yīng)有的作用，整個冶煉、澆注過程控制是有效的。

(2)氣體含量控制達(dá)到較高水平，特別是O含量的控制。

(3) 殘余有害元素含量相當(dāng)?shù)?，鋼的純凈度達(dá)到了較高的水平。

(4)通過降低鋼中S、O的含量可以很好地抑制A、D類夾雜物的形成。

(5)從C、N的偏析可以明顯地看出冒口端樣偏析大，這是由于冒口端樣居于冒口線，其偏析程度大于錠身，故冒口必須有足夠的切除量。

(6)鋼錠肩部屬于循環(huán)死角，夾雜物容易聚集，易形成超標(biāo)夾雜物，影響鋼錠質(zhì)量，對巨型鋼錠或無損檢測要求特別高的產(chǎn)品，建議將鋼錠肩部切除掉，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。