200方連鑄坯成分分布原位分析①

周莉萍

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司， 江蘇 江陰　214419)

?

200方連鑄坯成分分布原位分析①

周莉萍

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司， 江蘇 江陰214419)

采用原位統(tǒng)計分布分析的技術(shù), 對200方連鑄坯進(jìn)行原位分析,掌握連鑄坯橫截面成分分布規(guī)律和中心偏析的特性，為連鑄連軋生產(chǎn)線優(yōu)化工藝參數(shù)提供分析測試技術(shù)支撐。

連鑄坯； 成分分布； 原位分析技術(shù)； 中心偏析的特性

引　言

連鑄坯的冷凝過程是由外至內(nèi)逐漸冷卻的，由于中心溫度高于邊緣溫度，使得一些低熔點和夾雜元素容易在中心線上形成富集。這種富集現(xiàn)象常常造成最終產(chǎn)品的質(zhì)量問題。因此，現(xiàn)代冶金工藝都在盡量設(shè)法減小這種中心偏析現(xiàn)象。

然而，傳統(tǒng)的分析方法由于采樣等條件的限制，不能進(jìn)行較大范圍內(nèi)的成分分布分析；硫印和低倍顯微觀察雖然可以直觀地看到硫偏析的情況，但該方法不僅速度慢、操作過程復(fù)雜，所得結(jié)果也不是定量的，也無法得到其他元素的分布情況。

本文采用原位統(tǒng)計分布分析的技術(shù)，通過對無預(yù)燃、連續(xù)掃描激發(fā)的火花放電所產(chǎn)生的光譜信號進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)采集和解析，來測定樣品表面不同位置的原始狀態(tài)下的化學(xué)成分含量以及表面的結(jié)構(gòu)信息，快速、定量檢測樣品各元素偏析情況，掌握連鑄坯橫截面成分分布規(guī)律和中心偏析的特性，為連鑄連軋生產(chǎn)線優(yōu)化工藝參數(shù)提供分析測試技術(shù)支撐。

1　200方連鑄坯成分分布原位分析

1.1實驗儀器和方法

1.1.1儀器

金屬原位分析系統(tǒng)：OPA-100北京納克分析儀器公司制造。

1.1.2樣品掃描方式和速度

樣品掃描方式為線性掃描，掃描速度為1 mm/s。

1.1.3火花激發(fā)參數(shù)

激發(fā)頻率：480 Hz; 激發(fā)電容：7.0 μF; 激發(fā)電阻：6.0 Ω; 火花間隙：2.0 mm; 氬氣純度：99.999%;氬氣流量：80 mL/s; 電極材料：45°頂角純鎢電極，直徑3 mm。

1.1.4數(shù)據(jù)采集和處理

信號采集速度為200 kHz/通道。工作曲線的制作和分析結(jié)果的處理采用OPA-100軟件進(jìn)行處理。

1.2試樣

1.2.1樣品名稱

鋼種:SWRS82B；規(guī)格:200方。

1.2.2材料成分

w(C)=0.83%;w(Si)=0.22%；w(Mn)=0.74%;w(P)=0.010%;w(S)=0.012%；w(Cr)=0.24%；w(V)=0.04%。

1.2.3樣品性狀

樣品大?。汉瘢?0 mm，長：200 mm,寬：200 mm,按圖1所示分割成4塊，每塊100 mm×100 mm×20 mm，每塊試樣掃描面積：70 mm×70 mm。

圖1　試樣掃描示意圖

2　試驗結(jié)果和分析

2.1200方連鑄坯橫截面各主要化學(xué)成分分布

2.1.1碳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

碳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖2所示。從圖2可以明顯看出：連鑄坯橫截面中心碳元素存在負(fù)偏析，圍繞中心四周有點狀正偏析，方坯邊緣有負(fù)偏析。

圖2　元素C的原位統(tǒng)計分布分析二維成分等高圖

2.1.2硅元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

硅元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖3所示。從圖3可以看出：連鑄坯橫截面硅元素的分布比較均勻，方坯邊緣有輕微負(fù)偏析。

圖3　元素Si的原位統(tǒng)計分布分析二維成分等高圖

2.1.3錳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

錳元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖4所示。從圖4可以看出：錳元素在連鑄坯橫截面中心存在輕微負(fù)偏析，圍繞中心四周有點狀偏析圈，邊緣存在負(fù)偏析。

圖4　元素Mn的原位統(tǒng)計分布分析二維成分等高圖

2.1.4磷元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

磷元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖5所示。從圖5可以明顯看出：磷元素在連鑄坯橫截面中心存在負(fù)偏析，圍繞四周有點狀偏析，點狀偏析較嚴(yán)重。

圖5　元素P的原位統(tǒng)計分布分析二維成分等高圖

2.1.5鉻元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖

鉻元素在連鑄坯橫截面成分分布二維等高圖如圖6所示。從圖6可以明顯看出：連鑄坯橫截面中心鉻元素存在負(fù)偏析，周圍中心有輕微點狀正偏析。

圖6　元素Cr的原位統(tǒng)計分布分析二維成分等高圖

2.2200方連鑄坯橫截面各主要化學(xué)成分分布數(shù)據(jù)分析

2.2.14樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)

4樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)(統(tǒng)計偏析度越小越好)如表1所示。

表1　4樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)匯總表

元素統(tǒng)計偏析度試樣1試樣2試樣3試樣4C0.04960.06770.08020.1197Si0.02630.02910.03130.0309Mn0.03850.04160.04590.0396Cr0.02680.03340.03990.0602P0.21320.21990.23890.2276

2.2.24樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)折線圖

4樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)折線圖如圖7所示。

圖7　4樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)折線圖

從200方連鑄坯4樣品中各元素的統(tǒng)計偏析度分析數(shù)據(jù)可以看出，元素Si，Mn，Cr統(tǒng)計偏析度均小于0.05，元素C統(tǒng)計偏析度在0.05～0.12之間，元素P統(tǒng)計偏析度在0.21～0.24之間，P元素偏析較大。

2.2.34樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析數(shù)據(jù)

4樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析數(shù)據(jù)(統(tǒng)計均勻度越大越好)如表2所示。

表2　4樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析結(jié)果

元素統(tǒng)計均勻度/%試樣1試樣2試樣3試樣4C0.97830.92700.81170.95956Si0.99830.99100.98480.9896Mn0.90550.88770.82820.8953Cr0.99610.98980.96020.8894P0.64630.62060.53000.6255

2.2.44樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析數(shù)據(jù)折線圖

4樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析數(shù)據(jù)折線圖如圖8所示。

圖8　4樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析數(shù)據(jù)折線圖

從200方連鑄坯4樣品中各元素的統(tǒng)計均勻度分析數(shù)據(jù)可以看出，元素C，Si，Mn，Cr統(tǒng)計偏析度均在0.8～1.0之間，元素P統(tǒng)計偏析度在0.53～0.65之間，P元素分布均勻性較差。

2.3200方連鑄坯橫截面致密度分析

2.3.1200方連鑄坯橫截面致密度二維圖

200方連鑄坯橫截面致密度二維圖如圖9所示。

2.3.2200方連鑄坯橫截面致密度分布圖

200方連鑄坯橫截面致密度分布圖如圖10所示。從圖10可以看出，連鑄方坯中心線下方材料存在疏松，致密度小于連鑄方坯中心線上方材料。

2.4200方連鑄坯低倍圖片

2.4.1200方連鑄坯低倍圖片

200方連鑄坯低倍圖片如圖11所示。

2.4.2200方連鑄坯低倍數(shù)據(jù)

200方連鑄坯低倍數(shù)據(jù)如表3所示。

3　結(jié)　論

采用原位統(tǒng)計分布分析的技術(shù)可以定量表征連鑄坯橫截面的元素分布及偏析的特性，通過原位統(tǒng)計分布分析二維成分等高圖合成，可以形成200方連鑄坯橫截面整體的元素分布及偏析特性，分析表明，C，P，Cr元素在連鑄方坯橫截面中心存在負(fù)偏析，圍繞中心四周有點狀正偏析，方坯邊緣存在負(fù)偏析；中央部分偏析較邊緣的偏析更為嚴(yán)重；P元素偏析較大；Si，Mn元素在200方連鑄坯橫截面成分分布比較均勻，中央與邊緣成分分布差異不明顯。

圖9　1-4號樣品致密度二維分布圖

圖10　200方連鑄坯橫截面致密度分布圖

圖11　200方低倍圖片

爐號規(guī)格中心疏松中心偏析縮孔角裂邊裂中間裂紋中心裂紋皮下氣泡非金屬夾雜4360AX200方1.000.5000000

研究結(jié)果也表明，原位分析技術(shù)應(yīng)用于大連鑄坯的分析，不僅速度快，分析結(jié)果準(zhǔn)確、直觀，而且在成分分析的同時，還可以進(jìn)行疏松和縮孔的分析，能在較大范圍內(nèi)對鑄坯的質(zhì)量進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的分析，對鑄坯生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)控和工藝改進(jìn)具有重大的指導(dǎo)意義。

2016-02-26

TF777.2； TG115.21