CN105891437A - 一种连铸坯宏观偏析的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连铸坯宏观偏析的评价方法，从连铸坯宽度方向中心位置并贯穿连铸坯内外弧表面取样坯，将样坯沿铸坯厚度方向切割成两部分，并标记内、外弧；按照冷却区域对铸坯质量的影响，从铸坯表面到铸坯中心分成结晶器质量影响区、喷淋冷却质量影响区及中心质量影响区。对所制取的试样进行化学成分检验，将检验数据代入公式，得到所测元素偏析数据，最终转换成连铸坯从表面到中心的实测元素偏析图、平均宏观偏析水平图、宏观偏析波动指数图及二冷区平均偏析水平趋势图。本发明可实现偏析度检验结果的定量化，保证分析结论的客观性，建立连铸坯宏观偏析度与生产工艺参数的直接联系，为连铸生产工艺改进提供真实的基础数据。

Description

一种连铸坯宏观偏析的评价方法

技术领域

本发明属于金属组织检验领域，特别涉及一种用于连铸坯宏观偏析的分析评价方法。

背景技术

连铸生产中，铸坯的偏析程度是考察铸坯质量的一个重要指标。连铸坯偏析分布的特性研究，对连铸的工艺控制以及提高连铸坯检测效率有很好的指导价值。宏观偏析的研究中，传统检测方法有硫印、酸洗等方法，可以大概了解连铸坯断面上偏析的位置，通过粗略的评级来取得偏析、疏松的信息，但这些方法只能宏观描述偏析，不能将铸坯偏析定量化，对于铸坯质量控制指导有限。较为先进的宏观偏析检验是应用金属原位分析仪，可以准确、直观的分析连铸坯上每点化学元素的分布情况，使用偏析度的概念表示偏析程度，将偏析程度定量化，为连铸工艺过程提供准确的数据，但该分析技术对分析者要求较高，需要将化学成分分析和物理组织分析有机的结合在一起，才能有针对地改进生产技术，提高产品质量。

综上所述，传统的宏观偏析评价比较粗略，难以定量化，而原位分析仪法进行宏观偏析评价虽然可以定量化，但要求检验者有较高的检验、材料相关知识，结合检验与工艺技术来给出一定的参考，有一定的人为因素在里面，不能客观反映出铸坯的宏观偏析程度，因此，有必要研究出一种可以定量化的、客观的宏观偏析的评价方法来指导连铸生产。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可以定量化的、客观的反映出铸坯的宏观偏析程度，从而为连铸生产质量控制提供真实数据的连铸坯宏观偏析评价方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种连铸坯宏观偏析的评价方法，其特征在于，具体方法和步骤为：

(1)样坯提取：从连铸坯宽度方向中心位置取样坯，样坯要贯穿连铸坯内外弧表面，尺寸规格以满足化学分析为准；

(2)试样制备：将样坯沿铸坯厚度方向切割成两部分，并标记出样坯内弧、外弧部分；

(3)影响区划分：铸坯沿厚度方向，按照冷却区域对铸坯质量的影响，从铸坯表面到铸坯中心分成三个影响区，即结晶器质量影响区、喷淋冷却质量影响区及中心质量影响区，其中：结晶器质量影响区分为表层质量影响区、气隙形成前影响区和气隙形成后影响区；喷淋冷却质量影响区分为扇形一段质量影响区、扇形二段质量影响区、扇形三段质量影响区、扇形四段质量影响区；

(4)成分检验：对所制取的试样进行化学成分检验，将样坯从内弧表面到铸坯中心分成n个化学成分检测点，每个取样点进行化学成分检测，检测元素为C、Si、Mn、S、P及O、N；

(5)数据处理：将所测得的单个元素偏析数据代入以下公式：

$S=\frac{M_S}{M_P}$

$\mathrm{ASL}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|S-1|}{n}+1$

FSL＝max|S_max-S_min|_zone

$\mathrm{SQN}=\frac{1}{\mathrm{ASL}}$ …④

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{mould}}=\frac{1}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{surface}}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{BAGF}}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{AAGF}}}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{spray}}=\frac{1}{\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ASL}}_1+{\mathrm{ASL}}_2+.....{\mathrm{ASL}}_n}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{centerline}}=\frac{1}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{-\mathrm{cl}}+{\mathrm{ASL}}_{+c}+.....{\mathrm{ASL}}_{-\mathrm{cu}}}$

式中：S为偏析度；Ms为实测含量；Mp为平均含量；ASL为平均宏观偏析水平；FSL为宏观偏析波动指数；Smin为最小宏观偏析度；Smax为最大宏观偏析度；SQN为偏析指数；

ASQN为二冷区平均偏析水平；

ASQN︱mould:为铸坯结晶器区域平均偏析水平；

ASL_surface为铸坯表面平均偏析水平；

ASL_BAGF为气隙形成前平均偏析水平；

ASL_AAGF为气隙形成后平均偏析水平；

ASQN︱spray:为铸坯水冷区域平均偏析水平；

ASQN︱centerline为铸坯中心区域平均偏析水平；

ASL₁、ASL₂…ASL_n:铸坯水冷区域各取样点平均宏观偏析水平；

ASL_-cl、ASL_+c、…ASL_-cu:铸坯中心区域各取样点平均宏观偏析水平；

(6)绘制趋势图：将计算后所得数据进行整理，并转换成连铸坯从表面到中心的实测元素偏析趋势图、平均宏观偏析水平趋势图、宏观偏析波动指数趋势图及二冷区平均偏析水平趋势图。

本发明的有益效果为：

1、可实现偏析度检验结果的定量化，保证分析结论的客观性；

2、可建立起连铸坯宏观偏析度与生产工艺参数的直接联系，为连铸生产工艺改进提供真实的基础数据；

3、本发明评价方法简单直观，易于应用，评价结果准确可靠。

附图说明

图1是铸坯取样示意图；

图2是铸坯偏析度取样图；

图3是铸坯质量影响区划分图；

图4是铸坯从表面到中心的碳偏析趋势图；

图5是铸坯从表面到中心平均宏观偏析水平趋势图；

图6是铸坯从表面到中心宏观偏析波动指数趋势图；

图7是铸坯从表面到中心二冷区平均偏析水平趋势图。

具体实施方式

下面以某钢厂生产220×1680mm连铸坯为例，对本发明作进一步说明。

由于连铸坯存在铸坯表面横裂纹、铸坯表面中心纵裂纹、电磁搅拌白亮带等缺陷，为给连铸工艺改进提供参考，利用本方法对连铸坯进行了碳偏析检验和评价。

1、样坯提取：如图1所示，从连铸坯宽度方向中心位置取样坯，样坯要贯穿连铸坯内外弧表面，样坯尺寸规格为：厚度100mm、宽度200mm、长度220mm。

2、试样制备：将样坯沿铸坯厚度方向切割成两部分，(见图2)每部分尺寸为100×110×200mm，并标记出样坯内弧、外弧部分。

3、影响区划分：按照图3所示，沿铸坯厚度方向，根据冷却区域对铸坯质量的影响，将铸坯从表面到铸坯中心分成三个影响区，即结晶器质量影响区、喷淋冷却质量影响区及中心质量影响区，其中：结晶器质量影响区分为表层质量影响区、气隙形成前影响区和气隙形成后影响区；喷淋冷却质量影响区分为扇形一段质量影响区、扇形二段质量影响区、扇形三段质量影响区、扇形四段质量影响区。

4、成分检验：用金属原位分析仪对铸坯进行碳偏析度检验，沿铸坯內弧表面到铸坯中心每隔2mm取一化学成分检测点，进行碳偏析度检测。

5、数据处理：将所测得的碳偏析数据代入以下公式：

$S=\frac{M_S}{M_P}$

$\mathrm{ASL}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|S-1|}{n}+1$

FSL＝max|S_max-S_min|_zone

$\mathrm{SQN}=\frac{1}{\mathrm{ASL}}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{mould}}=\frac{1}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{surface}}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{BAGF}}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{AAGF}}}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{spray}}=\frac{1}{\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ASL}}_1+{\mathrm{ASL}}_2+.....{\mathrm{ASL}}_n}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{centerline}}=\frac{1}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{-\mathrm{cl}}+{\mathrm{ASL}}_{+c}+.....{\mathrm{ASL}}_{-\mathrm{cu}}}$

从而得到实测碳偏析数据。

6、绘制趋势图：将计算后所得碳偏析数据进行整理，并转换成连铸坯从表面到中心的碳偏析趋势图(图4)、平均宏观偏析水平趋势图(图5)、宏观偏析波动指数趋势图(图6)及二冷区平均偏析水平趋势图(图7)。

从图4可以看出，铸坯內弧表面偏析度在1.5，铸坯表面偏析程度受接触面冷却条件和浇铸条件的控制而不同，如过热度、结晶器保护渣的性质、钢水的化学成分等，随着凝固的进行，偏析度变小甚至达到负偏析，然后又达到正偏析，这是由于结晶器期气隙形成前后的冷却方式不同而造成的，二冷区碳偏析度在一定范围内波动，影响它波动范围的因素有铸坯表面冷却条件、出结晶器的坯壳厚度等因素，矫直区域出现了碳偏析急剧波动，达到1.2左右，这可能是由于支撑辊的不对中或者夹持辊对枝晶流动的影响，最后凝固阶段，枝晶凝固完成，富集的溶质元素释放到中心区域，因此形成了较明显的中心偏析。

从以上观察中可以看出，铸坯从表面到中心的宏观偏析变化受冷却条件和操作条件的影响比较明显，因此可以将宏观偏析当做衡量连铸工艺参数变化的一个指数，从而指导改善连铸工艺，提高铸坯表面和内部质量。

图5是铸坯从表面到中心平均宏观偏析水平趋势图，比图4更加直观的显示了几个比较显著的碳偏析变化区域，其中结晶器区域急剧的碳偏析度下降可能是由于电磁搅拌参数设置不适合或水口设计不合理，从而导致铸坯白亮带的形成，降低了铸坯质量。

从图6可以看出，铸坯几个容易产生严重缺陷的区域，并可以对应到不同的冷却区域，并且明显看出铸坯中心产生的缺陷较为严重。

从图7中可以看出更具体的容易产生缺陷的位置，从结晶器内气隙形成前后的变化，到矫直段的变化，以至于中心缺陷的形成，都有明显的体现。

综上所述，本发明可以将宏观偏析检测的结果更加定量化、客观化，并且建立起了宏观偏析不同区域相对应的连铸生产条件之间的关系，为调整连铸生产工艺，提高铸坯质量提供了一种新的平台。

Claims (1)

1.一种连铸坯宏观偏析的评价方法，其特征在于，具体方法和步骤为：

(1)样坯提取：从连铸坯宽度方向中心位置取样坯，样坯要贯穿连铸坯内外弧表面，尺寸规格以满足化学分析为准；

(2)试样制备：将样坯沿铸坯厚度方向切割成两部分，并标记出样坯内弧、外弧部分；

(3)影响区划分：铸坯沿厚度方向，按照冷却区域对铸坯质量的影响，从铸坯表面到铸坯中心分成三个影响区，即结晶器质量影响区、喷淋冷却质量影响区及中心质量影响区，其中：结晶器质量影响区分为表层质量影响区、气隙形成前影响区和气隙形成后影响区；喷淋冷却质量影响区分为扇形一段质量影响区、扇形二段质量影响区、扇形三段质量影响区、扇形四段质量影响区；

(4)成分检验：对所制取的试样进行化学成分检验，将样坯从内弧表面到铸坯中心分成n个化学成分检测点，每个取样点进行化学成分检测，检测元素为C、Si、Mn、S、P及O、N；

(5)数据处理：将所测得的单个元素偏析数据代入以下公式：

$S=\frac{M_S}{M_P}$

$\mathrm{ASL}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|S-1|}{n}+1$

FSL＝max|S_max-S_min|_zone

$\mathrm{SQN}=\frac{1}{\mathrm{ASL}}$ …④

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{mould}}=\frac{1}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{surface}}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{B\ΛGF}}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{ASL}}_{\mathrm{\Λ\ΛGF}}}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{spray}}=\frac{1}{\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ASL}}_1+{\mathrm{ASL}}_2+.....{\mathrm{ASL}}_n}$

${\mathrm{ASQN}|}_{\mathrm{centerline}}=\frac{1}{{\mathrm{\ΣASL}}_{-\mathrm{cl}}+{\mathrm{ASL}}_{+c}+.....{\mathrm{ASL}}_{-\mathrm{cu}}}$

式中：S为偏析度；Ms为实测含量；Mp为平均含量；ASL为平均宏观偏析水平；FSL为宏观偏析波动指数；Smin为最小宏观偏析度；Smax为最大宏观偏析度；SQN为偏析指数；

ASQN为二冷区平均偏析水平；

ASQN︱mould:为铸坯结晶器区域平均偏析水平；

ASL_surface为铸坯表面平均偏析水平；

ASL_BAGF为气隙形成前平均偏析水平；

ASL_AAGF为气隙形成后平均偏析水平；

ASQN︱spray:为铸坯水冷区域平均偏析水平；

ASQN︱centerline为铸坯中心区域平均偏析水平；

ASL₁、ASL₂…ASL_n:铸坯水冷区域各取样点平均宏观偏析水平；

ASL_-cl、ASL_+c、…ASL_-cu:铸坯中心区域各取样点平均宏观偏析水平；

(6)绘制趋势图：将计算后所得数据进行整理，并转换成连铸坯从表面到中心的实测元素偏析趋势图、平均宏观偏析水平趋势图、宏观偏析波动指数趋势图及二冷区平均偏析水平趋势图。