大錠攻關(guān)--帽口優(yōu)化對(duì)鋼材質(zhì)量的影響

1、大錠型帽口優(yōu)化試驗(yàn)質(zhì)量驗(yàn)證報(bào)告煉鋼工藝技術(shù)室2014.11.26目錄1.試驗(yàn)?zāi)康?2.試驗(yàn)方案13.試驗(yàn)內(nèi)容23.1冶煉、澆注過程33. 2鍛造過程33.3熱處理及探傷結(jié)果43.4鋼錠拉斷臺(tái)橫向試片的各項(xiàng)檢測(cè)分析43.4.1鋼錠試片的切取43.4.2鋼錠試片的低倍組織53.4.3鋼錠試片的光譜成分取樣示意圖73.5鍛材帽口端和小頭端試片的各項(xiàng)檢測(cè)分析103.5.1鍛材試片的低倍103.5.2鍛材試片的光譜成分以及高倍組織113.5.3鍛材試片O、 N143.5.4鍛材布氏硬度143.6鋼錠和鍛材檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析163.6.1帽口矮澆后的成材率和帽容比164 .大錠型帽口矮澆爐次質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析16

2、5.存在問題185.1矮澆液面高度不易掌控185.2帽口拼裝困難186.結(jié)論197.建議19201. 試驗(yàn)?zāi)康挠捎诠緦?duì)模鑄鋼錠帽口的保溫性能及材質(zhì)改進(jìn)，以及澆注工藝參數(shù)的優(yōu)化，根據(jù)中科院金屬所計(jì)算模擬結(jié)果以及目前鋼錠裝備現(xiàn)狀，對(duì)大錠型帽容比進(jìn)行優(yōu)化從而達(dá)到提升鋼液成坯率的目的。同時(shí)驗(yàn)證帽口優(yōu)化后鋼錠和產(chǎn)材的低倍和高倍組織特征，總結(jié)分析元素的偏析情況,為今后大錠型帽容比優(yōu)化提供依據(jù)。2. 試驗(yàn)方案用大小不同的帽容比進(jìn)行本次試驗(yàn)，第一爐滿澆，第二爐帽口高度降低50mm。保持試驗(yàn)其他條件如鋼種、冶煉工藝、錠型的一致，具體試驗(yàn)方案如下：對(duì)兩爐27SiMn進(jìn)行全程跟蹤，Y14801730使用優(yōu)化帽口澆

3、鑄，Y14802108進(jìn)行滿澆。工藝流程為EAF-LF-VD-模鑄-紅送-鍛壓，只在EAF取消還原期加Al，其余按照正常工藝生產(chǎn)。每爐澆注4290kg錠型2盤，取第一盤中1支鋼錠保溫24小時(shí)后退火，切取帽口處試片分析驗(yàn)證，鍛壓后進(jìn)行成材率統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證分析。具體的試驗(yàn)流程過程如圖1所示：圖1 試驗(yàn)流程圖錠身部分送鍛鋼正常產(chǎn)材截取鋼錠拉斷臺(tái)附近的橫向試片鋼錠退火處理鋼種:27SiMn切取帽口端和小頭端試片稱重探傷合格正常交貨稱重取第一盤中1支，做質(zhì)量驗(yàn)證其余5支送鍛鋼正常產(chǎn)材低倍、高倍、光譜、ON檢測(cè)結(jié)果分析每爐澆注兩盤共6支3.試驗(yàn)內(nèi)容3.1冶煉、澆注過程試驗(yàn)爐號(hào)：Y14801730、Y148021

4、80，試驗(yàn)鋼種：27SiMn，其冶煉、澆注及鍛造過程控制符合工藝要求。成品成分見表1:表1 成品成分爐號(hào)CSiMnPSCrMoAlY148017300.281.181.230.0190.0020.130.020.015Y148021800.261.201.260.0170.0020.220.020.015澆鑄過程參數(shù)見下表2：表2澆鑄過程參數(shù)爐號(hào)吊包溫度鎮(zhèn)靜時(shí)間min開澆溫度過熱度盤數(shù)支數(shù)澆注速度s錠身帽口Y1480173015499154340第一盤4914719第二盤2818434Y14802180155311154742第一盤41550830第二盤2735525澆鑄過程符合工藝要求，但在

5、操作時(shí)，有的操作人員在控制鑄速時(shí)忽快忽慢，導(dǎo)致每個(gè)階段鑄速不穩(wěn)定。3. 2鍛造過程由上述過程成功制備的兩爐產(chǎn)12支鋼錠，取第一盤各1支鋼錠經(jīng)過去應(yīng)力退火，送鍛鋼產(chǎn)材。驗(yàn)證2支鋼錠鍛造過程參數(shù)如表3所示：表3鍛造過程參數(shù)爐號(hào)加熱溫度加熱時(shí)間開鍛溫度終鍛溫度鍛造時(shí)間鍛后處理Y14801730120045h100885065min空冷Y14802180120061h101487060min空冷3.3熱處理及探傷結(jié)果兩爐探傷結(jié)果見表4：表4 探傷結(jié)果Y14801730支數(shù)規(guī)格探傷結(jié)果Y14802180支數(shù)規(guī)格探傷結(jié)果第一盤13002級(jí)第一盤13104級(jí)13002級(jí)13104級(jí)13002級(jí)13103級(jí)1

6、3004級(jí)13103級(jí)第二盤13002級(jí)第二盤13103級(jí)13002級(jí)13103級(jí)3.4鋼錠拉斷臺(tái)橫向試片的各項(xiàng)檢測(cè)分析試驗(yàn)材料選自爐號(hào)Y14801730、Y14802180分別從兩爐的第一盤中選出一支，切取鋼錠拉斷臺(tái)附近的橫向試片，對(duì)試片進(jìn)行低倍、高倍和光譜檢驗(yàn)，觀察鑄態(tài)下的凝固組織和成分偏析情況。3.4.1鋼錠試片的切取截取鋼錠拉斷臺(tái)附近厚度為30mm的橫向試片，如圖1中陰影部分所示。試片的尺寸規(guī)格見表5：圖2鋼錠試片的截取示意圖表5試片規(guī)格爐號(hào)試片厚度規(guī)格mm重量Y1480173035mm7005503588Y1480218030mm70055030803.4.2鋼錠試片的低倍組織對(duì)試片

7、靠近帽口和錠身兩個(gè)端面均進(jìn)行了低倍檢驗(yàn)。需要說明的是，為防止鋼錠切割時(shí)損壞鋼鋸，鑄錠經(jīng)過了約700的軟化退火，鑄態(tài)組織在一定程度上遭到了破壞，三大晶區(qū)的特征不是特別典型。兩爐低倍組織形貌如圖3所示：Y14801730靠近帽口端靠近錠身Y14802180靠近帽口端靠近錠身圖3鋼錠拉斷臺(tái)附近橫向試片的低倍照片試片兩面的低倍組織、細(xì)晶區(qū)柱狀晶以及晶區(qū)面積如表6所示。表6三大晶區(qū)面積及比例爐號(hào)細(xì)晶區(qū)面積柱狀晶區(qū)面積等軸晶區(qū)面積爐號(hào)細(xì)晶區(qū)面積柱狀晶區(qū)面積等軸晶區(qū)面積Y148021801803073456288560Y1480173017304 mm240392 mm2327304 mm2細(xì)晶區(qū)比例柱狀晶

8、區(qū)比例等軸晶區(qū)比例細(xì)晶區(qū)比例柱狀晶區(qū)比例等軸晶區(qū)比例4.7%19.3%76%4.5%10.5%85%圖4 5t鋼錠帽口端橫切試片示意圖對(duì)該低倍組織進(jìn)行了觀察分析，認(rèn)為粗大等軸晶區(qū)所占面積較大的主要原因是帽口端保溫效果太好，帽口端鋼液凝固速率過低?？拷笨诙嗣鏄渲У臄?shù)量和大小明顯高于靠近錠身面的，原因可能是凝固后期未凝固鋼液的顯熱和不斷的釋放凝固潛熱集中到鋼錠上半部分，導(dǎo)致橫截面積較大的拉斷臺(tái)附近比錠身積蓄更多的熱量，凝固前沿溫度梯度更小，同等傳熱條件下，拉斷臺(tái)附近向外界需要更多的熱量才能保持同樣的結(jié)晶速率，因此拉斷臺(tái)附近結(jié)晶速度較慢，樹枝晶更為粗大，數(shù)量多。3.4.3鋼錠試片的光譜成分取樣示

9、意圖圖5 鋼錠試片的光譜取點(diǎn)示意圖按圖5進(jìn)行光譜分析，得到靠近帽口端與靠近錠身端各點(diǎn)成分如下表所示：表7 優(yōu)化帽口各個(gè)區(qū)域主要成分Y14801730區(qū)域各區(qū)域的取點(diǎn)數(shù)量(個(gè))各區(qū)域的成分平均值(%)CSiMnPSAl靠近帽口端面A20.3451.2001.2250.0200.0030.012B20.3301.2451.2600.0210.0030.012C20.3151.2301.2150.0200.0030.012D20.3151.2451.2750.0200.0030.012E60.3101.2301.2220.0190.0020.011F60.3071.2281.2200.0210.00

10、30.012靠近錠身端面A20.3451.1901.2400.0140.0030.012B20.3101.1651.2350.0160.0020.012C20.3101.1601.2250.0170.0040.013D20.3201.1901.2650.0170.0030.012E60.3131.1801.2380.0160.0030.012F60.3021.1631.2250.0160.0020.012Y14802180區(qū)域各區(qū)域的取點(diǎn)數(shù)量(個(gè))各區(qū)域的成分平均值(%)CSiMnPSAl靠近帽口端面A20.2951.1701.2500.0180.0030.014B20.3251.1951.2

11、900.0180.0030.013C20.3101.1901.2950.0200.0030.013D20.3121.1851.2980.0220.0030.013E60.2981.1901.2810.0200.0020.013F60.2851.1781.2930.0220.0030.013靠近錠身端面A20.3301.2001.2650.0200.0030.014B20.2901.1941.3100.0190.0030.013C20.3111.1851.2600.0220.0030.013D20.3101.2001.3000.0210.0030.013E60.3131.1901.3000.02

12、10.0030.013F60.3011.1531.2720.0200.0030.013表8滿澆帽口各個(gè)區(qū)域主要成分圖6 試片各區(qū)域C含量分布圖由圖表看出，矮澆帽口端較滿澆時(shí)的C偏析大，是因?yàn)槊笨诎珴蹭撳V成品成分C含量高于滿澆鋼錠成品成分碳含量0.02%，因此可認(rèn)為C偏析區(qū)域及分布形態(tài)基本一致。鑄態(tài)組織中心與1/2處出現(xiàn)輕微偏析。試片靠近帽口端與靠近錠身端C成分含量分布基本一致。由于澆鑄時(shí)的動(dòng)能，鋼液凝固時(shí)的收縮，液體密度和溫度的差異，凝固前沿氣體的析出導(dǎo)致鋼錠模內(nèi)液體流動(dòng)。在凝固過程中，由于形核或樹枝晶熔斷形成的晶粒漂浮在結(jié)晶前沿的富雜質(zhì)液體內(nèi)。晶體密度比液體密度大，所以這些晶體沿兩相區(qū)下沉，

13、排擠鋼液使它在錠心上升形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)。凝固過程中的選分結(jié)晶作用，使樹枝間的的液體富集溶質(zhì)，由鋼液的流動(dòng)把富集溶質(zhì)的液體帶到鋼錠中未凝固的區(qū)域，導(dǎo)致在整個(gè)鋼錠內(nèi)溶質(zhì)元素的不均勻分布。由于鋼錠凝固時(shí)為順序凝固，從下到上、從外到內(nèi)。柱狀晶區(qū)寬度增加，中心偏析加劇。3.5鍛材帽口端和小頭端試片的各項(xiàng)檢測(cè)分析已去除帽口的錠身部分送鍛鋼產(chǎn)材，并切取材上靠近帽口端和小頭端的試片，對(duì)試片進(jìn)行低倍和光譜分析，觀察鍛材的凝固組織和成分偏析情況。3.5.1鍛材試片的低倍帽口端錠尾端圖7 鍛材試片Y14802180爐次的鋼錠在大頭端有一圈不規(guī)則的點(diǎn)狀偏析帶，很顯然在鍛造過程中，鋼錠受力不均，導(dǎo)致變形不均勻。大頭端試片無

14、明顯缺陷。3.5.2鍛材試片的光譜成分以及高倍組織圖8 鍛材試片光譜取點(diǎn)示意圖Y14802180高倍組織如圖10、11所示： W1 W2 W3圖9 小頭端各區(qū)域高倍組織此為小頭端試片的組織照片，試片中心的鐵素體與珠光體比較粗大，邊緣則比較細(xì)小。D1 D2D3圖10 大頭端各區(qū)域高倍組織可以看出大頭端的組織比小頭端組織更為致密，是因?yàn)樵阱懺爝^程中，大頭端的鍛壓比要比小頭端大，珠光體與鐵素體所受到的外力使其變形量增加。鍛材試片各點(diǎn)成分如表9、10所示：表8鍛材試片成分Y14801730區(qū)域各區(qū)域取點(diǎn)數(shù)量(個(gè)）各區(qū)域各成分的平均值（%）CSiMnPSAl小頭端A30.2801.1431.2200.0

15、160.0030.014B30.2901.1571.2200.0160.0020.013C30.2971.1501.2270.0170.0030.013帽口端A30.3371.2171.2630.0180.0020.013B30.3231.2201.2500.0180.0020.013C30.3001.2071.2470.0170.0020.013Y14802180區(qū)域各區(qū)域取點(diǎn)數(shù)量(個(gè)）各區(qū)域各成分的平均值（%）CSiMnPSAl小頭端A30.2571.2131.2300.0210.0020.014B30.2771.1701.2600.0200.0020.013C30.2831.1901.2

16、670.0210.0020.014帽口端A30.3001.2131.2700.0230.0030.014B30.3171.2001.3000.0240.0030.014C30.2871.1801.2830.0230.0030.014圖11 鍛材各區(qū)域C含量分布圖從圖表看出，鍛材的碳含量與鑄態(tài)組織基本一致，沒有太大變化。兩爐C偏析區(qū)域分布及形態(tài)基本一致。3.5.3鍛材試片O、 N表9鍛材試片O、N含量爐號(hào)位置編號(hào)ONY148017301/2處1126421259Y148021801/2處111562964由表看出，帽口矮澆與滿澆與否對(duì)于O、N含量沒有影響。3.5.4鍛材布氏硬度圖12 硬度取樣示

17、意圖所測(cè)試各點(diǎn)硬度見表12：表10試片各點(diǎn)硬度值Y14801730小頭大頭凹坑直徑布氏硬度編號(hào)凹坑直徑布氏硬度14.2120514.1421234.1920824.0722064.2320234.1221544.2120544.0622274.1920854.14212Y14802180小頭大頭凹坑直徑布氏硬度編號(hào)凹坑直徑布氏硬度14.2020714.1321434.1820924.1221564.2220434.1021744.2120544.0622274.2020754.16211結(jié)果表明，兩爐鍛材硬度一致，說明是否矮澆對(duì)于鍛材硬度沒有影響。小頭端的硬度明顯小于大頭端。這是由于大頭端壓縮

18、比大，組織更為致密。鍛材中心的硬度比邊緣硬度小說明在鍛壓過程中心部受力比邊緣小，鍛機(jī)的穿透力在垂直于心部方向上有明顯梯度。3.6鋼錠和鍛材檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析從低倍和光譜結(jié)果來看，鍛材試片的低倍缺陷比鑄態(tài)試片有所改觀，是由于鍛壓過程中疏松被焊合。加熱及鍛壓過程中一些元素均勻化，一定程度上減輕了元素偏析程度。3.6.1帽口矮澆后的成材率和帽容比兩支已去除帽口鋼錠產(chǎn)材統(tǒng)計(jì)見表14：表11試驗(yàn)鋼錠產(chǎn)材情況爐號(hào)實(shí)際重量開坯前重量產(chǎn)材規(guī)格產(chǎn)材量成材率帽容比Y148017304840kg4000kg300mm3820kg78.9%14.7%Y148021804980kg4055kg310mm3810kg76.

19、5%17.06%由于保護(hù)渣與發(fā)熱劑的厚度不均勻，帽口設(shè)計(jì)的高度和實(shí)際鋼錠澆注高度有一定差距，所以實(shí)際鋼錠重量要比所標(biāo)定鋼錠重量有偏差。4 .大錠型帽口矮澆爐次質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析為了更能說明帽口矮澆對(duì)產(chǎn)材的影響，對(duì)更多的爐次進(jìn)行跟蹤，得到的數(shù)據(jù)如表14:表12大錠型帽口處少注50-60mm工藝參數(shù)序爐號(hào)鋼種錠型(kg)支數(shù)探傷結(jié)果材偏析驗(yàn)證成材率%1Y1470126935CrMoA49205符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析82.892Y1470132735CrMoA49206符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析78.933Y14801395GCr15SiMn49205符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析

20、78.424Y148014103549204符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析80.695Y1470127535CrMoA79703符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析75.56Y1480225935CrMoA 79703符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析67.427Y1480226535CrMoA79702符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析75.668Y1470137635CrMoA120002符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析77.59Y1470138135CrMoA120002符合用戶要求無超出規(guī)格上、下限偏析79.33從上表9爐次3種錠型帽口矮澆工藝試驗(yàn)的結(jié)果可以得出，現(xiàn)帽口內(nèi)鋼液面高度

21、降低50-60mm不影響鋼錠及鋼材質(zhì)量。對(duì)近兩年大錠型成材率與帽口矮澆成材率進(jìn)行比對(duì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表15:表13 近兩年大錠型成材率與矮澆成材率統(tǒng)計(jì)分析錠型，kg120007970492026702012年成材率，74.2275.7376.7678.842013年成材率，74.9173.5576.0977.732014年3月成材率，77.5172.8276.0974.62014年1-3月成材率，77.1573.2174.8477.482014年4月成材率，79.3773.576.679.892014年5月成材率，79.773.1478.779.37帽口矮澆后成材率，%78.4275.5880.23不含矮澆50mm重量設(shè)計(jì)成材率848582由上表看出，8t、12t錠型帽口矮澆后成材率基