对钢锭锭身部分进行硫印和酸洗试验, 观察
表 1 化学成分 (质量分数, % ) T ab le 1 Chem ica l com poses of th e ingot( m ass fraction, % )
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
V
平均成分
0. 144 0. 08 0. 56 0. 007 0. 004 2. 40 0. 14 1. 03 0. 27
Prelim inary Study of So lidification Property in Large Steel Ingot
Jin Yang, A n Hongp ing, M a P ing, Sun H aiyan
Abstract: By d issecting a 234 t Stee l ingot, the solid ification prope rty w as studied fo r im prov ing qua lity o f ingo ts. T he result show s that ingot has a good coo ling cond ition and w e ll shr inkag e in ingo tm o ld under current techno logy.
表面无肉眼可见的夹杂物及细纹, 钢锭锭身下部 未观察到沉积锥的出现。钢锭疏松及缩孔的照片
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大型铸锻件 ! HEAVY CA ST ING AND FORG ING
图 9 钢锭中疏松及缩孔 F igure 9 Shr inkage porosity and shr inkage
为进一步了解钢锭的偏析情况, 对试块进行 套样分析, 并将其在钢锭中的位置进行标定, 图 10即为 C 在钢锭中的分布图。从图中可以看出,
图 10 C在钢锭中的分布 (虚线为钢锭轮廓示意图 ) F igure 10 D istr ibution o f carbon in stee l ingot
钢锭大致可分为正偏析区、负偏析区两个含碳量 不同的区域, 不存在 A 偏析区。负偏析区主要集 中在钢锭底部中心部位, 所占的面积较小; 正偏析 区集中在冒口及 冒口线以下约 800 mm 的位置, 区域面积稍大。可能的原因是第二包的浇注温度 低于第一包, 导致钢锭最后凝固的区域靠下, 以至 于 C 在钢锭冒口线下富集, 这与钢锭疏松区域的 分布也是一致的, 可以通过调整钢锭的浇注温度 来减小正偏析的区域面积, 提高钢锭利用率。此 外, Cr、M o等元素在钢锭中的偏析的大致趋势与 C 的偏析相似, 在此不做累述。
摘要: 通过对 234 t钢锭进行解剖分析, 研究其内部组织结构和元素偏析情况, 以找到改进工艺提高钢锭质 量的途径。结果表明, 在当前工艺条件下, 钢水在钢锭模内具有较好的冷却条件, 冒口补 缩良好。
关键词: 大型钢锭 ; 解剖 ; 凝固特性 ; 偏析 中图分类号 : TF 77 文献标识码: A
4 结论
此次钢锭解剖得出了大量的实验数据, 根据 数据分析我们可以得出以下结论:
( 1) 在钢锭的剖面未发现较大的缩孔, 也未 发现二次缩孔。经过酸蚀后, 剖面中心线部位存 在轻微的疏松, 有少量疏松孔 ( 最大约 5 mm ∀ 18 mm )。由钢锭边缘至钢锭中心大致分为激冷层、 柱状晶区、扁长柱状晶区, 未观 察到中心等轴晶 区, 这可能与钢锭的冷却条件有关。
此外, 由于实验进度的原因, 钢锭中气体及夹 杂物分布, 还有待于下一步的分析研究。
参考文献
[ 1] 徐彦和. 大型 钢锭 及锻 件的 解剖 [ J ]. 大 型铸 锻件, 1982, ( 4) : 48 - 58, 22.
[ 2] 陶正耀, 周枚青. 55 吨 钢锭的 解剖 试验 [ J] . 大型 铸锻件, 1982, ( 4 ) : 1- 22.
图 2 切取的试块照片 F igure 2 pho to of spec im en
( a)全貌
( Байду номын сангаас) 局部放大
图 3 锭身上部接近冒口处的金相组织
F igure 3 The me tallog raph ic struc ture( top o f stee l ingo t body)
( a)全貌
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其凝固特性以及内部组织结构。整个钢锭锭身部 分硫印评级结果为 0. 5级, 这说明目前的精炼工 艺能满足高水平产品生产的需要。钢锭铸态组织 金相照片如图 3~ 图 5所示。
通过现场观察及以上低倍照片可以看出, 在 钢锭底部 ( 包括图 5 以及图 4下 1 /3处 ) , 其凝固 主要由钢锭底盘与钢锭模共同作用, 组织生长形 式表现为由钢锭底盘与钢锭模接触处向内向上逐 渐凝固, 直至钢锭中心部位; 在此以上的区域的凝 固主要由钢锭模吸热控制, 结晶形式表现为横向 生长, 如图 3所示。根据观察, 钢锭的组织形态大 致可以分为表面激冷层、柱状晶区、扁长柱状晶 区。其中表面激冷 层约 ( 110 ~ 120) mm, 柱状晶 区约 500 mm。由柱状晶至钢锭中心处为扁长柱 状晶区, 观察不到中心等轴晶区, 如图 6所示。钢 锭形成此种结构的原因还有待下一步深入研究。
( b) 局部放大
图 4 钢 锭锭身中部的金相组织
F igure 4 T he m eta llog raph ic structure( m idd le o f stee l ingot)
( a)全貌
( b) 局部放大
图 5 钢锭尾部的金相组织
F igure 5 T he m eta llog raph ic structure( stee l ingo t bo ttom)
K ey word s: Large Steel Ingo t; d issection; Solid ification Property; Segregation
大型锻件的生产能力是衡量一个国家重大技 术装备自给能力的重要标志之一, 对国家的经济 建设、国防力量都有着至关重要的意义。目前, 我 国大锻件的生产已初具规模, 但与发达国家相比, 仍存在较大差距。某些质量要求高的大锻件目前 还只能依靠进口, 因此尽快提高我国锻件的质量 就成为所有重型企业急需解决的问题。锻件的质 量取决于钢锭质量, 而钢水的凝固是一个极其复 杂的物理化学过程, 难以直接观察。国外冶金行 业大发展的重要原因之一就是坚持不断的对大型 钢锭及锻件进行解剖分析, 研究其内部质量以改 进炼钢、锻 造及热处理工 艺 [ 1, 2] 。我国在 钢锭解 剖方面的起步较晚, 相关的报道也比较少, 仅有上 海重型机器厂在 20世纪 70~ 80年代解剖了一支 55 t钢锭的报道 [ 2] 。然而, 随着现在钢锭的超大 型化, 其凝固特性已与之前大大不同。目前, 不少 学者用数值模拟的方法对钢锭内部的偏析、缩孔 等缺陷进行了预测, 在一定领域取得了很好的效 果 [ 3, 4] , 但很多结果还有待进 一步验证。而最直 观有效的获得钢锭内部组织结构的方法就是对钢 锭进行解剖研究。为详细了解现今特大型钢锭的 内部组织结构, 优化冶炼锻造工艺, 提高钢锭及锻 件的质量, 二重集团公司最近选择了当前产品中
为进一步研究钢锭的组织结构及晶粒大小, 沿钢锭径向从钢锭中心至钢锭边缘依次取样, 进 行实验研究。取样示意图如图 7所示, 共取下 14 个样。
图 6 钢锭的结构 F igure 6 T he m eta llographic structure
from the su rface to inter io r
现场实验还发现, 在钢锭沿中心线方向距冒 口线下方约 450 mm 处存在一条宽 ( 20~ 30) mm, 长 约 1400mm的细长 疏松带, 无 二次缩孔 , 钢锭
图 8 钢锭不同部位晶粒长宽比 F igu re 8 A spect ratio o f cry sta l grain
from the su rface to inter io r
[ 3] 徐建辉, 孙利刚. 大型垂直定向凝固钢锭凝固过程数值模拟 [ J] . 上海电机学院学报, 2005, 8( 6) : 22- 27.
[ 4] 顾江平, 刘庄, 陈晓 慈. 定 向 凝固 钢锭 中宏 观偏 析的 预测 [ J] . 金属学报, 1997, 33( 5) : 461- 466. 编辑 羊 盼
从以上金相照片中可以看出, 树枝晶很少, 几 乎全为 较大 的柱 状 晶粒, 最 大的 长 度达 38. 44 mm, 可能是此材料为高纯净钢的缘故。
对各样的晶粒大小逐一测量, 使用晶粒的长 宽比表征晶粒的大小, 所得结果如图 8所示。
结合具体晶粒尺寸, 在钢锭局部范围内从中 心向外 1~ 3号样属于较细的柱状晶区, 4~ 12号 样为粗大的柱状晶区, 13、14号样为细晶区, 这与 现场观察的结果大致吻合。
收稿日期: 2010 11 08 资助项目: 国家科技重大专项课题 2009ZX 04014 062。
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图 1 钢锭切割现场照片 F igu re 1 Photo o f d issection
2 钢锭的解剖
由于钢锭巨大, 无法对其进行整体取样, 所以 事先将冒口端沿冒口线气割取下, 并切除钢锭底 部, 随后分别在冒口和锭身上沿钢锭中心线取试 块进行取样分析。钢锭解剖的现场照片如图 1所 示, 图 2 为取下 的试块照 片, 试 块厚度约 为 300 mm, 切割时保留钢锭中心线。试块切割下来后, 对其进行消应处理。在处理后的试块的半面上套 取棒状试样进行化学分析及夹杂物评定, 锭身及 冒口共套取了约 260个试样。剩下的一半试块加 工后进行酸洗、硫印等检验, 研究其铸态组织和冶 金缺陷。