馬強

本文對寶鋼大方坯連鑄實際生產條件下不同鋼水過熱度和二冷比水量對40NVS 非調質鋼宏觀偏析的影響進行了研究。結果表明:硫與碳的偏析規律類似，高過熱度時，增加二冷比水量使低倍一般疏松級別增加。采用高過熱度、弱二冷比水量更有利于40NVS 非調質鋼橫斷面內成分均勻性的改善，可以滿足汽車用鋼質量要求。

汽車工業正朝著高性能、低成本、輕量化的方向發展，相應地，對汽車用鋼的要求也在不斷提高。尤其是汽車動力系統，如發動機曲軸、連桿等零部件對鋼材的要求越來越苛刻。因此，能否滿足汽車企業對原材料的要求已經成為當前衡量一個鋼鐵企業產品檔次和質量水平的重要標志之一。節能型微合金非調質鋼由于省去了高能耗的調質工序，作為環境友好型產品受到了汽車工業的廣泛青睞，日本的一些汽車曲軸等零部件90%以上采用非調質鋼制造。

寶鋼股份電爐大方坯連鑄生產線為滿足高端市場需求、不斷改善汽車零部件用鋼的成分均勻性。作為實踐案例之一，本文選取了40NVS 非調質鋼，對不同連鑄鋼水過熱度和二冷比水量條件下宏觀偏析的情況進行了研究。

1 研究條件和方法

1.1 試驗方案

試驗在寶鋼股份鋼管條鋼事業部150 噸電爐連鑄大方坯生產線進行。工藝流程為:EAF 超高功率交流電弧爐→LF 鋼包精煉→VD 真空脫氣→CC 大方坯連鑄。

試驗的鋼種為40NVS，實際化學成分(中間包鋼水樣，光譜法分析)如表1 所示，液相線溫度為1493℃。連鑄采用結晶器與凝固末端復合式電磁攪拌，拉速為0.65m/min，比水量采用0.20L/t 與0.26L/t對比模式。中間包鋼水過熱度采用點測量方法(每爐測溫次數不少于5次)，過熱度取測量結果的算術平均值。試驗共連續澆鑄2爐鋼。

1.2 分析方法

連鑄坯熱送熱裝入加熱爐加熱，經初軋開坯后，軋制成Φ90mm 棒材。對棒材從低倍與碳、硫成分偏析兩方面檢測宏觀偏析情況，具體方法為:

1)低倍檢驗:在每爐、每流的中間連鑄坯軋制的棒材上取薄片樣，按GB226標準做低倍宏觀酸浸試驗，采用熱酸法浸蝕，按GB/T1979 第二套評級圖譜進行評級。

2)碳、硫紅外分析:在酸浸后的低倍試樣上(取樣前將表面的酸浸部分剔除)，以圓點為中心、在任意直徑方向上每隔10mm 用直徑5mm 鉆頭取屑樣2-3g，樣品編號1-9 號，其中5 號為中心；另在該直徑兩旁柱狀晶與等軸晶交界處(CET)取4 點，樣品編號10-13 號，每片試樣共取13 個點(如圖1)，采用CS-444 紅外碳、硫氣體分析儀按GB/T20123 標準進行碳、硫含量測定。

2 結果與分析

2.1 連鑄工藝對低倍組織的影響

試驗結果見表2。在所有條件下低倍偏析均為0級。試驗結果表明，澆鑄鋼水過熱度對低倍組織影響較大。高過熱度、弱比水量下，低倍組織以中心疏松為主，級別為1.0-1.5。高過熱度、大比水量以及低過熱度時，低倍為一般疏松，級別1.5-2.0。

在比水量不變的條件下，鋼水過熱度由37℃下降至9℃時，低倍一般疏松的程度加重。二冷比水量對低倍組織也有影響。在過熱度不變的條件下，加大比水量，一般疏松的程度加重。從低倍結果評級來看，在高過熱度情況下比水量對低倍組織的影響更加顯著。

2.2 連鑄工藝對碳、硫宏觀偏析的影響

1)過熱度對碳、硫偏析的影響

定義碳、硫含量的實測值與熔煉成分的比值為偏析指數(C/CO)，各點的碳、硫偏析指數及分布情況見表2、圖2。

從表2 可以看出，高過熱度條件下的碳、硫宏觀偏析明顯好于低過熱度的情況。以0.20L/t比水量為例，過熱度為37℃時，碳的偏析指數(取1st、2st 平均值)為0.98-1.06，標準差為0.025，碳、硫含量極差分別為0.03%、0.0045%，而過熱度為9℃時，碳偏析指數為0.94-1.10，標準差為0.04，碳、硫含量極差分別達0.06%、0.0085%。

從圖2 可以明顯看出，高過熱度下，靠近邊部的3 點(序號1、2、3 或7、8、9)，成分波動小(近似為直線)，中心區域第4 點和第6 點為負偏析，第5 點為正偏析，橫斷面內碳分布曲線呈理想的“w”形，極差僅為0.032%(1st、2st 平均值)。而低過熱度下，碳在整個橫斷面內出現了較嚴重的宏觀偏析，碳的最高點出現在相當于連鑄柱狀晶與等軸晶交界位置(CET)，最低點處于棒材中心，碳含量極差達0.063%，較高過熱度的情況明顯偏大。

2)比水量對碳、硫偏析的影響

在高過熱度條件下，將比水量增加到0.26L/t 后，碳在斷面上的分布曲線形狀發生了改變，除邊緣出現較大碳波動外，中心也由正偏析變為負偏析，形狀變為典型的“M”形，整個斷面內碳的波動幅度增加到0.044%，表明在高過熱度情況下，加大比水量使成分的均勻性惡化。低過熱度時加大比水量，碳的分布曲線形狀發生了輕微變化，但碳含量的極差未發生明顯改變，兩種比水量下，碳含量極差均超過0.06%，表明在此條件下，過熱度對宏觀偏析的影響占主導，而與水量的關系不大。

3 討論

一般認為，連鑄高過熱度時柱狀晶發達，并造成嚴重的宏觀偏析。通常采取低過熱度澆鑄技術、獲得高等軸晶率的辦法來降低中心偏析。不同于以往研究結果，寶鋼大方坯連鑄機在37℃的高過熱度下，生產的40NVS 鋼含碳量極差獲得了較低的水平，顯著低于含碳量為0.20%的齒輪鋼在相近過熱度時的極差，而9℃的低過熱度造成了碳在橫斷面上的不均勻分布，并產生明顯的宏觀偏析。因此，對大方坯連鑄而言，低過熱度澆鑄理論并不適用。相反，適當提高鋼水過熱度，增加柱狀品長度，并輔以適當的凝固末端電磁攪拌技術，對宏觀成分均勻性的改善十分有利。

4 結論

1)澆鑄鋼水過熱度對40NVS 非調質鋼宏觀偏析的影響顯著。低倍組織方面，高過熱度下以中心疏松為主，級別為1.0-1.5 級，低過熱度時以一般疏松為主，級別為1.5-2.0 級。高過熱度下橫斷面內的碳、硫的分布較低過熱度更加均勻，37℃過熱度下，碳、硫極差分別為0.03%、0.004%，而9℃過熱度下分別為0.06%、0.007%。

2)二冷比水量對低倍及碳、硫宏觀偏析有一定影響，加大比水量后低倍一般疏松程度加重，且在高過熱度時的影響略大于在低過熱度的情況。高過熱度條件下采用弱比水量更有利于斷面碳成分均勻性的改善，而低過熱度下，水量的影響不顯著。

3)采用相對高過熱度、弱比水量工藝生產的40NVS 非調質鋼宏觀偏析可以滿足高品質汽車曲軸用鋼的質量要求。