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1、书书书连铸坯凝固偏析的原位统计分布分析薛正良!左都伟#齐江华!高俊波!蒋德阳#王贵容#汤 伟#（!武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉$%&!；#湘潭钢铁集团公司，湘潭$!&!）摘 要 应用金属原位统计分布分析技术研究了$&()钢（*：&+%,&+$&(、&+-&,&+-!()、&+&!.,&+&#-/、&+&-,&+&!$0）#$&11 2#$&11 连铸坯中(、0、/和 34 的宏观偏析规律。研究表明，在铸坯$.*,5%*等轴晶率下中间包钢水过热度（.,%#6）对(的宏观偏析没有显著影响，但对 0、/宏观偏析产生明显影响。0 呈中心正偏析，/呈中心负偏析，低过热度（
2、.6）不能减轻 0 和/的偏析程度。34 元素中心正偏析主要是 34#7%夹杂向连铸坯中心聚集所致。关键词 连铸坯 凝固偏析 原位统计分布分析!#$%&()*+,#$-(&.(/.#.&.0 1&.+23.(/($4)0#.(/5,+5,#.()6#&.7$5.89:;4?=!，;9A B9C:?#，D?E?=B:H=#，I=F9?)A=#=J K=I:?#（!L:H MGA)NA)H OA)P:)A9Q R:N449)H=J S:QA9)T:Q UN?4?VN?A=AO R?=?QN)H AO WJ9TN?A=，I9=U=?X:)Q?NH AO0T?:=T:=J K:TH，I9N=Y)A=J
3、 0N:4 F)A9Z(A MNJ，8?=N=$!&!）!2&.+#0.K):N?A=4C AO(，0，/=J 34?=#$&11 2#$&11 TQN G?44:N AO QN:4$&()（&+%,&+$&(，&+-&,&+-!()，&+&!.,&+&#-/，&+&-,&+&!$0）N:N:TH AO A)?=4 ZAQ?N?A=QNN?QN?T J?QN)?G9N?A=4HQ?Q（7/3）K:QN9JH?=J?TN:J NN C?N$.*,5%*:9?4 T)HQN4)N:?=G?44:N，N:):Q=AN=H:OO:TN AO AX:)N:1Z:)N9):（.,%#6）AO 1A4N:=
4、QN:4?=N9=J?Q):N?A=AO(，G9N N:):):N?A=AO 0=J/K):N?A=，/Z):Q:=NQ T:=N:)=:N?X:Q:):N?A=，=J 4AC AX:)N:1Z:)N9):（.6）TA94J=AN J:T):Q:Q 0=J/Q:):N?A=34#7%?=T49Q?A=Q TA=T:=N)N:J NT:=N:)AO TQN G?44:N 4:JQ NA 34:4:1:=N T:=N:)ZAQ?N?X:Q:):N?A=8#.5+#$945:(A=TQN?=_?44:N，0A4?J?O?TN?A=0:):N?A=，7)?=4/AQ?N?A=0NN?QN?T B?QN
5、)?G9N?A=3=4HQ?Q 传统定量检测连铸坯上元素偏析的方法是钻样分析法，这种方法存在较大的取样偶然性和分析误差，且不能测定元素偏析的连续分布。本研究采用先进的现代分析测试技术 金属原位统计分布分析法系统研究了$&()连铸方坯在不同浇铸工艺条件下杂质元素和合金元素的偏析分布规律。!钢液凝固过程中溶质元素的偏析根据质量守衡，当微区域的凝固率（固相质量与微区域原始质量之比）为!时，钢中元素(、7、0、/、34 的凝固偏析比可表达为!：#$&!a（!a%）!a!（!）式中：&、#&分别表示元素?的原始浓度和在凝固微区域残余液相中的浓度；%元素?在!P:与钢液之间的分配系数（表!）!，#。计算表
6、明，钢液凝固过程中元素 34 几乎不发生偏析；(和/的偏析能力相同，但当钢液中有(存在时，/的凝固偏析比远高于理论计算值#。0和7表;5 与钢液之间的分配系数!?#2$5;5#4($.5&.55$元素(70/0?R=34分配系数%&!%&#&#&!%&55&$&-#具有最高的凝固偏析比。#$&()连铸坯成分及生产工艺参数湘钢二炼钢采用克虏伯弧型连铸机浇铸$&()方坯，铸坯断面为#$&11 2#$&11。表#为$个铸坯钢样的化学成分和浇铸工艺参数。%$&()连铸坯元素偏析金属原位统计分布分析%!(偏析$&()连铸方坯元素(偏析比（(b(&）从方坯边缘向中心的分布曲线（图!）表明：（!）在距方坯表
7、面!.,#.11 处存在一定程度的(负偏析，与浇铸时中间包钢水过热度的高低无关，但与结晶器电磁搅拌强度有关。当结晶器电磁%!第#卷第!期 特殊钢cA4#dA!#&e 年!月 0/W(Y3M 0KWWME=9)H#&e万方数据表!连铸坯化学成分及浇铸工艺参数#$%&!()*+,$&,-*.-/+0+-1/$12,$/0+13.$4$*04/-5%+&0试样编号化学成分!#$%&#()$*+,等轴晶率!拉坯速度!（-%./）中间包过热度!0结晶器电磁搅拌（1 2 34）567/8+9:8+;8+6;88+;88+698+=88+8/=8+8/8+88:8+5?8+:;:;8 29/7/8+9:8+
8、;8+=88+8/8+8/8+88/:698+5?8+:/=;8 29/7;8+9:8+;8+=88+8/8+8/8+88/:688+5?8+:;8#(钢铸坯中#偏析的金属原位统计分布分析A%B+/,(%B%CD EFG%H%F GHCH%GH%I J%GH(%KLH%F CCDMG%G F#GNB7(NBCH%F%GHNND 8#(ICGH K%DDNH搅拌电流为988 1 时（试样567/，中间包钢水过热度9;0）的#负偏析程度明显高于搅拌电流为;，中间包钢水过热度分别为 9;0和;:0）的偏析分布曲线可知，钢水$含量越高，相应的中心偏析倾向越严重；试样/7/和/7;为同一炉钢，初始$含量
9、为 8O 8/，当中间包钢水过热度在;8 0左右时，$的中心偏析程度最小；当中间包钢水过热度降到 0时，$的中心偏析现象反而更明显。（;）)在连铸坯边缘的偏析轻微。当中间包钢水过热度从 9;0下降至/=0过程中，)从中心负偏析向中心正偏析转变。但当中间包钢水过热度进一步降低到 8#(钢中酸溶铝一般为 8O 8/?8O 8;和8+88 结果分析长期以来，人们对金属凝固过程中发生的溶质图;8#(钢铸坯中$（C）和)（K）偏析的金属原位统计分布分析A%B+;,(%B%CD EFG%H%F GHCH%GH%I J%GH(%KLH%F CCDMG%G F$（C）CJ)（K）GNB(NBCH%F%GHNN
10、D 8#(ICGH K%DDNH/特殊钢 第;:卷万方数据图!#$%&钢铸坯中(偏析的金属原位统计分布分析)*+,!-&*+*./(012*3*1.23/3*23*4 5*23&*673*1././(82*2 1.(29+:&9+/3*1.*.2399(#$%&4/23 6*(93元素偏析现象的成因和控制方法进行了大量的研究!;）连铸坯边缘元素%的局部负偏析一般是由结晶器电磁搅拌引起，严重的%负偏析在连铸坯低倍照片上可观察到“白亮带”存在。本研究同时进行的连铸坯低倍检验中未出现“白亮带”，表明元素%的负偏析仍属轻微。距方坯边缘!$;?$=范围出现的%正偏析可能是为平衡边缘负偏析的结果。中间包钢
11、水过热度对连铸坯等轴晶率产生影响，增加等轴晶率可减轻%的中心正偏析程度。对#$=A#$=#$%&方坯，在本研究所选择的中间包钢水过热度范围内，连铸坯断面等轴晶率均高于#BC（见表）。因此，中间包钢水过热度对%中心偏析的影响不明显。（）D 呈明显的向中心正偏析；中间包钢水过热度在$E左右时，D 的正偏析程度最小。接近液相线温度浇铸并不能降低 D 的正偏析程度，这并不符合公认的偏析规律，D 的这一偏析规律还有待更多的研究来证实。元素 F 向中心正偏析程度与中间包钢水过热度有关。较高中间包钢水过热度下反而呈现中心负偏析；随着中间包钢水过热度下降，逐渐呈现中心正偏析；接近液相线温度浇铸时，F 又呈现负
12、偏析。F的这种偏析现象同样不符合公认的元素偏析规律，有待更多的研究来证明。（!）溶解在钢液中的铝本身的偏析倾向很小。图!测定的(这种中心正偏析与(-!夹杂颗粒的中心偏析是对应的。在#个试样的(-!夹杂原位分析检测三维分布图中，都存在连铸坯中部(-!夹杂颗粒和大颗粒(-!夹杂富集现象。G,-含量越高，铸坯中部富集的(-!夹杂密度越大。B 结论（）结晶器电磁搅拌只引起%在连铸坯边缘发生负偏析，紧接着这一负偏析带出现%的正偏析，这可能是平衡边缘%负偏析的结果。（）对#$%&连铸坯，中间包钢水过热度低于!E时，连铸坯截面上等轴晶率高于#BC。这种情况下中间包钢水过热度的变化对%的宏观偏析没有明显影响，
13、但对 D 和 F 的宏观偏析仍然产生明显影响。（!）元素 D 和 F 都是强偏析元素，但在偏析规律上存在明显差异。D 呈明显的中心正偏析，接近液相线温度浇铸并不能降低 D 的正偏析程度。在较高中间包钢水过热度和接近液相线温度下浇铸时，F 反而呈现中心负偏析。（#）元素(的中心正偏析主要是(-!夹杂向连铸坯中心聚集引起的。G,-含量越高，因(-!夹杂向连铸坯中心聚集引起的(偏析越严重。参考文献 曲 英,炼钢学原理,北京：冶金工业出版社，H（）：!DI/I J，K11&L L,M9N*9O 1P 3I9 QPP943 1P Q(943&1=/+.93*4 D3*&*.+（QKD）*.%1.3*.7
14、172(8%/23 D399(F/&3,R&1.S D399(=/T9&，?，$）：!#DI/I J，K11&L L,K/4&129+&9+/3*1.*.%1.3*.7172(8%/23 U*+I%/&:61.D399(V*(932,）：D#$?H 梨和甫，安元邦夫,连铸中心偏析及影响,铁钢，W#，H$（#）：DW#，H$（W）：?，）：#：!$?薛正良（第 期薛正良等：连铸坯凝固偏析的原位统计分布分析万方数据连铸坯凝固偏析的原位统计分布分析连铸坯凝固偏析的原位统计分布分析作者：薛正良，左都伟，齐江华，高俊波，蒋德阳，王贵容，汤伟，Xue Zhengliang，Zuo Duwei，Qi Jia
15、nghua，Gao Junbo，Jiang Deyang，Wang Guirong，Tang Wei作者单位：薛正良,齐江华,高俊波,Xue Zhengliang,Qi Jianghua,Gao Junbo(武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,武汉,430081)，左都伟,蒋德阳,王贵容,汤伟,ZuoDuwei,Jiang Deyang,Wang Guirong,Tang Wei(湘潭钢铁集团公司,湘潭,411101)刊名：特殊钢英文刊名：SPECIAL STEEL年，卷(期)：2007,28(1)被引用次数：3次 参考文献(9条)参考文献(9条)1.曲英 炼钢学原理 19
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19、ang Deyang.Wang Guirong.Tang Wei 40Cr连铸坯元素偏析金属原位分析研究期刊论文-河南冶金2006,14(z2)5.陈吉文.李美玲.吴超.张秀鑫.王海舟.杨春政.梁红兵.张洪波.郝华强.CHEN Ji-wen.LI Mei-ling.WU Chao.ZHANG Xiu-xin.WANG Hai-zhou.YANG Chun-zheng.LIANG Hong-bing.ZHANG Hong-bo.HAO Hua-qiang 不同拉速工艺下连铸板坯横截面中心偏析和夹杂物的原位统计分布分析期刊论文-冶金分析2006,26(3)6.曾涛.张炯明.王新华.姜敏 连铸坯不同凝固区域宏观偏析的研究会议论文-2006 引证文献(3条)引证文献(3条)1.郭宏海.宋波.毛璟红.赵沛 稀土元素对耐候钢元素偏析的影响期刊论文-北京科技大学学报 2010(1)2.李冬玲.张勇.王海舟.苗睿瑛 钆的激光诱导击穿光谱原位统计分布分析期刊论文-中国稀土学报 2014(1)3.李江文.张穗忠.夏念平.余卫华.李冬玲 帘线钢82A大方坯的原位统计分布分析期刊论文-冶金分析 2013(7)本文链接：http:/