200方连铸坯成分分布原位分析①

周莉萍

(江阴兴澄特种钢铁有限公司， 江苏 江阴　214419)



200方连铸坯成分分布原位分析①

周莉萍

(江阴兴澄特种钢铁有限公司， 江苏 江阴214419)

采用原位统计分布分析的技术, 对200方连铸坯进行原位分析,掌握连铸坯横截面成分分布规律和中心偏析的特性，为连铸连轧生产线优化工艺参数提供分析测试技术支撑。

连铸坯； 成分分布； 原位分析技术； 中心偏析的特性

引　言

连铸坯的冷凝过程是由外至内逐渐冷却的，由于中心温度高于边缘温度，使得一些低熔点和夹杂元素容易在中心线上形成富集。这种富集现象常常造成最终产品的质量问题。因此，现代冶金工艺都在尽量设法减小这种中心偏析现象。

然而，传统的分析方法由于采样等条件的限制，不能进行较大范围内的成分分布分析；硫印和低倍显微观察虽然可以直观地看到硫偏析的情况，但该方法不仅速度慢、操作过程复杂，所得结果也不是定量的，也无法得到其他元素的分布情况。

本文采用原位统计分布分析的技术，通过对无预燃、连续扫描激发的火花放电所产生的光谱信号进行高速的数据采集和解析，来测定样品表面不同位置的原始状态下的化学成分含量以及表面的结构信息，快速、定量检测样品各元素偏析情况，掌握连铸坯横截面成分分布规律和中心偏析的特性，为连铸连轧生产线优化工艺参数提供分析测试技术支撑。

1　200方连铸坯成分分布原位分析

1.1实验仪器和方法

1.1.1仪器

金属原位分析系统：OPA-100北京纳克分析仪器公司制造。

1.1.2样品扫描方式和速度

样品扫描方式为线性扫描，扫描速度为1 mm/s。

1.1.3火花激发参数

激发频率：480 Hz; 激发电容：7.0 μF; 激发电阻：6.0 Ω; 火花间隙：2.0 mm; 氩气纯度：99.999%;氩气流量：80 mL/s; 电极材料：45°顶角纯钨电极，直径3 mm。

1.1.4数据采集和处理

信号采集速度为200 kHz/通道。工作曲线的制作和分析结果的处理采用OPA-100软件进行处理。

1.2试样

1.2.1样品名称

钢种:SWRS82B；规格:200方。

1.2.2材料成分

w(C)=0.83%;w(Si)=0.22%；w(Mn)=0.74%;w(P)=0.010%;w(S)=0.012%；w(Cr)=0.24%；w(V)=0.04%。

1.2.3样品性状

样品大小：厚：20 mm，长：200 mm,宽：200 mm,按图1所示分割成4块，每块100 mm×100 mm×20 mm，每块试样扫描面积：70 mm×70 mm。

图1　试样扫描示意图

2　试验结果和分析

2.1200方连铸坯横截面各主要化学成分分布

2.1.1碳元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图

碳元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图如图2所示。从图2可以明显看出：连铸坯横截面中心碳元素存在负偏析，围绕中心四周有点状正偏析，方坯边缘有负偏析。

图2　元素C的原位统计分布分析二维成分等高图

2.1.2硅元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图

硅元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图如图3所示。从图3可以看出：连铸坯横截面硅元素的分布比较均匀，方坯边缘有轻微负偏析。

图3　元素Si的原位统计分布分析二维成分等高图

2.1.3锰元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图

锰元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图如图4所示。从图4可以看出：锰元素在连铸坯横截面中心存在轻微负偏析，围绕中心四周有点状偏析圈，边缘存在负偏析。

图4　元素Mn的原位统计分布分析二维成分等高图

2.1.4磷元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图

磷元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图如图5所示。从图5可以明显看出：磷元素在连铸坯横截面中心存在负偏析，围绕四周有点状偏析，点状偏析较严重。

图5　元素P的原位统计分布分析二维成分等高图

2.1.5铬元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图

铬元素在连铸坯横截面成分分布二维等高图如图6所示。从图6可以明显看出：连铸坯横截面中心铬元素存在负偏析，周围中心有轻微点状正偏析。

图6　元素Cr的原位统计分布分析二维成分等高图

2.2200方连铸坯横截面各主要化学成分分布数据分析

2.2.14样品中各元素的统计偏析度分析数据

4样品中各元素的统计偏析度分析数据(统计偏析度越小越好)如表1所示。

表1　4样品中各元素的统计偏析度分析数据汇总表

元素统计偏析度试样1试样2试样3试样4C0.04960.06770.08020.1197Si0.02630.02910.03130.0309Mn0.03850.04160.04590.0396Cr0.02680.03340.03990.0602P0.21320.21990.23890.2276

2.2.24样品中各元素的统计偏析度分析数据折线图

4样品中各元素的统计偏析度分析数据折线图如图7所示。

图7　4样品中各元素的统计偏析度分析数据折线图

从200方连铸坯4样品中各元素的统计偏析度分析数据可以看出，元素Si，Mn，Cr统计偏析度均小于0.05，元素C统计偏析度在0.05～0.12之间，元素P统计偏析度在0.21～0.24之间，P元素偏析较大。

2.2.34样品中各元素的统计均匀度分析数据

4样品中各元素的统计均匀度分析数据(统计均匀度越大越好)如表2所示。

表2　4样品中各元素的统计均匀度分析结果

元素统计均匀度/%试样1试样2试样3试样4C0.97830.92700.81170.95956Si0.99830.99100.98480.9896Mn0.90550.88770.82820.8953Cr0.99610.98980.96020.8894P0.64630.62060.53000.6255

2.2.44样品中各元素的统计均匀度分析数据折线图

4样品中各元素的统计均匀度分析数据折线图如图8所示。

图8　4样品中各元素的统计均匀度分析数据折线图

从200方连铸坯4样品中各元素的统计均匀度分析数据可以看出，元素C，Si，Mn，Cr统计偏析度均在0.8～1.0之间，元素P统计偏析度在0.53～0.65之间，P元素分布均匀性较差。

2.3200方连铸坯横截面致密度分析

2.3.1200方连铸坯横截面致密度二维图

200方连铸坯横截面致密度二维图如图9所示。

2.3.2200方连铸坯横截面致密度分布图

200方连铸坯横截面致密度分布图如图10所示。从图10可以看出，连铸方坯中心线下方材料存在疏松，致密度小于连铸方坯中心线上方材料。

2.4200方连铸坯低倍图片

2.4.1200方连铸坯低倍图片

200方连铸坯低倍图片如图11所示。

2.4.2200方连铸坯低倍数据

200方连铸坯低倍数据如表3所示。

3　结　论

采用原位统计分布分析的技术可以定量表征连铸坯横截面的元素分布及偏析的特性，通过原位统计分布分析二维成分等高图合成，可以形成200方连铸坯横截面整体的元素分布及偏析特性，分析表明，C，P，Cr元素在连铸方坯横截面中心存在负偏析，围绕中心四周有点状正偏析，方坯边缘存在负偏析；中央部分偏析较边缘的偏析更为严重；P元素偏析较大；Si，Mn元素在200方连铸坯横截面成分分布比较均匀，中央与边缘成分分布差异不明显。

图9　1-4号样品致密度二维分布图

图10　200方连铸坯横截面致密度分布图

图11　200方低倍图片

炉号规格中心疏松中心偏析缩孔角裂边裂中间裂纹中心裂纹皮下气泡非金属夹杂4360AX200方1.000.5000000

研究结果也表明，原位分析技术应用于大连铸坯的分析，不仅速度快，分析结果准确、直观，而且在成分分析的同时，还可以进行疏松和缩孔的分析，能在较大范围内对铸坯的质量进行全面而准确的分析，对铸坯生产的质量监控和工艺改进具有重大的指导意义。

2016-02-26

TF777.2； TG115.21