马强
本文对宝钢大方坯连铸实际生产条件下不同钢水过热度和二冷比水量对40NVS 非调质钢宏观偏析的影响进行了研究。结果表明:硫与碳的偏析规律类似，高过热度时，增加二冷比水量使低倍一般疏松级别增加。采用高过热度、弱二冷比水量更有利于40NVS 非调质钢横断面内成分均匀性的改善，可以满足汽车用钢质量要求。
汽车工业正朝着高性能、低成本、轻量化的方向发展，相应地，对汽车用钢的要求也在不断提高。尤其是汽车动力系统，如发动机曲轴、连杆等零部件对钢材的要求越来越苛刻。因此，能否满足汽车企业对原材料的要求已经成为当前衡量一个钢铁企业产品档次和质量水平的重要标志之一。节能型微合金非调质钢由于省去了高能耗的调质工序，作为环境友好型产品受到了汽车工业的广泛青睐，日本的一些汽车曲轴等零部件90%以上采用非调质钢制造。
宝钢股份电炉大方坯连铸生产线为满足高端市场需求、不断改善汽车零部件用钢的成分均匀性。作为实践案例之一，本文选取了40NVS 非调质钢，对不同连铸钢水过热度和二冷比水量条件下宏观偏析的情况进行了研究。
1 研究条件和方法
1.1 试验方案
试验在宝钢股份钢管条钢事业部150 吨电炉连铸大方坯生产线进行。工艺流程为:EAF 超高功率交流电弧炉→LF 钢包精炼→VD 真空脱气→CC 大方坯连铸。
试验的钢种为40NVS，实际化学成分(中间包钢水样，光谱法分析)如表1 所示，液相线温度为1493℃。连铸采用结晶器与凝固末端复合式电磁搅拌，拉速为0.65m/min，比水量采用0.20L/t 与0.26L/t对比模式。中间包钢水过热度采用点测量方法(每炉测温次数不少于5次)，过热度取测量结果的算术平均值。试验共连续浇铸2炉钢。
1.2 分析方法
连铸坯热送热装入加热炉加热，经初轧开坯后，轧制成Φ90mm 棒材。对棒材从低倍与碳、硫成分偏析两方面检测宏观偏析情况，具体方法为:
1)低倍检验:在每炉、每流的中间连铸坯轧制的棒材上取薄片样，按GB226标准做低倍宏观酸浸试验，采用热酸法浸蚀，按GB/T1979 第二套评级图谱进行评级。
2)碳、硫红外分析:在酸浸后的低倍试样上(取样前将表面的酸浸部分剔除)，以圆点为中心、在任意直径方向上每隔10mm 用直径5mm 钻头取屑样2-3g，样品编号1-9 号，其中5 号为中心；另在该直径两旁柱状晶与等轴晶交界处(CET)取4 点，样品编号10-13 号，每片试样共取13 个点(如图1)，采用CS-444 红外碳、硫气体分析仪按GB/T20123 标准进行碳、硫含量测定。
2 结果与分析
2.1 连铸工艺对低倍组织的影响
试验结果见表2。在所有条件下低倍偏析均为0级。试验结果表明，浇铸钢水过热度对低倍组织影响较大。高过热度、弱比水量下，低倍组织以中心疏松为主，级别为1.0-1.5。高过热度、大比水量以及低过热度时，低倍为一般疏松，级别1.5-2.0。
在比水量不变的条件下，钢水过热度由37℃下降至9℃时，低倍一般疏松的程度加重。二冷比水量对低倍组织也有影响。在过热度不变的条件下，加大比水量，一般疏松的程度加重。从低倍结果评级来看，在高过热度情况下比水量对低倍组织的影响更加显著。
2.2 连铸工艺对碳、硫宏观偏析的影响
1)过热度对碳、硫偏析的影响
定义碳、硫含量的实测值与熔炼成分的比值为偏析指数(C/CO)，各点的碳、硫偏析指数及分布情况见表2、图2。
从表2 可以看出，高过热度条件下的碳、硫宏观偏析明显好于低过热度的情况。以0.20L/t比水量为例，过热度为37℃时，碳的偏析指数(取1st、2st 平均值)为0.98-1.06，标准差为0.025，碳、硫含量极差分别为0.03%、0.0045%，而过热度为9℃时，碳偏析指数为0.94-1.10，标准差为0.04，碳、硫含量极差分别达0.06%、0.0085%。
从图2 可以明显看出，高过热度下，靠近边部的3 点(序号1、2、3 或7、8、9)，成分波动小(近似为直线)，中心区域第4 点和第6 点为负偏析，第5 点为正偏析，横断面内碳分布曲线呈理想的“w”形，极差仅为0.032%(1st、2st 平均值)。而低过热度下，碳在整个横断面内出现了较严重的宏观偏析，碳的最高点出现在相当于连铸柱状晶与等轴晶交界位置(CET)，最低点处于棒材中心，碳含量极差达0.063%，较高过热度的情况明显偏大。
2)比水量对碳、硫偏析的影响
在高过热度条件下，将比水量增加到0.26L/t 后，碳在断面上的分布曲线形状发生了改变，除边缘出现较大碳波动外，中心也由正偏析变为负偏析，形状变为典型的“M”形，整个断面内碳的波动幅度增加到0.044%，表明在高过热度情况下，加大比水量使成分的均匀性恶化。低过热度时加大比水量，碳的分布曲线形状发生了轻微变化，但碳含量的极差未发生明显改变，两种比水量下，碳含量极差均超过0.06%，表明在此条件下，过热度对宏观偏析的影响占主导，而与水量的关系不大。
3 讨论
一般认为，连铸高过热度时柱状晶发达，并造成严重的宏观偏析。通常采取低过热度浇铸技术、获得高等轴晶率的办法来降低中心偏析。不同于以往研究结果，宝钢大方坯连铸机在37℃的高过热度下，生产的40NVS 钢含碳量极差获得了较低的水平，显著低于含碳量为0.20%的齿轮钢在相近过热度时的极差，而9℃的低过热度造成了碳在横断面上的不均匀分布，并产生明显的宏观偏析。因此，对大方坯连铸而言，低过热度浇铸理论并不适用。相反，适当提高钢水过热度，增加柱状品长度，并辅以适当的凝固末端电磁搅拌技术，对宏观成分均匀性的改善十分有利。
4 结论
1)浇铸钢水过热度对40NVS 非调质钢宏观偏析的影响显著。低倍组织方面，高过热度下以中心疏松为主，级别为1.0-1.5 级，低过热度时以一般疏松为主，级别为1.5-2.0 级。高过热度下横断面内的碳、硫的分布较低过热度更加均匀，37℃过热度下，碳、硫极差分别为0.03%、0.004%，而9℃过热度下分别为0.06%、0.007%。
2)二冷比水量对低倍及碳、硫宏观偏析有一定影响，加大比水量后低倍一般疏松程度加重，且在高过热度时的影响略大于在低过热度的情况。高过热度条件下采用弱比水量更有利于断面碳成分均匀性的改善，而低过热度下，水量的影响不显著。
3)采用相对高过热度、弱比水量工艺生产的40NVS 非调质钢宏观偏析可以满足高品质汽车曲轴用钢的质量要求。