電磁攪拌對(duì)石油管用圓坯內(nèi)部質(zhì)量的改善

陳禹¹，宋春林¹，賈寧波¹，王曉良¹，劉軍周¹，張孟昀²

(1. 河南鳳寶特鋼有限公司煉鋼廠， 河南 安陽 456500；2. 北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

摘要：針對(duì)P110級(jí)石油管用圓坯27Mn2Cr鋼連鑄坯凝固組織差、中心縮孔嚴(yán)重等缺陷，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不適宜的電磁攪拌工藝及與拉速匹配性差是引起上述問題的主要原因。因此，對(duì)結(jié)晶器和末端電攪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量及優(yōu)化，同時(shí)建立φ220 mm規(guī)格圓坯凝固傳熱模型，以確定合理的連鑄機(jī)拉速。通過分析表明，拉速由1.30 m/min提高至1.70 m/min并搭配合理的電攪工藝，鑄坯中心等軸晶所占比例由16%提高至25%，中心縮孔消失；同時(shí)鑄坯內(nèi)部碳偏析指數(shù)范圍由0.938~1.062縮小至0.951~1.038，改善了石油套管用圓坯的內(nèi)部質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：圓坯；拉速；電磁攪拌；內(nèi)部質(zhì)量；碳偏析

1 引言

石油管作為石油開采時(shí)的運(yùn)輸管道，要求其具有較強(qiáng)的抗腐蝕、抗擠壓性能。石油管內(nèi)帶狀組織及管壁折疊缺陷的存在，會(huì)極大降低其使用過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性，而上述缺陷的存在又與鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量有極大關(guān)聯(lián)。連鑄坯中凝固組織較差，如存在中心縮孔缺陷，穿管時(shí)易造成管內(nèi)壁的折疊；由于連鑄坯凝固過程中存在選分結(jié)晶，易造成碳、錳元素的偏析，遺傳至成品管便形成帶狀組織。綜上所述，鑄坯的質(zhì)量好壞對(duì)石油管性能的影響顯得尤為重要。

目前，改善連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要通過電磁攪拌和輕壓下等技術(shù)手段。中小斷面圓坯由于軋制孔型要求，鑄機(jī)一般不配備壓下輥，而主要采用結(jié)晶器和末端復(fù)合電磁攪拌工藝。電磁攪拌工藝主要將電磁力作用于鋼液，使其產(chǎn)生沿一個(gè)方向或正反交替的流場(chǎng)，從而加快鋼液熱耗散，同時(shí)均勻兩相區(qū)濃質(zhì)鋼液、切割柱狀晶凝固前沿，進(jìn)而起到增加等軸晶比例、改善鑄坯內(nèi)部偏析的作用。部分鋼廠通過使用電磁攪拌工藝，得到了較好的鑄坯質(zhì)量。

本文以P110級(jí)石油管用鋼27Mn2Cr圓坯為例，通過高斯計(jì)對(duì)現(xiàn)工藝現(xiàn)條件下結(jié)晶器和末端電攪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以提高其對(duì)鋼液的攪拌效果。另一方面，建立φ220 mm規(guī)格27Mn2Cr圓坯凝固傳熱模型，通過對(duì)鑄坯凝固過程進(jìn)行模擬計(jì)算，評(píng)價(jià)現(xiàn)工藝條件下末端電攪安裝位置的合理性，并對(duì)現(xiàn)連鑄拉速進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。

2 精選圖表

3 結(jié)論

通過對(duì)結(jié)晶器和末端電攪磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)優(yōu)化，建立圓坯凝固傳熱模型來確定適宜的鑄機(jī)拉速，研究不同電攪工藝對(duì)鑄坯凝固組織與碳元素偏析的影響，得到以下結(jié)論:

(1)鑄機(jī)拉速需要與末端電攪器安裝位置匹配，現(xiàn)工藝條件下，鑄機(jī)拉速慢是導(dǎo)致末端電攪無效果的主要原因；

(2)結(jié)晶器和末端的電攪強(qiáng)度與攪拌電流呈正比，與攪拌頻率呈反比，適宜的結(jié)晶器電攪參數(shù)為300 A、3 Hz，末端電攪參數(shù)為450 A、7 Hz；

(3)建立圓坯凝固傳熱模型，通過測(cè)溫對(duì)模型準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，利用模型計(jì)算得出鑄機(jī)拉速提高至1.70 m/min，可確保末端電攪發(fā)揮作用；

(4)復(fù)合電攪工藝對(duì)鑄坯質(zhì)量的改善效果最佳，鑄坯中心等軸晶比例由16%提高至25%，中心縮孔缺陷完全彌合，碳偏析指數(shù)范圍由0.938~1.062縮小至0.951~1.038，為后續(xù)石油管質(zhì)量的穩(wěn)定奠定了基礎(chǔ)。