科技新进展：高效精准判断凝固坯壳厚度用点状裂纹法
一、研究的背景与问题
工信部在2022年的6号文《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》中指出，要增强钢铁行业的创新发展能力。在此背景条件下，兴澄特钢研究院在总经理部的正确指导下，开展连铸轻压下课题的研究。
兴澄特钢大方坯连铸机原本为国外全套引进设备。为适应新形势下品种开发的需要进行国产化改造后，产品实物质量不甚理想，碳偏指数满足0.95~1.05范围的比例不足90%，影响高质量要求钢材的交付。而当初随整套设备同步引进的凝固数学模型没有得到外方的开源性程序，设备改造后据模型模拟达不到预期的效果，外方借机提出天价条件且关键技术仍受制于人。
为了不受外方“卡脖子”，兴澄特钢决定成立项目组，根据实际生产条件，自主开发一套连铸凝固模型，探索模型校准的新方法，寻找一种对轻压下有效的分析方法，设计适合典型钢种的轻压下工艺，进一步提升偏析质量以满足更高要求的品种开发。
二、解决问题的思路与技术方案
本技术项目的思路是：
(1)通过对生产工艺参数、连铸坯、轧材低倍和碳偏指数等实物质量大数据分析，寻找其内在规律。
(2)自主开发凝固模型，完成自主连铸凝固模型的编制，寻找合适的模型校准方法。
(3)找到偏析有效控制的工艺要点，能够针对不同规格不同钢种自主设计轻压下工艺。
(4)提出优化工艺试验，不断比对生产工艺和最终的偏析质量，找到偏析有效控制的工艺要点。
本技术方法的整体流程图如图1.所示，其中，用点状裂纹法校准模型流程图如图2.所示。
图1.点状裂纹法校准凝固模型研究轻压下分析过程流程图
图2. 铸坯低倍点状裂纹校准模型流程图
三、主要创新性成果
本技术项目获得的主要创新性成果有：
1、采用点状裂纹法判断连铸过程坯壳厚度的方法，相较于行业内普遍采用射钉、同位素等方法具有操作简单、快速高效、准确可靠等优点，分析速度快，分析一次可以得到所有拉矫机辊列处坯壳厚度，不受额外设备精度的影响。
2、采用铸坯点状裂纹判断坯壳厚度法校准连铸凝固模型技术，校准模型过程快速简单，无需事先得到分析钢种精确地物性参数，为新品开发提供有力支撑。
本项目被江苏省新技术评委会专家鉴定为“国际领先”。项目成果所形成的知识产权：《一种根据点状裂纹位置判断连铸凝固坯壳的检测方法》（ZL2018 1 0382726.4）
四、应用情况与效果
本项目实施后，达到了以下技术水平：(1)能够设计适合各钢种的轻压下工艺；(2)钢材偏析质量得到大幅改善；(3)轻压下的分析技术不再依赖国外软件供应商。本项目和技术方法应用在不同的钢种上，经兴澄特钢实际生产检验，取得了良好的效果。现将主要钢种的应用情况和碳偏检验结果如下：
1、运用于轴承钢
对轴承钢铸坯质量改善明显，从铸坯纵剖低倍、轧材低倍等方面评价，见图3.和图4. 所示。从连铸坯低倍上裂纹疏松情况明显改观，轧材低倍上中心“白圈套黑心”现象大为改善。
图3.轴承钢连铸坯横向低倍
(a) 原工艺铸坯横向低倍；(b)现工艺铸坯横向低倍
图4.轴承钢轧材横向低倍
(a) 原工艺轧材横向低倍；(b)现工艺轧材横向低倍
轧材的碳偏指数改善，如表1.所示。中心碳偏(0.95-1.05)合格率提升了13%，效果显著
表1. 轴承钢项目前后碳偏指数合格率对比/%
同样的，将此技术运用到其他分厂，也获得了同样的结果。其中对轧材的碳偏析指数改善，如表2.所示，碳偏指数合格率均有不同程度的提升。
表2. 不同断面铸机产品项目前后碳偏指数合格率对比/%
在万方数据库检索2019年至今同行的控制水平相比，河南济源钢铁和建龙北满特钢的轴承钢中心碳偏(0.95-1.05)合格率大致在80%。与同行相比，我们的轴承钢偏析质量控制水平优势明显。
2、运用于帘线钢
对帘线钢偏析改善明显，从铸坯纵向以及盘条横向低倍等方面进行对比评价，见图5.、图6.所示。综合对比，帘线钢铸坯和轧材的质量改善明显。此外，从客户的反馈情况也能表明这一点，客户对轧材盘条偏析评级超过日本材的水平。
图5. 帘线钢连铸坯横向低倍
(a) 原工艺铸坯横向低倍；(b)现工艺铸坯横向低倍
图6. 帘线钢轧材横向低倍
(a) 原工艺轧材横向低倍；(b)现工艺轧材横向低倍
3、运用于齿轮钢
对齿轮钢8620偏析改善明显，从铸坯纵剖和轧材低倍进行评价，见图7.和图8.所示。综合对比，铸坯低倍疏松偏析、轧材低倍黑心现象改善明显。
图7. 齿轮钢连铸坯横向低倍
(a) 原工艺铸坯横向低倍；(b)现工艺铸坯横向低倍
图8. 帘线钢轧材横向低倍
(a) 原工艺轧材横向低倍；(b)现工艺轧材横向低倍
轧材低倍样上钻屑检验碳偏，采用钻屑点与成品样的极差取正后平均比较，取试样检测，检测结果趋势一致，使用该技术试验的结果明显优于正常工艺。
表3. 不同工艺碳极差值/%
上述产品均通过了客户的使用论证，使用效果良好，质量稳定。
因此，通过分阶段多次分析试验和试生产，目前已成功开发了铸坯点状裂纹判断坯壳厚度法校准连铸凝固模型的轻压下研究技术，整个过程不需要引进特殊装备，无需射钉，只需在现有连铸坯低倍上通过一定的方法分析就可完成。其偏析质量有了明显改善，完全满足客户标准及终端用户使用要求，实物质量达到国内先进水平。目前本技术已经成熟应用于我司的轻压下生产钢种，实物质量稳定，并获得了良好的客户使用评价。
信息来源：江阴兴澄特种钢铁有限公司