【摘要】 通过碳硫分析仪检测数据，解析模具电磁搅拌对连铸钢凝固组织和C/S偏析的影响，揭示电磁参数优化方案及工业应用效果。

钢材料在制造运输领域的核心地位源于其优异的力学性能，但在凝固过程中产生的溶质偏析问题长期困扰着行业。本文将结合碳硫分析仪检测数据，解析模具电磁搅拌（M-EMS）技术对连铸钢凝固组织和元素分布的调控作用。

 

一、凝固偏析的三维形态与危害

在钢液凝固过程中，溶质元素因液固相变形成特征性分布：

  • 微观偏析（微米级）：可通过热处理消除
  • 介观偏析（毫米级）：存在于等轴晶区，易遗传至成品
  • 宏观偏析（厘米级）：形成中心偏析带，显著降低材料性能

连铸钢凝固组织示意图 展示柱状晶/等轴晶分布及偏析区域

图1. 连铸工艺示意图[5]

 

二、电磁搅拌技术的突破性应用

近年研究表明，模具电磁搅拌通过诱导钢液强制流动，可有效改善凝固组织：

1.晶粒调控：300A电流使柱状晶生长角度增大18°，等轴晶区面积扩大32%

2.偏析抑制：碳硫分析仪检测显示表面C、S偏析度降低至-0.15（未处理样品为+0.08）

3.质量提升：配合末端电磁搅拌（F-EMS）可使中心偏析指数下降40%

碳硫分析仪检测数据 展示不同电磁参数下的元素分布曲线

图2. 钻孔样品示意图（a）和厚度方向的溶质偏析（b)[5]

三、碳硫分析仪检测揭示的关键发现

通过对U78CrV钢的工业实验（取样间距10mm）发现：

  • 距表面15-25mm区域出现最大偏析峰（S偏析度达1.8，C为1.2）
  • 等轴晶区松散侧偏析度比固定侧高23%（密度差导致晶粒沉降）
  • S元素偏析强度是C的1.5倍（液相分配系数差异所致）

 

四、工艺优化方向与行业价值

基于检测数据，建议采取以下改进措施：

① 采用梯度电磁搅拌：表层300A→芯部200A的阶梯式参数

② 配合动态轻压下技术：在凝固末端施加0.8mm/m压下量

③ 建立偏析预测模型：将碳硫分析数据与流场仿真结合

该研究成果已成功应用于高铁轴承钢生产，使产品疲劳寿命提升至国际标准的1.3倍，相关技术获2022年度冶金科技进步二等奖。

 

参考文献：[1] Basso A, Toda-Caraballo I, San-Martín D, et al. Influence of cast part size on macro-and microsegregation patterns in a high carbon high silicon steel[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2020, 9(3): 3013-3025.

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