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【新刊速览】刘均：PMO对42CrMoA钢φ300 mm圆坯枝晶组织的影响

时间：2023-06-01 来源：浏览：

【新刊速览】刘均：PMO对42CrMoA钢φ300 mm圆坯枝晶组织的影响

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PMO对42CrMoA钢 φ 300 mm圆坯枝晶组织的影响

刘均1，左小坦2，陈永峰2，刘海宁1，徐智帅1，翟启杰1

(1. 上海大学先进凝固技术中心，上海 200444；2. 芜湖新兴铸管有限责任公司炼钢部，安徽芜湖 241002)

摘要

枝晶形貌是影响铸坯元素分布、缩孔缩松及性能的重要因素，细化枝晶能够有效提高铸坯质量。研究了PMO处理对42CrMoA钢 φ 300 mm连铸圆坯枝晶形貌的影响。研究发现，PMO处理坯的柱状枝晶生长方向发生偏转，枝晶臂间距明显减小，其中一次枝晶臂间距减小率为10%~35%，二次枝晶臂间距减小率为25%~35%。分析认为，PMO造成凝固前沿热流方向及溶质场变化，导致枝晶重新竞争生长，因此一次枝晶生长方向发生改变，且一次枝晶臂间距减小。另外，PMO在铸坯凝固前沿形成感生电流，固液相电导率差异造成枝晶尖端电流聚集，进而导致曲率半径增大，降低了细枝晶的溶解速率，抑制了二次枝晶的熟化过程，因此二次枝晶臂间距减小。研究结果为今后利用PMO改善铸坯枝晶组织提供了指导。

关键词

PMO；枝晶组织；连铸；圆坯；枝晶熟化

引言

发动机曲轴等部件一般采用综合性能较好的34CrNi3Mo合金钢制造，但合金含量较高且制造成本昂贵。42CrMoA钢是34CrNi3Mo合金钢低成本替代用钢，但因其淬透性有所降低，故需严格调控其凝固组织。钢液凝固过程中因溶质再分配和密度改变不可避免造成成分分布不均匀、中心缩孔、中心缩松等缺陷，进而造成组织和性能不均匀。另外，铸坯的宏观偏析等缺陷一旦形成，很难通过轧钢、热处理等后续环节弥补，将会影响最终产品质量。

Ganguly S研究了无电磁搅拌条件下过热度对高碳钢连铸坯微观形貌和中心线宏观偏析的影响，发现过热度为21 ℃以下的铸坯几乎不存在中心线孔隙且中心偏析不明显。陈禹等针对P110级石油管用圆坯27Mn2Cr钢连铸坯中心缩孔等缺陷，通过提高拉速并搭配合理的电搅工艺，使铸坯中心等轴晶比例提高、碳偏析减轻、中心缩孔消失，有效改善了石油管用圆坯内部质量。但是，低过热度浇注和电磁搅拌等技术不能有效细化枝晶组织，因此铸坯致密度及晶间偏析等缺陷仍需进一步优化。

上海大学CAST团队提出了脉冲磁致振荡(Pulsed Magneto Oscillation，简称PMO)凝固均质化技术，并成功运用于连铸工业生产，取得明显的成分和组织调控效果。刘海宁等通过对横截面积为260 mm×220 mm的矩形坯进行工业试验，发现PMO处理后连铸坯宏观偏析得到了有效控制且铸坯中心缩孔基本消除。龚永勇研究了PMO对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织影响，结果表明，随着PMO峰值电流增大，胞状晶间距呈减小趋势；随着PMO处理频率增大，一次枝晶间距变大，并最终导致二次枝晶大量出现。张伶玲等通过对横截面尺寸为260 mm×220 mm的矩形坯进行工业试验，发现PMO处理加快了枝晶间溶质的扩散速度，使枝晶间碳元素的富集程度减轻，微观偏析得到改善。但是，此前PMO相关的工作大多关注宏观元素偏析、中心缩孔等问题，而PMO处理对铸坯枝晶组织的影响仍有待进一步研究，以便优化处理工艺。

芜湖新兴铸管公司全套引进了PMO技术及装备以提升 φ 300 mm规格铸坯内部质量，其PMO线圈安装在二冷区，处理铸坯均质化效果明显。本文以 φ 300 mm规格42CrMoA钢连铸圆坯为研究对象进行工业试验，对比研究了PMO处理铸坯枝晶组织的变化情况。

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