R950钢轨钢连铸坯中心偏析控制

在钢铁冶金领域，连铸坯的质量直接决定了最终钢材的性能与使用寿命，尤其在高速铁路、重载运输等对钢轨性能要求极高的应用场景中，钢轨钢的纯净度与组织均匀性成为关键控制指标。R950钢轨钢作为我国重载铁路和高速铁路广泛采用的高强度钢种，其化学成分设计兼顾高强度、高韧性、良好焊接性和抗疲劳性能。然而，在连铸生产过程中，中心偏析问题始终是影响钢轨钢内部质量的主要缺陷之一。中心偏析表现为铸坯中心区域碳、锰、硫等元素富集，形成成分不均的组织带，不仅降低材料的力学性能，还显著增加后续轧制过程中的开裂风险，影响钢轨的整体服役寿命。

中心偏析的成因复杂，主要与连铸过程中的凝固行为密切相关。在凝固末期，钢液补缩不足导致中心区域形成“V”型或“倒V”型缩孔，同时由于枝晶间富集溶质的钢液在凝固收缩作用下被吸入中心区域，造成溶质元素的宏观偏析。对于R950钢轨钢而言，其碳含量通常在0.70%～0.82%之间，锰含量为0.80%～1.20%，高碳高锰成分体系使得溶质再分配系数增大，加剧了偏析倾向。此外，硫元素在凝固过程中易与锰形成MnS夹杂物，偏析严重时甚至形成条带状硫化物聚集，进一步恶化钢轨的抗疲劳性能。

为有效控制R950钢轨钢连铸坯的中心偏析，需从凝固组织调控、冷却制度优化和凝固末端处理三方面协同推进。首先，在凝固组织控制方面，采用低过热度浇注是基础措施。将中间包钢水过热度控制在15～25℃范围内，可显著细化初始等轴晶区比例，减少柱状晶生长，从而抑制溶质元素沿柱状晶向中心迁移。同时，通过电磁搅拌技术（EMS）在结晶器和凝固末端施加交变磁场，可有效打碎枝晶、促进等轴晶形成，并扰动枝晶间钢液流动，稀释局部溶质富集区。实践表明，在凝固末端采用轻压下（Soft Reduction）技术，通过精确控制压下量与压下位置，能够在凝固末端施加机械压力，补偿凝固收缩，阻止富溶质钢液向中心流动，是控制中心偏析的核心手段。

轻压下工艺的实施关键在于压下区间的精准设定。通常，压下应从固相率（fs）约0.3～0.4的区域开始，至fs=0.7～0.9的区域结束。过早压下可能导致铸坯中心产生内裂纹，而过晚则无法有效抑制偏析。通过数值模拟与在线凝固跟踪系统，可动态调整压下曲线，实现“定点、定量、定时”压下。此外，压下速率与总压下量也需根据钢种特性进行优化。对于R950钢，总压下量一般控制在10～20mm之间，分3～5个扇形段实施，确保应力均匀分布，避免产生新的缺陷。

冷却制度的优化同样不可忽视。二冷区采用弱冷模式，降低冷却强度，可减缓凝固前沿温度梯度，延长凝固时间，有利于溶质元素均匀扩散。同时，通过动态二冷水控制模型，根据拉速、钢温等参数实时调节各段水量，确保铸坯表面温度均匀，减少热应力诱导的裂纹与偏析。此外，采用高温矫直技术，使铸坯在矫直时仍处于塑性较好的高温区，可有效避免因低温脆性导致的中心裂纹扩展。

在工艺装备层面，现代连铸机普遍配备在线质量预报系统，结合冶金数据库与机器学习算法，可提前预测中心偏析风险，并自动调整工艺参数。例如，通过分析凝固壳厚度、鼓肚变形、温度场分布等数据，系统可动态优化轻压下曲线与电磁搅拌参数，实现闭环控制。此外，铸坯在线检测手段如超声波探伤、激光诱导击穿光谱（LIBS）等，也为偏析程度的快速评估提供了技术支持。

综合来看，R950钢轨钢连铸坯中心偏析的控制是一项系统工程，需从热力学、动力学、材料学及自动化控制等多学科交叉入手。通过低过热度浇注、电磁搅拌、轻压下、弱冷矫直等关键技术的协同应用，结合智能化监控与反馈机制，已在国内多个大型钢企实现R950钢轨钢连铸坯中心偏析等级稳定控制在C1级（轻微偏析）以下，显著提升了钢轨的内在质量与服役可靠性。未来，随着连铸技术向高效化、绿色化、智能化发展，中心偏析的控制精度与稳定性将进一步提升，为我国轨道交通的安全运行提供坚实材料保障。